原标题:冰冰湿滑不融化。中国研究人员首创的“永不融化的冰雪”
在水凝胶上加一层自冷装置,就可以做出冰板和冰壁。温度升高,水不滴落,可以用来制作精美的浮雕——,这是世界上现存唯一可以在冰上长期保存浮雕的技术方案。在中国科技馆展示的冰板上,雕刻着“塔”和“雪花”。虽然很多人摸过,但图案的形状一直保持清晰。
北京2022年冬奥会已经开幕,冰雪运动的热度也在不断升温。中国当年提出的“3亿人上冰雪”的愿景已经变为现实。
推广冰雪运动,必须有冰。但在自然状态下,冰雪升温后会融化,水流潺潺,让人担忧。建造人工溜冰场,需要修建排水系统、砾石层地基、加热水泥层等。工艺复杂,机动性差,成本高。
北京理工大学航空航天学院教授张凯开发了一种新材料————凝胶冰雪。它最大的特点就是“永不融化”。
用高分子网络锁住水凝胶,冰雪不会升温。
近日,在中国科技馆,“科技冬奥”主题展上,张凯团队研制的凝胶冰雪板亮相。展位不大,却吸引了不少路过的观众。出于好奇,大家都会伸手去摸。小孩子特别喜欢。有一半的人跳上去喊:“好酷,好酷,好滑!”这是冰!"
凝胶冰雪90%以上都是水,所以有着和天然冰雪几乎一样的视觉感和触感。
其实常温下的凝胶冰雪是一种水凝胶材料。它在质地上感觉类似于果冻,但是具有更好的机械性能。如果用手戳一下,可以看到它沉入表面一小块,马上弹回。你可以按它,你可以拉它,你可以把它像毯子一样卷起来。
不熔化的奥秘隐藏在一个亲水的聚合物网络中。这种网络的设计和准备是很有讲究的。它是由多种物质通过化学手段聚合而成。根据不同的需求,聚合物网络的材料、形状和交联方式是不同的。没有聚合物网络时,冰晶加热后会融化成水。但加入聚合物网络后,融化的水也被牢牢地锁在网格里,无法逃脱。这样,即使温度升高,水凝胶仍能保持形状不变。它介于液体和固体之间。其实大家熟悉的口罩、退烧贴等。都是水凝胶。
在制作凝胶冰雪时,张凯团队特意选择了生物相容的材料,无毒无害,天然环保,人们可以享受与它的亲密接触。
在水凝胶上加一层自冷装置,就可以做出冰板和冰壁。温度升高,水不滴落,可以用来制作精美的浮雕——,这是世界上现存唯一可以在冰上长期保存浮雕的技术方案。在中国科技馆展示的冰板上,雕刻着“塔”和“雪花”。虽然很多人摸过,但图案的形状一直保持清晰。
还有很多有趣的应用,帮助更多人感受冰雪的魅力。
如果在城市举办小规模的“冰雪嘉年华”,凝胶冰雪也便于携带和安装。常温下可以卷起来,到了目的地再铺上一层冰板,加上制冷机组,就可以变身不融化的小溜冰场。
凝胶冰雪可以提供模拟冰无法比拟的真实冰雪体验。而且其原料便宜,制备方法简单,不需要昂贵的大型仪器,使用过程中易于维护,其成本较人工制冰技术可大幅降低。
还有更有趣的应用。
比如冰雪主题的咖啡店。冰雪制成的凝胶冰杯、冰碗不融化、不变形,韧性强,不易破碎,可重复使用。好好想想。当顾客拿着一个漂亮的冰杯,倒上热咖啡,咖啡冷却下来,冰杯由于升温而变得柔软蜡质Q弹,但它有很大的潜力成为潘趣酒
张凯教授领导的凝胶冰雪团队属于北京理工大学航空航天学院力学系波动力学团队。整个团队主要研究航空航天和水下大型设备的减震降噪。几年前,他们开始研究水凝胶,他们的主要精力是将其与声学结合,开发先进的声学材料,用于海洋设备和医学。比如b超时涂在人体皮肤上的耦合剂,也是一种高分子水凝胶。该团队开发的新型水凝胶可以让患者体验更好,b超成像更清晰。“水凝胶是一种很有潜力的材料,未来会在很多领域大显身手。”张凯说。
但是水凝胶和冰雪结合是世界首创。张凯还记得,四年多前,他收到了学校的一封电子邮件,鼓励老师们充分发挥自己的研究优势,为北京冬奥会服务。张凯认为,作为一所具有科技报国光荣传统的大学——北京理工大学的研究团队,应该为推广冰雪文化出一份力。2008年,张凯曾观看过北京奥运会110米栏比赛,奥运氛围给他留下了深刻印象。“我就是想找到一种方式,让更多的人接触冰雪,爱上冰雪,感受冰雪文化。”
团队期待这种不融化的冰雪能给更多人带来冰雪的魅力。(张盖伦)
(编辑:郝、李)