Depuis la PremiĂšre Guerre mondiale, la grande majoritĂ© des victimes de combats amĂ©ricains sont dues non pas Ă  des blessures par balle mais Ă  des explosions. Aujourd’hui, la plupart des soldats portent un lourd gilet pare-balles pour protĂ©ger leur torse, mais une grande partie de leur corps reste exposĂ©e Ă  l’objectif aveugle des fragments d’explosifs et des Ă©clats d’obus.

Concevoir des Ă©quipements pour protĂ©ger les extrĂ©mitĂ©s contre les tempĂ©ratures extrĂȘmes et les projectiles mortels qui accompagnent une explosion a Ă©tĂ© difficile en raison d’une propriĂ©tĂ© fondamentale des matĂ©riaux. Les matĂ©riaux suffisamment solides pour protĂ©ger contre les menaces balistiques ne peuvent pas protĂ©ger contre les tempĂ©ratures extrĂȘmes et vice versa. En consĂ©quence, une grande partie de l’Ă©quipement de safety actuel est composĂ© de plusieurs couches de matĂ©riaux diffĂ©rents, ce qui entraĂźne un Ă©quipement lourd et encombrant qui, s’il Ă©tait portĂ© sur les bras et les jambes, limiterait gravement la mobilitĂ© d’un soldat.

Le matériel pourrait protéger les soldats, les pompiers, les astronautes et in addition encore

Maintenant, les chercheurs de l’UniversitĂ© de Harvard, en collaboration avec le U.S.Battle Overcome Capabilities Enhancement Command Soldier Middle (CCDC SC) et West Stage, ont dĂ©veloppĂ© un matĂ©riau nanofibre lĂ©ger et multifonctionnel qui peut protĂ©ger les utilisateurs des tempĂ©ratures extrĂȘmes et des menaces balistiques.



La recherche est publiée dans la revue Subject.

« Lorsque j’Ă©tais au overcome en Afghanistan, j’ai pu constater par moi-mĂȘme remark le gilet pare-balles pouvait sauver des vies », a dĂ©clarĂ© l’auteur principal Package Parker, professeur de bio-ingĂ©nierie et de physique appliquĂ©e Ă  la famille Tarr Ă  la Harvard John A. Paulson Faculty of Engineering and Used Sciences (SEAS). ) et un lieutenant-colonel de la RĂ©serve de l’armĂ©e amĂ©ricaine. « J’ai Ă©galement vu comment les gilets pare-balles lourds pouvaient limiter la mobilitĂ©. En tant que soldats sur le champ de bataille, les trois tĂąches principales sont de se dĂ©placer, de tirer et de communiquer. Si vous limitez l’une d’entre elles, vous diminuez la capacitĂ© de survie et vous comprenez le succĂšs de la mission. »

« Notre objectif Ă©tait de concevoir un matĂ©riau multifonctionnel qui pourrait protĂ©ger une personne travaillant dans un environnement extrĂȘme, comme un astronaute, un pompier ou un soldat, des nombreuses menaces auxquelles ils sont confrontĂ©s », a dĂ©clarĂ© Grant M. Gonzalez, stagiaire postdoctoral Ă  SEAS et premier auteur de l’article.

Afin d’atteindre cet objectif pratique, les chercheurs devaient explorer le compromis entre la security mĂ©canique et l’isolation thermique, des propriĂ©tĂ©s ancrĂ©es dans la construction molĂ©culaire et l’orientation d’un matĂ©riau.

Les matĂ©riaux Ă  forte security mĂ©canique, tels que les mĂ©taux et les cĂ©ramiques, ont une construction molĂ©culaire hautement ordonnĂ©e et alignĂ©e. Cette framework leur permet de rĂ©sister et de rĂ©partir l’Ă©nergie d’un coup immediate. Les matĂ©riaux isolants, en revanche, ont une structure beaucoup moins ordonnĂ©e, ce qui empĂȘche la transmission de chaleur Ă  travers le matĂ©riau.

Le Kevlar et le Twaron sont des produits commerciaux largement utilisĂ©s dans les Ă©quipements de safety et peuvent fournir une defense balistique ou thermique, selon la façon dont ils sont fabriquĂ©s. Le kevlar tissĂ©, par exemple, a une construction cristalline trĂšs alignĂ©e et est utilisĂ© dans les gilets pare-balles de security. Les aĂ©rogels poreux en Kevlar, d’autre part, se sont rĂ©vĂ©lĂ©s avoir une isolation thermique Ă©levĂ©e.

« Notre idĂ©e Ă©tait d’utiliser ce polymĂšre de Kevlar pour combiner la structure tissĂ©e et ordonnĂ©e des fibres avec la porositĂ© des aĂ©rogels pour crĂ©er de longues fibres continues avec un espacement poreux entre les deux », a dĂ©clarĂ© Gonzalez. « Dans ce systĂšme, les fibres longues pourraient rĂ©sister Ă  un impact mĂ©canique tandis que les pores limiteraient la diffusion de la chaleur. »

L’Ă©quipe de recherche a utilisĂ© le Rotary Jet-Spinning par immersion (iRJS), une procedure dĂ©veloppĂ©e par Parker Disease Biophysics Group, pour fabriquer les fibres. Dans cette technique, une resolution de polymĂšre liquide est chargĂ©e dans un rĂ©servoir et expulsĂ©e Ă  travers une petite ouverture par la power centrifuge pendant que l’appareil tourne. Lorsque la solution de polymĂšre sort du rĂ©servoir, elle passe d’abord par une zone de plein air, oĂč les polymĂšres s’allongent et les chaĂźnes s’alignent. Ensuite, la resolution frappe un bain liquide qui Ă©limine le solvant et prĂ©cipite les polymĂšres pour previous des fibres solides. Comme le bain tourne Ă©galement – comme de l’eau dans un essoreuse Ă  salade – les nanofibres suivent le flux du vortex et s’enroulent autour d’un collecteur rotatif Ă  la base de l’appareil.

En ajustant la viscositĂ© de la resolution de polymĂšre liquide, les chercheurs ont pu faire tourner de longues nanofibres alignĂ©es en feuilles poreuses – fournissant suffisamment d’ordre pour se protĂ©ger des projectiles mais suffisamment de dĂ©sordre pour se protĂ©ger de la chaleur. En approximativement 10 minutes, l’Ă©quipe a pu faire tourner des feuilles d’environ 10 sur 30 centimĂštres.

Pour tester les feuilles, l’Ă©quipe de Harvard s’est tournĂ©e vers ses collaborateurs pour effectuer des assessments balistiques. Des chercheurs du CCDC SC Ă  Natick, Massachusetts ont simulĂ© l’impact des Ă©clats d’obus en tirant de gros projectiles de variety BB sur l’Ă©chantillon. L’Ă©quipe a effectuĂ© des assessments en prenant en sandwich les feuilles de nanofibres entre des feuilles de Twaron tissĂ©. Ils ont observĂ© peu de diffĂ©rence de protection entre une pile de toutes les feuilles de Twaron tissĂ©es et une pile combinĂ©e de Twaron tissĂ© et de nanofibres filĂ©es.

«Les capacités du CCDC SC nous permettent de quantifier les succÚs de nos fibres du position de vue des équipements de security pour les combattants, en particulier», a déclaré Gonzalez.

« Les collaborations acadĂ©miques, en particulier celles avec des universitĂ©s locales Ă©minentes telles que Harvard, offrent au CCDC SC l’opportunitĂ© de tirer parti de l’expertise et des installations de pointe pour augmenter nos propres capacitĂ©s de R&D », a dĂ©clarĂ© Kathleen Swana, chercheuse au CCDC SC et l’un des auteurs de l’article. . «Le CCDC SC, en retour, fournit une skills scientifique et des capacitĂ©s de exam centrĂ©es sur le soldat pour aider Ă  faire avancer la recherche.

En testant la security thermique, les chercheurs ont dĂ©couvert que les nanofibres fournissaient 20 fois la capacitĂ© d’isolation thermique des Twaron et Kevlar commerciaux.

« Bien qu’il y ait des amĂ©liorations qui pourraient ĂȘtre apportĂ©es, nous avons repoussĂ© les limites de ce qui Ă©tait achievable et commencĂ© Ă  dĂ©placer le champ vers ce sort de matĂ©riel multifonctionnel », a dĂ©clarĂ© Gonzalez.

« Nous avons montrĂ© que vous pouvez dĂ©velopper des textiles hautement protecteurs pour les personnes qui travaillent en threat », a dĂ©clarĂ© Parker. « Notre dĂ©fi consiste maintenant Ă  faire Ă©voluer les avancĂ©es scientifiques vers des produits innovants pour mes frĂšres et soeurs d’armes. »

Le Bureau du développement technologique de Harvard a déposé une demande de brevet pour la technologie et recherche activement des opportunités de commercialisation.