石墨烯发热服饰，3D打印碳纤维速滑冰鞋——
新材料装备研发助力冬奥
7月14日，国际级运动健将任振华正在对杨金田教授团队研发的第二代碳纤维速滑冰鞋进行场地测试。 通讯员龙精华摄
20世纪40年代，意大利制造商研制推出了流线型半封闭座舱式雪橇，从而推动了本国雪橇运动的快速发展；1998年长野冬奥会，荷兰速滑运动员因为采用了一头可以脱开的新型冰刀鞋而取得了令人刮目相看的成绩……科技对冰雪运动的发展发挥着重要作用。记者了解到，在河北省正在实施的科技冬奥专项中，有两个冰雪运动装备研发项目，或将为冬奥筹办、竞技备战“添翼”。
石墨烯发热服饰项目
让人无惧室外零下30℃低温
7月12日，衡水绿能嘉业新材料科技有限公司（以下简称“绿能嘉业公司”）的实验室里，一名工作人员身穿看起来并不厚的衣服，在零下30℃的实验舱中，似乎并没受到多少低温的影响，这是该公司实施的省级科技冬奥专项项目——“石墨烯发热服饰在冰雪运动中对个体的热力保障应用”取得的研究成果。
“冬奥会时，众多人要身处超低温环境。除了传统的羽绒服、棉服等保暖方式，需要更安全、高效、保暖的科技化热力保障方式。”绿能嘉业公司研发总监王翊臻告诉记者，石墨烯是目前已知的导热系数最高的一种新型纳米材料，具有超高强度、超高导热系数，被业界誉为“新材料之王”。
绿能嘉业公司是一家专门从事石墨烯应用技术开发及推广的国家高新技术企业。近年来，他们专注研发石墨烯柔性纤维技术与电子电路结合，应用于个人在冰雪运动等低温环境下的石墨烯发热服饰，先后取得了11项专利。
该公司总裁王敏说，在省科技厅科技冬奥专项支持下，他们加大研发力度，很快突破了石墨烯柔性织物发热材料的低温启动和运行、快速电热转换等关键技术。
据悉，此前市场上的石墨烯发热服饰主要采用石墨烯薄膜技术生产，存在不耐揉搓、不够柔软、不透气、电阻易发生改变等问题。绿能嘉业公司的科技冬奥专项，则通过对原有石墨烯水性分散液的改造和编织工艺的调整，结合定制化的电子电路智能化控制系统，在安全电压供电情况下，使应用石墨烯柔性发热材料的石墨烯智能发热产品及热力保障应用能够安全稳定有效运行。
王敏介绍说，他们研发的石墨烯发热服饰兼具柔软、透气、耐弯折性能，可以实现在零下40℃超低温环境下的启动，温度在38℃-52℃间调节，50次水洗性能不衰减，而且多个区域发热，能很好地满足人们在超低温环境下的工作需求。
目前，该公司研发的石墨烯发热服饰包括发热服装、发热围巾等，已完成产品的打样设计，进入测试环节，具备了在冬奥会等场景为有关人员提供超低温天气环境下安全、便携、可重复利用、高效热力保障的能力。
据了解，绿能嘉业公司将不断拓展石墨烯发热服饰的研发生产，形成可更广泛应用的个人石墨烯发热装备技术方案。
3D打印碳纤维速滑冰鞋项目
让定制高性能冰鞋更合脚
7月11日，作为河北经贸大学杨金田教授团队中的一员，该校公共管理学院副教授张卫坐在电脑前，认真查看新一批速滑队专业运动员的脚型数据。接下来，张卫将和团队其他成员一起，制造出新一批试验速滑冰鞋，为他们的碳纤维复合材料速滑冰鞋研究提供更多试验数据。
“采集脚型数据是我们的科技冬奥专项中的重要一环，看起来简单，其实很有讲究。”张卫介绍说，目前速滑运动员定制冰鞋主要依靠采集运动员石膏脚模来实现，存在采集过程复杂、效率低、冰鞋制造时间长等问题。而他们将三维扫描技术和足底3D打印技术结合，能够很好地解决上述问题。
据介绍，他们通过大量采集速滑运动员足底数据，对数据反复进行修正、比对和验证，最终实现了足底数据与冰鞋制造的高度契合。通过对运动员的脚型扫描、足底压力测试，他们将建立起速滑运动员脚型、足底数据库，为自主研发更符合我国运动员人体工程学的速滑冰鞋提供数据支撑。
河北经贸大学杨金田教授团队成员来自河北经贸大学、河北体育学院、河北师范大学、北京体育大学以及东莞理工学院等多所院校。他们目前正在研究的省级科技冬奥专项项目，全称为“个体精准化碳纤维复合材料速滑冰鞋的研发与示范应用”。该项目旨在采用碳纤维高性能复合材料进行速滑冰鞋的研发，通过建立速滑运动员脚型、足底数据库，研发3D足底扫描和打印系统，实现速滑冰鞋的个性化定制和快速制造。
“高性能碳纤维复合材料具有强度高、耐腐蚀、变形小以及轻量化等特点，可有效提升速滑冰鞋性能，并实现轻量化制造，有助于提高运动员的竞技表现。”杨金田介绍说，目前世界上知名的碳纤维速滑冰鞋多由美国、加拿大、意大利、奥地利、荷兰等国企业生产，价格是国产速滑冰鞋的几倍甚至十数倍。为此，他们下决心将自主研发的碳纤维速滑冰鞋性能提升到国际一流水平。
据悉，经过一段时间的研发，杨金田教授团队已进入第二代碳纤维速滑冰鞋的测试。“我们通过运用生物力学等技术手段，对第一代产品进行了评测，并与国内外主流品牌碳纤维速滑冰鞋进行了关键参数比对，结果比国内高端速滑冰鞋重量降低4%、冰鞋剥离强度提升7%。即将生产的第二代产品，部分参数上甚至具备了与国外同类产品‘掰手腕’的底气。”杨金田表示，该项目研究截止期为2022年12月，接下来，他们将加快自主研发碳纤维速滑冰鞋迭代提升，力争早日实现对进口品牌的“弯道超车”，为我国冰雪运动发展增强“技力”。（河北日报记者王伟宏）
