Les uniformes militaires du futur pourraient offrir une nouvelle couche de protection essentielle aux porteurs grâce aux recherches menées par des équipes de l'Université du Massachusetts à Amherst et de plusieurs autres institutions qui développent un tissu à base de nanotubes qui repousse les agents chimiques et biologiques.

Kenneth Carter et James Watkins, scientifiques des polymères d'UMass Amherst, en collaboration avec le chef d'équipe Francesco Fornasiero du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), a récemment reçu une subvention de 1,8 million de dollars sur cinq ans pour concevoir des moyens de fabriquer le nouveau matériau dans le cadre d'un projet de 13 millions de dollars financé par la Defense Threat Reduction Agency des États-Unis. On estime que les nouveaux uniformes pourraient être déployés sur le terrain dans moins de 10 ans.

Les chercheurs affirment que 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 sans avoir besoin d'un système de contrôle externe. A l'état protecteur, le matériau uniforme bloquera la menace chimique tout en maintenant un bon niveau de respirabilité. "L'uniforme sera comme une seconde peau intelligente qui répond à l'environnement, " dit Fornasiero.

Les scientifiques des polymères d'UMass Amherst apportent au projet une expertise dans les processus d'assemblage pilotés par additifs qui réunissent des polymères et des nanoparticules pour produire des matériaux fonctionnels hybrides. La fabrication des membranes et des couches se fera en partie par le laboratoire de nanofabrication Roll-to-Roll de l'université.

La réversibilité du nouveau tissu est due à des membranes hautement respirantes avec des pores de quelques nanomètres de large, nanotubes de carbone alignés verticalement modifiés avec une couche de surface fonctionnelle conçue pour répondre à la présence d'un agent de guerre chimique, dit Watkins à UMass Amherst. La réponse à la menace serait déclenchée par une attaque directe d'agents de guerre chimique. Le tissu passerait à un état protecteur en fermant l'entrée des pores ou en se débarrassant de la couche de surface contaminée.

Pour le confort et la sécurité du porteur, une haute respirabilité est une exigence critique pour les vêtements de protection afin d'éviter le stress thermique lorsque le personnel militaire est engagé dans des missions dans des environnements contaminés. Pour offrir une respirabilité élevée, le nouveau matériau composite tirera parti des propriétés de transport uniques des pores des nanotubes de carbone, qui offrent des taux de transport de gaz deux fois plus rapides que tout autre pore de taille similaire.

Les scientifiques des polymères soulignent que les agents biologiques tels que les bactéries et les virus ont une taille proche de 10 nanomètres. Parce que les pores de la membrane sur l'uniforme ne font que quelques nanomètres de large, ces membranes bloqueront ces agents.

Cependant, les agents chimiques tels que le gaz moutarde et le gaz neurotoxique peuvent être beaucoup plus petits et nécessitent que les pores de la membrane puissent réagir pour bloquer cette menace. Pour créer une membrane multifonctionnelle, l'équipe de recherche prévoit de modifier la surface des membranes prototypes originales de nanotubes de carbone avec des groupes fonctionnels réactifs aux menaces chimiques. Ces groupes fonctionnels détectent et bloquent la menace comme des gardiens à l'entrée.

Les scientifiques prévoient également d'en développer un deuxième, schéma de réponse "d'excrétion" dans lequel le tissu s'exfolie lors d'une réaction avec un 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.

Carter à UMass Amherst dit, "Imiter la façon dont la vraie peau réagit aux menaces par l'exfoliation et l'élimination des zones contaminées permettra un vêtement réactif dynamique, le tout obtenu grâce à des réactions chimiques contrôlées dans ce nouveau tissu avancé."

Tracee Harris, responsable scientifique et technologique du programme Dynamic Multifunctional Material for a Second Skin, dit, "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 aux besoins du ministère de la Défense CB. 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.