體育競技不光是力量的比拼，更是科學與技術的較量。這種較量尤其體現(xiàn)在冬奧會的冰雪競速項目上。

“滑冰馭雪”都需要裝備的加持，小到冰刀、頭盔，大到鋼架雪車、雪橇，每個裝備的小小突破，都可能對比賽成績產(chǎn)生顛覆式影響。而每個裝備的“小突破”，都在于其背后深入的科學研究和新材料的應用。

碳纖維材料頭盔實力保護雪車運動員

頭盔在冰上競速項目中隨處可見，因為冰雪運動速度快、沖擊力強，頭盔的作用是保護運動員安全，并且在此基礎上，做到氣動減阻。

冬奧會的雪車項目是速度最快且觀賞性極強的項目，被稱為“雪上F1”。雪車滑行最高時速可達160公里左右，風馳電掣的高速行駛使勝負常在毫秒之間。因而，雪車頭盔成為運動員的重要防護裝備，同時也是優(yōu)化阻力的關鍵。

東莞理工學院體育工程與運動康復科研團隊副教授李楠告訴科技日報記者，在材料的使用上，國內自主研發(fā)的雪車頭盔采用強度高、防撞性能優(yōu)異的中國航天T800碳纖維材料制成。T800碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型材料。由于材料經(jīng)過碳化及石墨化處理，因此具備密度小、強度高等優(yōu)點，根據(jù)相關資料，碳纖維材料的密度比鋁還要低，但是強度卻比鋼鐵還要大。

李楠表示，用T800碳纖維材料制成的頭盔，重量僅約1.1千克，比之前國家隊使用的頭盔減少了500克，有效地為運動員減少了負重。在減重的同時，頭盔內部材料緩沖層還采用了3D打印點陣結構，可以抵御頭盔在遇到碰撞時的各種沖擊力，更好地保護運動員的頭部。“依靠我們的核心技術，國產(chǎn)雪車頭盔的硬度比美國標準增強了50%多。”李楠說。

復合材料涂層降低冰刀滑行摩擦力、增大抓冰力

專業(yè)冰鞋的冰刀由兩層鋼構成，上面是具有一定彈性的軟鋼，下面是硬鋼，兩層鋼經(jīng)研磨和磨鋒后，形成高硬度、低粗糙度的刀刃，從而在不降低冰刀韌性的情況下，大大提高刀刃的壽命，減小了冰刀與冰之間的摩擦力，提高了滑行速度。

負責為運動員進行減阻設計實驗的清華大學機械系主任汪家道告訴科技日報記者，一款好的冰刀，滑行時前進方向的摩擦力要小，側向蹬踩冰面時摩擦力要大，才能增加運動員的滑行速度。汪家道團隊對冰刀進行了創(chuàng)新設計，在原有冰刀的基礎上進行了增強處理，即在冰刀表面涂上薄薄的復合材料涂層，使冰刀兩側硬度增強，降低滑行摩擦力，提高耐磨損能力，增大抓冰力。試驗數(shù)據(jù)顯示，增強處理后，冰刀側面硬度增強19%，前進方向摩擦力降低16%—22%，側向蹬踏摩擦力增強超過30%，由此實現(xiàn)了增速減阻的目的。

據(jù)了解，目前改進后的冰刀設備正在國家集訓隊應用測試，服務北京冬奧會運動員備戰(zhàn)比賽。

特制薄膜讓滑雪板擁有“自帶打蠟”功能

越野滑雪項目的基礎設備是雪板與雪杖，雪板用于競速，雪杖輔助控制。除此之外，運動員參加項目還有一個看似微不足道實則至關重要的環(huán)節(jié)——打蠟。

雪板是一個復雜結構，一般由板底、板刃、復合層、板面組成。雪板底層是一層聚合物材料做成的膜，在雪板底層膜上打蠟，蠟與雪直接接觸，會降低雪板整體的摩擦力，從而實現(xiàn)速度的提升。

“打蠟的流程與原理是，將蠟體打到雪板板底的膜上，然后蠟會浸入膜內，由此起到潤滑效果。”汪家道團隊由此提出了一個頗具顛覆性地想法：為什么不研制一個“自帶打蠟功能”的雪板呢?

于是，他們將潤滑蠟做成微納米顆粒，然后將其與板底聚合物材料混合、燒結、擠壓成薄膜，以此替代滑雪板原有的底膜。

“這個膜的好處顯而易見，蠟融鑄其中，在運動員滑雪過程中，潤滑蠟會不停釋放出來。”汪家道告訴記者，在制作該薄膜時，蠟的使用量可隨意調整，這是原來依靠打蠟浸潤的方式所無法實現(xiàn)的。“這就好比將需要不停更換子彈的武器變?yōu)闊o需填充彈藥的武器一樣，在15公里、30公里等越野滑雪項目上，‘自帶打蠟功能’的滑雪板優(yōu)勢明顯。”汪家道說。

要實現(xiàn)上述功能的一個關鍵技術是使用什么蠟，且如何使其改性。清華大學與中國科學院蘭州化學物理研究所合作，選定市場上的蠟后，再針對冰雪表面需要對其進行疏水改性，制作出特有的潤滑蠟微納米顆粒。汪家道表示，與傳統(tǒng)雪蠟生產(chǎn)商SWIX(挪威享譽世界的戶外運動品牌)的產(chǎn)品相比，改性后的新型蠟不受“打蠟”局限，選擇范圍更廣泛。

(記者 何 亮)

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