【化工人看冬奥】石墨烯注入严冬暖意

2月12日晚，坐落于奥林匹克中心区的北京冬奥会颁奖广场寒风凛冽，打破速度滑冰男子500米项目奥运会纪录的中国冬奥代表团旗手高亭宇霸气一跃跳上领奖台，享受着人生的荣光时刻。这是自1980年中国首次参加冬奥会以来，赢得的第一枚速滑男子项目冬奥金牌。在颁奖现场，身穿“唐花飞雪”颁奖服饰的礼仪志愿者们，在一颦一笑、一步一动中将“中国之美”展现得淋漓尽致。记者发现，颁奖礼服的内胆里添加了一片片黑色的材料，这就是针对本届冬奥会研发的第二代石墨烯发热材料。

设立专门的颁奖广场是冬奥会区别于夏奥会的重要特征。不同于夏奥会比赛结束后会立即在竞赛场馆为获奖运动员举行颁奖仪式。冬奥会比赛结束后，通常会在赛场内先举行颁发纪念品的仪式，然后来到冬奥会专门设立的颁奖广场，为获奖的运动员举行隆重的颁奖仪式，向获奖运动员颁发奖牌、升国旗、奏国歌。

2月12日，2022年北京冬奥会速度滑冰男子500米颁奖仪式，高亭宇赢得该项目金牌。(CFP 供图)

同样和夏季奥运会不同，冬奥会运动场馆的温度最低甚至可以达到-30℃。在如此寒冷的环境中，让颁奖礼仪服装既美观舒适又能保暖，设计者们下了很大的功夫。本届冬奥会的颁奖礼服共有3个系列，名为“瑞雪祥云”“鸿运山水”和“唐花飞雪”，分别应用于雪上场馆、冰上场馆和颁奖广场;礼服颜色选用霞光红和天霁蓝，并结合2008年夏奥会的祥云元素，体现北京“双奥之城”的文化传承。颁奖礼服从外表上看着很薄，只是单件衣服的厚度，但是内胆配备了全套的石墨烯新材料，只要衣服某处加热或者过热，石墨烯复合材料就能快速把热量均匀传递到全身，帮助礼仪志愿者抵抗-30℃的严寒。石墨烯导热系数非常高，在通电情况下，碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，可以很好地被人体接受，产生一种由内而外的温暖。

这种石墨烯新材料是由中国航发研发的第二代石墨烯发热材料。据记者了解，第一代石墨烯材料不透气，上身以后汗排不出去，容易造成低温灼伤，不能制作穿戴类的服装。针对冬奥应用场景，中国航发开发了石墨烯第二代柔性热管理材料，基材是布料或纤维肌，既柔软又透气。相较于第一代材料，第二代石墨烯材料还可以剪裁和水洗，保证了安全性和可靠性，并可实现重复使用。为保证在室外长时间工作的人员不感到寒冷，中国航发科研人员基于该材料，还开发出围巾、马甲、手套、袜子等一系列石墨烯加热类产品，给工作人员在-40℃的情况下提供全方位的温度保障。

北京创新爱尚家科技公司联合北京石墨烯技术研究院共同研发了石墨烯柔性织物加热材料快速电热转换等关键技术，实现了石墨烯柔性织物加热技术低温应用，开发了石墨烯加热相关产品。这些产品具备柔软、透气、耐弯折等性能，能够在-40℃时实现发热启动，并可使多个区域发热，历经50次水洗仍能保持良好性能。由这种智能温控石墨烯织物制作成的冬奥工作人员服装，可通过按键手动、App软件操控与智能语音多种模式操作，实现精准调温。

除了工作人员，在寒冷的天气里观看冬奥比赛项目的现场观众们也需要保温。清华大学建筑学院副教授曹彬团队将柔性石墨烯、气凝胶等材料进行复合，研发出在极寒环境下的“温暖装备”，为观众创造更好的观赛体验。研究团队开发出兼具防风、保温和加热效果的高性能防寒加热服，在外衣整体保温性能提升的基础上进行再升级，通过石墨烯片对人体腹部、腰部等部位提供持续稳定的局部加热。研究人员还把石墨烯材料与比赛场馆设施巧妙结合，研究出便携式加热坐垫。加热坐垫还设置了传感器，只给有观众坐的座位加热，避免了热量损失和能源浪费。

石墨烯在本届冬奥会上还为转播器材提供了温暖保障。为解决极低温环境下转播设备不能正常工作的难题，爱尚家科技等单位研究了石墨烯低温保障方案，采用石墨烯柔性织物电热材料、石墨烯改性气凝胶、石墨烯低温电池等，使云转播背包内可以瞬间产生50℃的温升，保证云转播设备正常使用。

在冬奥户外保暖设施建设上，也随处可见石墨烯材料的身影。在张家口赛区的城市志愿者服务站采用了石墨烯3D大面积超导制热技术。东鹏瓷砖以中科院理化所特聘研究员张麟德的石墨烯制备技术作为技术支撑，研发出石墨烯3D大面积超导制热技术。采用该技术打造的6座城市志愿者服务站，分布在张家口市的5个区县，为张家口城市志愿者们提供御寒“暖屋”，保证了这些幕后英雄在寒冷的户外环境中有温暖的避风场所。