按動衣服上的按鈕，衣服中頸部和腰部的石墨烯發(fā)熱材料就會升溫至55℃，為身處寒冷環(huán)境中的人員提供源源不斷的溫暖。這樣的發(fā)熱服已經(jīng)應(yīng)用到北京冬奧會中，不僅耐揉搓，也可以水洗。

石墨烯加熱圍巾、馬甲、手套和襪子等產(chǎn)品，可以為身處寒冷環(huán)境中的人員提供溫暖。新京報記者 張璐 攝

在北京市科委、中關(guān)村管委會的支持下，北京創(chuàng)新愛尚家科技股份有限公司（Aika愛家科技）承擔(dān)了科技冬奧“低溫環(huán)境石墨烯智能發(fā)熱產(chǎn)品及熱力保障應(yīng)用”重點課題專項研發(fā)工作。2月17日，新京報記者走訪企業(yè)，揭秘石墨烯加熱技術(shù)在冬奧會中的應(yīng)用。

能夠發(fā)熱的“布”

此次，Aika愛家科技為北京冬奧會提供保障的石墨烯發(fā)熱產(chǎn)品包括圍巾、手套、襪子和馬甲等。中國航發(fā)石墨烯材料冬奧專項項目負(fù)責(zé)人、Aika愛家科技董事長陳利軍說，一些參加過平昌冬奧會的工作人員告訴他，當(dāng)時大家在戶外工作時貼暖寶寶取暖。雖然暖寶寶升溫速度比較快，但是其存在不環(huán)保、溫度不可控、容易造成低溫灼傷等問題。

在此次冬奧測試賽中，工作人員體驗了石墨烯發(fā)熱羽絨馬甲。“羽絨服已經(jīng)被雪打濕，將衣服上的按鍵啟動，石墨烯材料很快發(fā)熱，把羽絨服上的水分烘干，同時帶來熱量。”

這種神奇的效果來自一塊能夠發(fā)熱的“布”。

陳利軍解釋說，石墨烯是目前導(dǎo)熱系數(shù)最高的材料，在通電的情況下，碳分子團之間相互摩擦、碰撞產(chǎn)生熱能，熱能又通過遠(yuǎn)紅外線以平面方式均勻地輻射出來，可以很好地被人體接收，從而產(chǎn)生由內(nèi)而外的溫暖。

為保障冬奧會，公司研發(fā)了全球領(lǐng)先的石墨烯紡織物柔性發(fā)熱材料。科研人員用石墨烯和碳納米管分散液輔助工藝加工，做成了能夠發(fā)熱的“布”。這一創(chuàng)新性的技術(shù)讓石墨烯紡織物柔性發(fā)熱材料不僅擁有出色的熱傳導(dǎo)性能，還兼具普通布料所具備的耐水洗、柔軟、輕薄舒適和耐用等優(yōu)勢，可以反復(fù)水洗、揉搓和剪裁，而不會影響功效。

賦能冰墩墩、云轉(zhuǎn)播背包

能夠發(fā)熱的“布”做起來并不容易。“這里面有很多技術(shù)門檻。”陳利軍說，電熱轉(zhuǎn)換過程中，只有把“方阻”做小，才能在電壓很小的情況下將電能轉(zhuǎn)換成熱能。

“因為發(fā)熱材料方阻小，所以發(fā)熱服飾可以采用低于36V的直流電，泡在水里也很安全。”他說，另一個技術(shù)難點是把石墨烯高分子材料加上線路后和衣服、地毯等融合在一起，為此，科研人員也設(shè)法攻克了這一工藝。

記者看到，石墨烯加熱馬甲上用導(dǎo)線連著一個小充電寶。陳利軍說，由于石墨烯紡織物柔性發(fā)熱材料熱管理效應(yīng)比較高，在延慶賽區(qū)和張家口賽區(qū)零下20℃的環(huán)境下，石墨烯加熱圍巾、馬甲、手套和襪子等產(chǎn)品能夠快速升溫到38℃-53℃，持續(xù)發(fā)熱2-4個小時，滿足各場館各工種的不同需求。

除了為人員保暖，石墨烯紡織物柔性發(fā)熱材料還能為設(shè)備做“外套”。本屆冬奧會上，精彩賽事的呈現(xiàn)離不開云轉(zhuǎn)播技術(shù)。為破解云轉(zhuǎn)播設(shè)備難以在低溫環(huán)境運行的難題，公司應(yīng)用石墨烯材料研制了云轉(zhuǎn)播背包內(nèi)膽包，可以瞬間升溫至50℃，同時配備低溫電池，以保證云轉(zhuǎn)播背包有效應(yīng)對低溫挑戰(zhàn)。

除了冬奧服裝之外，新晉頂流冰墩墩也有石墨烯技術(shù)加持。2020年11月11日，石墨烯冰墩墩暖手寶獲冬奧組委批準(zhǔn)上市，石墨烯冰墩墩暖手寶具有45℃、55℃兩檔溫度調(diào)節(jié)功能。

石墨烯冰墩墩暖手寶具有45℃、55℃兩檔溫度調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)石墨烯新材料技術(shù)在冬奧會特許商品中的首次應(yīng)用。新京報記者 張璐 攝

陳利軍說，石墨烯柔性織物低溫環(huán)境智能發(fā)熱技術(shù)未來還將在汽車熱管理系統(tǒng)、低溫環(huán)境特種加熱服裝服飾、醫(yī)療健康裝備等領(lǐng)域提供更專業(yè)的技術(shù)解決方案和終端產(chǎn)品，讓全民共享冬奧科技成果。

石墨烯還能做口罩、防彈頭盔

單層石墨烯的厚度僅為0.35納米，是世界上已知最薄的二維材料，具有豐富而奇特的物理化學(xué)特性，如導(dǎo)熱性和力學(xué)性能突出、電子傳遞性能非凡，并具有一定的抗菌活性，可應(yīng)用在電子、信息、能源、物理學(xué)、生物醫(yī)藥和材料學(xué)等領(lǐng)域。

石墨烯口罩、石墨烯防彈頭盔、石墨烯電池……在北京石墨烯技術(shù)研究院，記者看到了石墨烯的其他應(yīng)用場景。

據(jù)北京石墨烯技術(shù)研究院副院長王剛介紹，石墨烯口罩是在構(gòu)成普通口罩的紡粘無紡布之間的關(guān)鍵過濾層中，創(chuàng)新應(yīng)用了石墨烯改性聚丙烯材料制成的熔噴布。相比普通口罩，新型石墨烯口罩具有抗菌性強、透氣性更好、使用時間更長等特征。

石墨烯具有親油疏水特性，降低了呼吸過程中產(chǎn)生的水汽對靜電駐極的影響，有效提升口罩防護(hù)時間，可實現(xiàn)長時間佩戴，防護(hù)時長是傳統(tǒng)口罩的10倍。

陳利軍說，石墨烯非常堅硬，其硬度在常溫常態(tài)下比鋼鐵還要硬150倍，因此石墨烯應(yīng)用在橡膠、塑料、金屬等材料中，會使這些材料變得更強。石墨烯復(fù)合裝甲屬于國際上首創(chuàng)的新型防彈材料，具備很好的強韌性，可以用于制作防彈衣、防彈頭盔等，同時還具有輕便的特點。石墨烯還是很好的透光材料，適合用作液晶屏。

石墨烯電池也備受關(guān)注。以石墨烯一次性7號電池舉例，一節(jié)電池容量達(dá)到1200毫安，可以讓我們在日常生活中減少頻繁更換電池的煩惱。同時石墨烯電池還有寬溫域的特性，可以在零下30℃的特殊環(huán)境中滿足正常使用需求。

“未來，研究院將重點開展石墨烯及其衍生技術(shù)在航空航天、國產(chǎn)大飛機、生物醫(yī)療、智能穿戴等領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)。”

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