智能阻隔膜用于生化防護(hù)服：自感知、自響應(yīng)、自清潔、自修復(fù)！

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

智能阻隔膜材料可以使生化防護(hù)服表面具有對(duì)有毒有害物質(zhì)的自感知（“傳感器”功能）、自響應(yīng)（“執(zhí)行器”功能）、自適應(yīng)能力，在保證防護(hù)性能的同時(shí)達(dá)到根據(jù)外部環(huán)境調(diào)節(jié)防護(hù)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(hù)服的防護(hù)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(xué)和生物刺激（包括化學(xué)性質(zhì)、pH值、離子強(qiáng)度、反應(yīng)熱、水分、表面張力、生物表面功能性等）的智能材料包括導(dǎo)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(dǎo)電聚合物是一種極具應(yīng)用潛力的生化智能防護(hù)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(cè)易揮發(fā)和液體化學(xué)物質(zhì)的傳感器，其原理是：當(dāng)這些摻雜特殊物質(zhì)的導(dǎo)電聚合物暴露于具有氧化/還原作用的物質(zhì)中時(shí)會(huì)發(fā)生“摻雜－脫摻雜”反應(yīng)，進(jìn)而通過(guò)監(jiān)測(cè)導(dǎo)電聚合物的電阻率來(lái)檢測(cè)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(cè)到濃度低至25mg/kg的甲醛和乙醛

另外，酶也可用于檢測(cè)有機(jī)磷酸鹽類化學(xué)物質(zhì)。Agentase公司開發(fā)的一種傳感器，結(jié)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(shí)，該產(chǎn)品還可快速對(duì)溫度變化做出反應(yīng)。

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(shí)形狀的能力，且在受到適當(dāng)?shù)耐饨绱碳r(shí)能夠恢復(fù)初始形狀，具有密度低、可恢復(fù)形變量大、易加工成形、形變溫度可調(diào)等諸多優(yōu)點(diǎn)，作為具有“執(zhí)行器”功能的自響應(yīng)阻隔膜材料應(yīng)用前景廣泛。目前，相關(guān)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(shí)（＜Tg）低透氣性的保暖作用和高溫時(shí)（＞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(yīng)，這意味著也可以通過(guò)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(xì)纖維紡粘聚丙烯非織造布之間制成）等。

除此之外，通過(guò)接枝離子凝膠制備的電制動(dòng)納米多孔聚合物膜在生化防護(hù)服上也顯示出巨大的應(yīng)用潛力，在施加和取消電場(chǎng)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(yīng)阻隔膜及其在生化防護(hù)服上的應(yīng)用

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

LLNL研制的具有碳納米管導(dǎo)濕孔的膜材料

美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(dǎo)濕孔，透氣性比GORE－TEX膜材料更好。同時(shí)，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(xué)物質(zhì)的侵入，研究人員正在采用化學(xué)響應(yīng)型官能團(tuán)對(duì)碳納米管膜進(jìn)行表面修飾，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有害化學(xué)物質(zhì)的選擇性阻隔。同時(shí)，研究人員還在進(jìn)行另一種有趣的“自清潔”防御方法的研究，即當(dāng)與有害化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)后，表層膜材料自動(dòng)脫落，以達(dá)到自清潔目的。據(jù)悉，這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)防威脅降低局（Defense Threat Reduction Agency，DTRA）資助，將于2018年初進(jìn)行初步評(píng)估，有望用于其未來(lái)的生化防護(hù)服系統(tǒng)。