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有关北京冬奥会的化学知识

发布时间:2022年05月18日来源:广东省科学院测试分析研究所

第二十四届冬奥会将来自世界各地的运动健儿,汇聚于五环之下,在冰天雪地间挥洒汗水,创造奇迹。

欣赏冬奥会盛况和运动员精彩表现的同时,让我们来捋一捋本届冬奥会有关的化学高科技。


顶流冰墩墩的外壳材质

吉祥物冰墩墩最近成了全网爆火的流量担当,可谓是一墩难求。你知道它的外壳是什么材质吗?

不少人以为它晶莹剔透的外壳应该是玻璃或是塑料。其实是有机硅胶。

有机硅,即有机硅化合物,是指含有Si—C键且至少有1个有机基直接与硅原子相连的化合物。其中,以硅氧键(—Si—O—Si—)为骨架组成的聚硅氧烷,是有机硅化合物中数量最多、研究最深、应用最广的一类,约占总用量的90%以上。

有机硅无毒无味,物理和化学性质非常稳定,不溶于水和任何溶剂,满足了绿色奥运的环保要求以及冰墩墩产品透明度极高的要求。冬奥会吉祥物使用硅胶外壳在历史上尚属首次。

 

冬奥火炬中的奥秘

本届冬奥火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数。

火炬外壳不仅要耐火抗高温,还要能在极寒天气中使用。冬奥火炬“飞扬”采用了新型材料——一种由碳纤维与高性能树脂制成的碳纤维复合材料,质量只有钢的1/4,强度是钢的7~9倍。

为实现耐高温,火炬上半段燃烧端在1000 ℃以上高温中进行陶瓷化,有效解决了在高温制备过程中火炬外壳起泡、开裂等难题,达到了既耐温又耐火的要求,实现了燃烧温度>800 ℃氢气燃烧环境下正常使用。

而且碳纤维制造的火炬既分量轻又很牢固,抗摔。冬季火炬传递时,传统金属材料手感不好,碳纤维可以有效解决这个问题,避免了冰凉的触感。

另外,氢气的火焰在日光下原本是看不见的,攻关团队研发了一种可以调节氢气火焰颜色的配方,让“飞扬”在日光下的火焰颜色依然夺目。

 

神奇的二氧化碳跨临界直冷制冰

国家速滑馆“冰丝带”,是目前世界上采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的最大的多功能全冰面。

常温常压下的二氧化碳是气态,施加一定压力后,可以液化成液体甚至凝华为固体(即干冰),压力降低后,液态或固态的二氧化碳又能快速汽化(或升华)为气体,并大量吸热,从而达到降低环境温度的目的。

二氧化碳跨临界直冷制冰,是将气态二氧化碳通过加温加压形成超临界二氧化碳流体,再对超临界二氧化碳进行降温降压达到-20~-15 ℃,再相变蒸发吸热完成制冷和制冰的过程。

二氧化碳跨临界直冷制冰技术具有环保节能、来源广泛、安全无毒等优点,而且,用二氧化碳直冷系统制出的冰面质量更好,能精准控制冰温和软硬度。满足不同项目对冰面的要求,被誉为是“最快的冰”。

 

冬奥会服装中的“黑科技”

本次冬奥会和冬残奥会的颁奖礼仪服装不仅外观典雅大方,而且衣服内胆添加了第二代石墨烯发热材料。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,产生一种由内而外的温暖。

比赛服装中的科技含量更高:例如速滑竞赛服中,会在大腿部位选择一种比普通纤维弹性强数十倍的橡胶材料,最大程度减少体力消耗;在右胯部位置,会采用一种合成纤维,有效减少摩擦力。

滑雪服则采用了一种智能分子材料——剪切增稠流体(STF)材料,常态下处于一种粘稠的半液体状态,一旦遇到高速的撞击,这些智能分子立刻相互连接形成防护层,使外来的冲击力分散到周围,不会集中于身体的某一点。STF材料解决了空气阻力和衣服柔韧性的问题。

这些冬奥服装中的“黑科技”,为运动员取得好成绩,提供了重要保障。

 

本届冬奥会最大的特色是“绿色环保”。这其中,从清洁能源到环保材料,化学高科技起到了至关重要的作用。

从以上这些神奇的化学高科技中,相信大家能够充分感受到祖国科技“更快、更高、更强”的发展势头。 

 

 

(内容参考来源:生活中的化学)