奥运会的材料“黑科技”，藏在火炬里，藏在餐具里，藏在服装里

2022年万众企盼的北京冬奥会已经结束！各项准备工作已经就绪。最绿色的清洁能源、最环保的制冰技术、最安全的防疫措施……这场冰雪盛会将再一次给世界带来怎样的惊喜？而各种化工新材料又将在其中扮演什么样的角色呢？

北京冬奥会火炬 - “飞扬”

火炬的整体外观与北京2008年奥运会开幕式主火炬塔形态相呼应。火炬以祥云纹样“打底”，自下而上从祥云纹样逐渐过渡到剪纸风格的雪花图案，旋转上升，如丝带飘舞。北京冬奥组委文化活动部副部长王向豫表示，2022年冬奥会火炬体现了艺术设计与科技创新的完美融合。

“飞扬”的外壳不仅要耐火抗高温，还要能在极寒天气中使用。如何承受这“冰与火”的双重考验，奥秘就藏在一种新型材料里。

1. 首次采用碳纤维

北京2008年奥运会火炬“祥云”采用的是铝合金材料，为了契合“绿色办奥”理念，体现艺术设计与科技创新的完美融合，这次研发团队将目光投向了“碳纤维”。

中国石化上海石化创新研究院总经理林生兵：它（碳纤维）的质量只有钢的1/4左右，但是强度是钢的7——9倍。

1860年，英国人在制作电灯灯丝时发明了碳纤维，它的力学性能十分优异，到了现代更被誉为“黑黄金”、21世纪“新材料之王”。

这次，研发团队用碳纤维与树脂形成的复合材料来做奥运火炬，堪称世界首创。

2. 破解多个技术瓶颈

中国石化上海石化公司副总经理黄翔宇：冬奥组委给它的第一个评价就是轻，而且很牢固，随便怎么摔也摔不坏。另外一个就是，冬季火炬传递的时候天气很冷，传统金属材料的话手感不太好，复合材料可以解决这个问题，避免这种很冰凉的感觉。“飞扬”采用氢做燃料，不仅环保，还因为氢燃料的特性保证了火炬能在极寒天气中使用。但氢气作燃料，燃烧温度就会高于800℃。因此，“飞扬”火炬外壳的研制，就花了整整三个月时间，逐一攻克了多项技术难题。

黄翔宇表示：火炬的火是从里面烧出来的，一般的复合材料都不能在火里烧，要到500℃在火里面再一烧就没了。正好上海有一家企业研发了一种树脂，这个树脂是耐火的，拿过来我们进行测试分析。最后通过工艺调整，它达到了既能够耐温又能够耐火的要求，800℃、900℃都可以。

碳纤维的应用前景无限广阔，但却有着森严的技术壁垒。此前，只被日本、美国等少数发达国家掌握，但经过长期研发攻关，上海石化成为国内首家、全球第四家掌握碳纤维大丝束产业化技术的企业。

纪念钞

2021年12月21日，中国人民银行发行第24届冬季奥林匹克运动会纪念钞一套。面额20元，塑料钞和纸钞各1张。

冰上运动项目纪念钞为塑料钞，雪上运动项目纪念钞为纸钞；每张票面长为145毫米，宽为70毫米。
据纪念钞的主创设计师郑可新介绍，冰上运动项目是花样滑冰运动员图案，具有观赏性；雪上运动项目纪念钞是滑雪运动员图案，是运动员的竞技表现。

在防伪技术上，纪念钞采用动感全息宽条，透明视窗、光彩光变图案和雕刻凹印等，保证了纪念钞的安全性。

rPET纤维工作服

2021年11月，可口可乐中国宣布为北京冬奥会所有场馆的清废团队提供“温暖包”，采用了rPET材质（饮料瓶再生材质）的工作服套装。可口可乐中国表示，希望通过这一举措，提升公众对于循环再生理念的认知。

冬奥会场馆清废团队的外套设计，借鉴了户外冲锋衣的可拆卸功能，搭配了可拆卸的防寒外套和裤装，满足了极大温差下的作业需求，外套面料采用了rPET材料，具有良好的防水防污效果。值得一提的是，可口可乐中国将“回”字元素融入工作服套装的设计之中。此外，冬奥会场馆内放置的饮料瓶回收桶，方便消费者将消费后的饮料瓶投放。可口可乐中国将通过多链路、多场景的方式，展现饮料瓶的循环再生价值。石墨烯发热围巾

石墨烯是什么，为什么能够在冬奥会中起到作用？北京石墨烯技术研究院院长、研究员王旭东介绍，石墨烯是“碳材料家族”中的一员，是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最好的一种新型纳米材料，被称为“黑金”和“新材料之王”。而石墨烯发热服就是基于单层石墨烯材料的导热性和电子迁移率高且变化小的特征，在通电后将电能高效转化为热能，从而提供保暖功能。

除了为工作人员提供保暖外，冬奥期间对讲机、云转播包、手机、摄影机等专业设备也需要保暖。“配备石墨烯保暖的设备，可以保障其在零下20°C正常开机使用。”北京创新爱尚家科技股份有限公司董事长陈利军介绍，提升专业设备低温环境的工作效率和时长是石墨烯材料在冬奥会期间的另一个应用场景，可有效保障设备在低温环境正常运行。

自2010年获得诺贝尔奖后，石墨烯就成为了一种炙手可热的新材料，在世界各国掀起研究热潮。2017年，北京石墨烯技术研究院成立，它由中国航发集团公司、中国中车、中国航天和北京市政府发挥央地联动优势，共同出资发起设立的专门从事石墨烯创新技术研究及产业孵化的新型创新主体，是国家级高新技术企业。其成立以来即以搭建产学研用融一体化平台为目标，以“创新驱动，需求牵引，协同发展”为发展理念，推动石墨烯关键共性技术突破及商业化。

可降解餐具

玉米、薯类、农作物秸秆等可再生资源，将成为北京冬奥会选手吃饭时“饭碗”的制作材料。

安徽丰原生物化学股份有限公司是北京2022年冬奥会和冬残奥会官方生物可降解餐具供应商，目前正在抓紧生产生物材料聚乳酸制作而成的可降解餐具。随着北京冬奥会进入倒计时，位于安徽省蚌埠市固镇经济开发区的丰原生物产业基地内一派繁忙景象。

在这里，经过原料检测、聚乳酸生产加工、餐盒生产，就能将玉米等原料加工制作成可生物降解的一次性餐盒。

3D打印碳纤维速滑冰鞋

3D打印碳纤维速滑冰鞋，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”。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。

目前，速滑运动员的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。河北经贸大学杨金田教授团队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。

第一代产品与国内外主流品牌碳纤维速滑冰鞋进行关键参数比对，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%。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。

速滑竞赛服

短道速滑作为冬奥会上的正式项目，一直都备受瞩目。速滑竞赛服处处体现着“科技含量”。

速滑竞赛服会在大腿的部位，选择一种比普通纤维弹性强数10倍的橡胶材料，可以最大程度减少体力消耗；在右胯部的位置，则是会采用一种合成纤维，可有效减少摩擦力；为了较少空气阻力，速滑竞赛服的 手脚处，使用了蜂窝样式的 聚氨酯材料，以求最大限度提高运动员成绩。

滑雪头盔

滑雪是一项极具观赏性的滑雪运动，将速度与技巧有机结合，运动员要在高耸的雪山陡坡上完成 快速滑降和 回转动作。

2022年北京冬奥会临近，大连理工大学的科研团队自主研发了一款科技含量和颜值都在线的新装备助力中国健儿夺金。1月4日，央视新闻频道《新闻直播间》对该成果进行了报道。秉承“科技冬奥”的理念，他们将航天技术应用到运动装备中大工“结构强度与轻量化设计”。国防科技创新团队运用航天薄壁结构设计科技，研发出高性能滑雪头盔为冬奥助力。

据悉，这项技术来源于程耿东院士指导、王博教授牵头的科研团队，此前，他们便利用这项技术为我国体积最大的大火箭——长征五号运载火箭“胖五”成功减重1145公斤。

大连理工大学运载工程与力学学部教授郝鹏介绍，该头盔运用了曲线加筋变刚度的设计技术，加筋可以很好地去改善头盔受到冲击载荷以后的传力路径，使得头盔抗冲击效率就能更高，从而对运动员起到保护的作用，大幅提升了头盔的抗冲击变形能力，为运动员提供更高的安全防护级别。同时，头盔的材料也有所创新，在保持冲击韧度的同时将刚度提高了4倍，拉伸强度提高了3倍，大幅提升了头盔的抗冲击吸能效率，对运动员形成更好的保护。不仅如此，团队采集了大量国家队运动员的头型数据，并研发了设计软件，实现了运动员头盔的定制化，有效改善了长时间佩戴的舒适性，这款头盔重量只有700g左右，在不大幅增加厚度和重量的前提下，防护性能比欧洲标准至少提升了20%。。目前，这款头盔已顺利通过欧洲滑雪头盔安全标准测试，为冬奥会滑雪相关项目国家队训练提供安全保障，助力中国健儿夺金！