Top

Blog

Углеродные нанотрубки повышают эффективность и комфорт защитной одежды. Стивен Дж. Мраз

Солдаты, работники здравоохранения и другие лица, оказывающие первую помощь, часто сталкиваются с неизвестными факторами окружающей среды, такими как химическое оружие или COVID-19. К сожалению, даже самая современная защитная одежда мало что делает для предотвращения контакта с вредными химическими веществами и биологическими агентами. Например, материал одежды должен быть воздухопроницаемым и позволять водяным парам выходить из тела пользователя для предотвращения теплового стресса и истощения, но одежда содержит защитные адсорбенты или барьерные слои, которые препятствуют ее дыханию.

Чтобы обеспечить этим работникам лучшую защиту, группа исследователей из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса разработала «умную» дышащую ткань, которая также защищает от биологических и химических боевых агентов. Материал этого типа может быть использован в клинических и медицинских условиях.

«Мы создали умный материал, который будет дышащим и защитным», — говорит ученый Франческо Форнасьеро«Он объединяет мембранный слой с триллионами выровненных пор углеродных нанотрубок и полимерный слой, реагирующий на угрозу, привитый на поверхность мембраны».

Рис. 1: Отзывчивые мембраны из нанотрубок защищают от биологического оружия и вирусов. Полимерные цепи на поверхности мембраны разрушаются при загрязнении этой поверхности, предотвращая проникновение в поры нервных агентов, таких как зарин. В безопасных условиях полимерные цепи остаются вытянутыми и обеспечивают быструю транспортировку водяного пара, что делает материал воздухопроницаемым.
Photo: Ryan Chen/LLNL

Углеродные нанотрубки являются графитовыми цилиндрами с диаметром менее 1/5000 — й ширины человеческого волоса. Они могут легко позволить молекулам воды двигаться внутрь или наружу, блокируя биологические угрозы, которые не проникают через поры.

Водяной пар движется через углеродные нанотрубки быстрее, так как диаметр труб становится меньше. Это удивило команду разработчиков и свидетельствует о том, что одностенные углеродные нанотрубки выступают в качестве влагопроводящих пор. Это устраняет компромисс между воздухопроницаемостью и защитой, который должен быть достигнут при использовании других пористых материалов. Это позволяет тканям иметь более селективные поры и при этом использовать воздухопроницаемость благодаря использованию углеродных трубок меньшего диаметра.

В отличие от биологических агентов, химические угрозы меньше и могут проникать через нанотрубки. Таким образом, чтобы обеспечить защиту от химической опасности, на поверхности материала растет слой полимерных цепей, который обратимо разрушается, когда химические агенты касаются их, таким образом временно блокируя поры. Эти полимерные цепи были разработаны для разрушения при контакте с фосфорорганическими веществами, такими как зарин.

Рис. 2: Трехслойный ламинат для защитной военной одежды состоит из нейлоновой / хлопчатобумажной ткани с внешним покрытием с камуфляжным рисунком, промежуточной защитной углеродно-нанотрубной мембраны и хлопкового комфортного вкладыша. Схема (справа) показывает реакцию мембраны на «атакующий» химикат. Разрушение приводящих в действие полимерных цепей, привитых на поверхность мембраны, препятствует проникновению нервных агентов в поры мембраны.

Команда показала, что реагирующие мембраны обладают достаточной воздухопроницаемостью в открытом состоянии, чтобы соответствовать требованиям спонсора. В закрытом состоянии способность атакующих химикатов проникать внутрь снижается на два порядка. Эти возможности должны превратиться в более удобное и эффективное защитное снаряжение, которое можно носить в течение более длительного времени, будь то в больнице или на поле боя.

На следующем этапе проекта цель команды состоит в том, чтобы добавить защиту по требованию от других химических угроз и сделать материал растяжимым для лучшей подгонки, таким образом более точно имитируя кожу человека.

Автор

Stephen J. Mraz (Стивен Дж. Мраз), MachineDesign.

Источник: www.machinedesign.com.

No Comments

Sorry, the comment form is closed at this time.