p Desde a Primeira Guerra Mundial, a grande maioria das baixas de combate americanas não veio de ferimentos a bala, mas de explosões. Hoje, a maioria dos soldados usa um pesado, colete à prova de balas para proteger seu torso, mas grande parte de seu corpo permanece exposto ao objetivo indiscriminado de fragmentos explosivos e estilhaços. p Projetar equipamentos para proteger as extremidades contra as temperaturas extremas e projéteis mortais que acompanham uma explosão tem sido difícil por causa de uma propriedade fundamental dos materiais. Materiais que são fortes o suficiente para proteger contra ameaças balísticas não podem proteger contra temperaturas extremas e vice-versa. Como resultado, muitos dos equipamentos de proteção de hoje são compostos de várias camadas de materiais diferentes, levando a volumoso, engrenagem pesada que, se usado nos braços e pernas, limitaria severamente a mobilidade de um soldado.

p Agora, Pesquisadores da Universidade de Harvard, em colaboração com o Centro de Soldados do Comando de Desenvolvimento de Capacidades de Combate do Exército dos EUA (CCDC SC) e West Point, desenvolveram um peso leve, material de nanofibra multifuncional que pode proteger os usuários de temperaturas extremas e ameaças balísticas.

p A pesquisa está publicada na revista. Matéria .

p "Quando eu estava em combate no Afeganistão, Eu vi em primeira mão como a armadura pode salvar vidas, "disse o autor sênior Kit Parker, o Tarr Family Professor de Bioengenharia e Física Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) e um tenente-coronel na Reserva do Exército dos Estados Unidos. "Eu também vi como uma armadura pesada pode limitar a mobilidade. Como soldados no campo de batalha, as três tarefas principais são mover-se, atirar, e se comunicar. Se você limitar um desses, você diminui a capacidade de sobrevivência e põe em risco o sucesso da missão. "

p "Nosso objetivo era projetar um material multifuncional que pudesse proteger alguém que trabalha em um ambiente extremo, como um astronauta, bombeiro ou soldado, das muitas ameaças diferentes que enfrentam, "disse Grant M. Gonzalez, um pós-doutorado na SEAS e primeiro autor do artigo.

p Para atingir esse objetivo prático, os pesquisadores precisavam explorar a compensação entre proteção mecânica e isolamento térmico, propriedades enraizadas na estrutura e orientação molecular de um material.

p Materiais com forte proteção mecânica, como metais e cerâmicas, têm uma estrutura molecular altamente ordenada e alinhada. Essa estrutura permite que eles resistam e distribuam a energia de um golpe direto. Materiais isolantes, por outro lado, têm uma estrutura muito menos ordenada, o que impede a transmissão de calor através do material.

p Kevlar e Twaron são produtos comerciais amplamente utilizados em equipamentos de proteção e podem fornecer proteção balística ou térmica, dependendo de como eles são fabricados. Tecido Kevlar, por exemplo, tem uma estrutura cristalina altamente alinhada e é usado em coletes de proteção à prova de balas. Aerogéis porosos de Kevlar, por outro lado, têm demonstrado alto isolamento térmico.

p "Nossa ideia era usar este polímero Kevlar para combinar o tecido, estrutura ordenada de fibras com a porosidade dos aerogéis para fazer longos, fibras contínuas com espaçamento poroso entre elas, "disse Gonzalez." Neste sistema, as fibras longas poderiam resistir a um impacto mecânico, enquanto os poros limitariam a difusão de calor. "

p A equipe de pesquisa usou imersão Rotary Jet-Spinning (iRJS), uma técnica desenvolvida pelo Parker Disease Biophysics Group, para fabricar as fibras. Nesta técnica, uma solução de polímero líquido é carregada em um reservatório e empurrada para fora através de uma pequena abertura pela força centrífuga enquanto o dispositivo gira. Quando a solução de polímero sai do reservatório, primeiro passa por uma área ao ar livre, onde os polímeros se alongam e as correntes se alinham. Em seguida, a solução atinge um banho líquido que remove o solvente e precipita os polímeros para formar fibras sólidas. Como a banheira também gira - como a água em um centrifugador de salada - as nanofibras seguem o fluxo do vórtice e envolvem um coletor giratório na base do dispositivo.

p Ao ajustar a viscosidade da solução de polímero líquido, os pesquisadores conseguiram girar longamente, nanofibras alinhadas em folhas porosas - fornecendo ordem suficiente para proteger contra projéteis, mas desordem suficiente para proteger contra o calor. Em cerca de 10 minutos, a equipe conseguia girar lençóis de cerca de 10 por 30 centímetros.

p Para testar as folhas, a equipe de Harvard recorreu a seus colaboradores para realizar testes balísticos. Pesquisadores do CCDC SC em Natick, Massachusetts simulou o impacto de estilhaços disparando grandes, Projéteis semelhantes a BB na amostra. A equipe realizou testes imprensando as folhas de nanofibra entre folhas de tecido Twaron. Eles observaram pouca diferença na proteção entre uma pilha de todas as folhas Twaron tecidas e uma pilha combinada de Twaron tecida e nanofibras fiadas.

p "As capacidades do CCDC SC nos permitem quantificar o sucesso de nossas fibras do ponto de vista de equipamentos de proteção para combatentes, especificamente, "disse Gonzalez.

p "Colaborações acadêmicas, especialmente aqueles com universidades locais ilustres, como Harvard, fornecer ao CCDC SC a oportunidade de alavancar conhecimentos e instalações de ponta para aumentar nossas próprias capacidades de P&D, "disse Kathleen Swana, pesquisadora do CCDC SC e uma das autoras do artigo. "CCDC SC, em troca, fornece valiosa experiência científica e centrada no soldado e recursos de teste para ajudar a impulsionar a pesquisa. "

p No teste de proteção térmica, os pesquisadores descobriram que as nanofibras forneciam 20 vezes a capacidade de isolamento térmico do Twaron e Kevlar comerciais.

p "Embora haja melhorias que podem ser feitas, ultrapassamos os limites do que é possível e começamos a mover o campo em direção a esse tipo de material multifuncional, "disse Gonzalez.

p "Nós mostramos que você pode desenvolver tecidos altamente protetores para pessoas que trabalham de forma perigosa, "disse Parker." Nosso desafio agora é evoluir os avanços científicos para produtos inovadores para meus irmãos e irmãs de armas. "

p O Escritório de Desenvolvimento de Tecnologia de Harvard entrou com um pedido de patente para a tecnologia e está buscando ativamente oportunidades de comercialização.