(Phys.org)—Les scientifiques et collaborateurs du Lawrence Livermore National Laboratory développent un nouveau matériau d'uniforme militaire qui repousse les agents chimiques et biologiques à l'aide d'un nouveau tissu en nanotubes de carbone.

Le matériau sera conçu pour subir une transition rapide d'un état respirant à un état protecteur. Les membranes hautement respirantes auraient des pores constitués de nanotubes de carbone alignés verticalement de quelques nanomètres de large qui sont modifiés en surface avec une couche fonctionnelle sensible aux agents de guerre chimique. La réponse à la menace serait déclenchée par une attaque directe d'agents de guerre chimique à la surface de la membrane, à ce moment-là, le tissu passerait à un état protecteur en fermant l'entrée des pores du NTC ou en se débarrassant de la couche de surface contaminée.

"L'uniforme sera comme une seconde peau intelligente qui répond à l'environnement, " a déclaré Francesco Fornasiero, Chercheur principal de LLNL pour le projet financé par la Defense Threat Reduction Agency (DTRA). "Sans avoir besoin d'un système de contrôle externe, le tissu pourra basculer de manière réversible d'un état hautement respirant à un état protecteur en réponse à la présence de la menace environnementale. A l'état protecteur, l'uniforme bloquera la menace chimique tout en maintenant un bon niveau de respirabilité."

Une haute respirabilité est une exigence critique pour les vêtements de protection afin d'éviter le stress thermique et l'épuisement lorsque le personnel militaire est engagé dans des missions dans des environnements contaminés. Les uniformes militaires de protection actuels sont basés sur une protection à barrière complète ou des survêtements protecteurs absorbants perméables qui ne peuvent pas répondre à la demande critique de confort et de protection élevés simultanés, et fournir une réponse passive plutôt qu'active à une menace environnementale.

Pour offrir une respirabilité élevée, le nouveau matériau composite tirera parti des propriétés de transport uniques des pores des nanotubes de carbone, qui ont des vitesses de transport de gaz plus rapides de deux ordres de grandeur par rapport à tout autre pore de taille similaire.

"Nous avons démontré que nos prototypes de membranes de nanotubes de carbone de petite taille peuvent offrir une respirabilité exceptionnelle malgré la très petite taille des pores et la porosité, " a déclaré Sangil Kim, un autre scientifique du LLNL de la division Biosciences et biotechnologie. "Avec nos collaborateurs, nous développerons des membranes CNT fonctionnalisées sur de grandes surfaces."

Agents biologiques, comme des bactéries ou des virus, mesurent près de 10 nanomètres. Parce que les pores de la membrane sur l'uniforme ne font que quelques nanomètres de large, ces membranes bloqueront facilement les agents biologiques.

Cependant, les agents chimiques sont beaucoup plus petits et nécessitent que les pores de la membrane puissent réagir pour bloquer la menace. Pour créer une membrane multifonctionnelle, l'équipe modifiera en surface les prototypes originaux de membranes de nanotubes de carbone avec des groupes fonctionnels réactifs aux menaces chimiques. Les groupes fonctionnels sur la membrane détecteront et bloqueront la menace comme des gardiens à l'entrée. Un deuxième schéma de réponse sera également développé :de la même manière qu'une peau vivante se décolle lorsqu'elle est confrontée à des facteurs externes dangereux, le tissu s'exfoliera lors de la réaction avec l'agent chimique. De cette façon, le tissu pourra bloquer les agents chimiques comme la moutarde au soufre (blister), Agents neurotoxiques GD et VX, des toxines telles que l'entérotoxine staphylococcique et des spores biologiques telles que l'anthrax.

Le projet est financé à hauteur de 13 millions de dollars sur cinq ans avec LLNL comme institution chef de file. L'équipe Livermore est composée de Fornasiero, Kim et Kuang Jen Wu. Parmi les autres collaborateurs et institutions impliqués dans le projet, citons Timothy Swager du Massachusetts Institute of Technology, Jerry Shan à l'Université Rutgers, Ken Carter, James Watkins, et Jeffrey Morse à l'Université du Massachusetts-Amherst, Heidi Schreuder-Gibson au Natick Soldier Research Development and Engineering Center, et Robert Praino chez Chasm Technologies Inc.

« Le développement de membranes de nanotubes de carbone sensibles aux menaces chimiques est un excellent exemple du potentiel d'un nouveau matériau à fournir des solutions innovantes pour les besoins en CB du ministère de la Défense, " a déclaré Tracee Harris, le directeur scientifique et technologique du DTRA pour le programme Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin. "Cet uniforme futuriste permettrait à nos forces militaires d'opérer en toute sécurité pendant de longues périodes et de mener à bien leurs missions dans des environnements contaminés par des agents de guerre chimiques et biologiques."

Le laboratoire a une histoire dans le développement de nanotubes de carbone pour un large éventail d'applications, y compris le dessalement. « Nous avons une plate-forme avancée de nanotubes de carbone à construire et à étendre pour faire des progrès dans le matériau de tissu de protection pour ce nouveau projet, " a déclaré Wu.

Les nouveaux uniformes pourraient être déployés sur le terrain dans moins de 10 ans.