智能阻隔膜用于生化防護服：自感知、自響應、自清潔、自修復！

生化防護服通常需要應對非常復雜的危險環(huán)境，在特殊情況下需要裝備液密性或氣密性防護服，對各種有毒有害的液態(tài)、氣態(tài)、煙態(tài)、固態(tài)化學物質(zhì)、生物毒劑、軍事毒氣和核污染起到全面的防護作用。此類防護服在保證防護性能的同時必定犧牲舒適性，因此，未來生化防護服的研究，如何實現(xiàn)更好的防護性能與減輕重量和熱應激、提高防護服的舒適性同等重要。

智能阻隔膜材料可以使生化防護服表面具有對有毒有害物質(zhì)的自感知（“傳感器”功能）、自響應（“執(zhí)行器”功能）、自適應能力，在保證防護性能的同時達到根據(jù)外部環(huán)境調(diào)節(jié)防護服透氣、透濕性能，或起到自消毒或自清潔等作用，可以大大提高生化防護服的防護性能和舒適性。

具有“傳感器”功能的阻隔膜材料

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)的可以感知化學和生物刺激（包括化學性質(zhì)、pH值、離子強度、反應熱、水分、表面張力、生物表面功能性等）的智能材料包括導電聚合物、熱敏氣凝膠、鉻材料、活性吸附劑和變形材料等。其中，導電聚合物是一種極具應用潛力的生化智能防護傳感器材料，如聚合物摻雜聚吡咯、聚噻吩和聚苯胺（PANI）可用作檢測易揮發(fā)和液體化學物質(zhì)的傳感器，其原理是：當這些摻雜特殊物質(zhì)的導電聚合物暴露于具有氧化/還原作用的物質(zhì)中時會發(fā)生“摻雜－脫摻雜”反應，進而通過監(jiān)測導電聚合物的電阻率來檢測是否存在有害物質(zhì)。

以MoO₃為基體嵌入聚苯胺的薄膜能夠檢測到濃度低至25mg/kg的甲醛和乙醛

另外，酶也可用于檢測有機磷酸鹽類化學物質(zhì)。Agentase公司開發(fā)的一種傳感器，結合了乙酰膽堿、乙酰膽堿酯酶、尿素、尿素酶和pH值敏感染料，同時，該產(chǎn)品還可快速對溫度變化做出反應。

具有“執(zhí)行器”功能的阻隔膜材料

形狀記憶高分子材料具有保持臨時形狀的能力，且在受到適當?shù)耐饨绱碳r能夠恢復初始形狀，具有密度低、可恢復形變量大、易加工成形、形變溫度可調(diào)等諸多優(yōu)點，作為具有“執(zhí)行器”功能的自響應阻隔膜材料應用前景廣泛。目前，相關研究主要集中在熱致形狀記憶高分子材料。如形狀記憶聚氨酯，利用其熱活化性能可起到低溫時（＜Tg）低透氣性的保暖作用和高溫時（＞Tg）高透氣性的散熱作用，從而充分改善織物的穿著舒適性。形狀記憶聚氨酯還被觀察到具有濕度敏感效應，這意味著也可以通過濕度變化調(diào)節(jié)形狀記憶聚氨酯阻隔膜的透氣性。

形狀記憶聚氨酯材料的濕度和溫度刺激形狀變化

目前，商業(yè)化的形狀記憶聚氨酯材料包括日本三菱重工（SMP Technologies）開發(fā)的基于形狀記憶聚氨酯熱敏透氣膜，以及芬蘭Ahlstrom（奧斯龍）公司開發(fā)的基于形狀記憶聚氨酯的膜材料（由溫度敏感、透氣的整體薄膜夾在兩層超細纖維紡粘聚丙烯非織造布之間制成）等。

除此之外，通過接枝離子凝膠制備的電制動納米多孔聚合物膜在生化防護服上也顯示出巨大的應用潛力，在施加和取消電場的作用下，由于位于納米孔內(nèi)的離子凝膠膨脹和收縮，從而可根據(jù)需要調(diào)節(jié)孔徑，提高透氣性。

接枝離子凝膠滌綸納米孔膜的阻隔原理

自適應阻隔膜及其在生化防護服上的應用

自適應智能材料能夠響應外部刺激為穿著者提供即時保護，如具有自清潔功能或自修復功能，能夠及時清潔表面的有害化學，或修復防護服表面的缺損防止有害物質(zhì)的侵入，實現(xiàn)更加智能的防護。

LLNL研制的具有碳納米管導濕孔的膜材料

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）2016年研制了一種稱為“第二層皮膚”的膜材料，這種材料具有整齊排列的尺寸小于5nm的碳納米管導濕孔，透氣性比GORE－TEX膜材料更好。同時，由于生物病毒的尺寸通常大于10nm，因此具有很好的防御生物病毒侵入的阻隔性。為了防止尺寸更小的有害化學物質(zhì)的侵入，研究人員正在采用化學響應型官能團對碳納米管膜進行表面修飾，從而實現(xiàn)對有害化學物質(zhì)的選擇性阻隔。同時，研究人員還在進行另一種有趣的“自清潔”防御方法的研究，即當與有害化學物質(zhì)反應后，表層膜材料自動脫落，以達到自清潔目的。據(jù)悉，這項研究由美國國防威脅降低局（Defense Threat Reduction Agency，DTRA）資助，將于2018年初進行初步評估，有望用于其未來的生化防護服系統(tǒng)。

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