本届冬奥会，这些新材料大放异彩！

2月4日，随着开幕式在北京国家体育场成功举行，第二十四届冬季奥林匹克运动会正式拉开帷幕，除了好看的开幕式和一场场精彩的竞技赛事以外，很多新材料的出现也是本届冬奥会的一大亮点。今天我们看看哪些新材料亮相本届冬奥会，它们发挥了怎样的作用。

碳材料

在历史的发展中传统的碳材料包括：木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料：新型纳米材料、碳基复合材料、碳纤维、柔性石墨、储能型碳材料、金刚石等。没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质，可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质，如最硬－最软、绝缘体－半导体－超导体、绝热－良导热、吸光－全透光等。

在本届冬奥会上，碳材料以不同的角色出现在赛场内外，可谓是大放异彩。

石墨烯——保暖礼服

石墨烯厚度只有0.3354 nm，是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯因其独特的电学性能、力学性能、光学性能、热性能和高比表面积，近年来受到化学、物理、材料、能源环境等领域的极大重视，前景广阔，被公认为21世纪的“未来材料”和“革命材料”。随着低成本可化学修饰石墨烯的出现，可以更好地利用其特性制备出不同功能的石墨烯复合材料。

石墨烯和碳纳米管作为主要的碳纳米材料，二者可制成电热膜使用。因其表现出低电压、高效发热的特性，现阶段，诸多研究者开始研究纳米碳系电热材料，已研发出石墨烯电热膜并应用于加热装置及内置式电采暖木质地板中。

在本届冬奥会上，人们正是利用了石墨烯独特的热性能。北京冬奥会运动场馆的温度最低可达零下30多摄氏度，礼服从外表上看着很薄，只是单件衣服的厚度，但是内胆配备了全套的石墨烯新材料，会提供温度的保障，帮助工作人员抵抗零下30多度的严寒。

石墨烯是目前为止导热系数最高的材料，热导率可达 5000J/（m·K·s），在通电的情况下，碳分子之间互相摩擦、碰撞而产生热能。热能又通过远红外线以及平面方式均匀地辐射出来，可以很好地被人体接收。

碳纤维——冬奥会火炬、体育器材

碳纤维（Carbon Fiber）是一种以碳为主要成分的纤维材料。碳纤维中的碳分子数量高于90%，直径范围在 5～8μm 内，仅为人的头发丝的1/3 左右，是一种高强度、高模量、质量轻的高性能新材料，由于碳纤维高强、高模、轻质的特点，以碳纤维为增强材料的树脂基复合材料在航空航天、风电新能源、体育休闲、轨道交通等领域有广泛的应用。

在北京冬奥会开幕式倒计时一周年的活动上，由特殊材料制成的北京冬奥会火炬便首次亮相！火炬通常是采用传统金属材质制成，包括夏季奥运会火炬，但2022年的冬奥火炬的外壳却采用了重量轻的耐高温碳纤维材料及复合材料制作而成，火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主，具有“轻、固、美”的特点。

在器材方面，与以前不同，想当年体育器材多是木质、金属制等，想要提高体育成绩，只能依靠不断的训练。而碳纤维复合材料的加入，使得运动器材的重量得到了大幅的下降，更轻更强更快的碳纤维运动装备，帮助更多的运动员一次次打破了世界纪录。

冬奥赛场上比赛选手使用的滑雪板等器材对高强轻质的碳材料青睐有加，眼看冬奥赛场蕴藏着碳材料的巨大商机，就连奥迪、宝马这样的汽车大厂也想分一杯羹，纷纷加入其中。奥迪曾参与了新型滑雪板的设计、开发和制作，从2008年冬开始，至2011年完成。而宝马曾为美国雪橇队倾力打造了碳纤维雪橇，以期帮助他们在索契冬奥会上取得好成绩。

为了能让“冰上F1”高速奔驰，雪车车身所用的材料要求质量轻、强度高，而这样的材料也正是航空航天领域大量应用的，因此，制造雪车瞄准了碳纤维复合材料这一最先在航天航空领域应用发展的新型材料，由太钢钢科公司生产的TG800碳纤维制作的雪车和雪车头盔，将助力运动健儿取得更好成绩。

除了冬奥会，碳纤维在夏季奥运会体育项目以及休闲体育项目中应用也极为广泛，例如撑杆、高尔夫球棒、网球拍、自行车、弓箭、鱼竿等。

合成纤维——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。速滑竞赛服会在大腿的部位选择一种比普通纤维弹性强数十倍的橡胶材料，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；而为了较少空气阻力，速滑竞赛服的手脚处使用了蜂窝样式的聚氨酯材料，这些材料的选择都是为了最大限度提高运动员成绩。

PC、ABS——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。

运动员滑雪时，头部会发出大量的热量，需要佩戴透气保暖的头盔。滑雪头盔外壳材质主要是PC（聚碳酸酯）和ABS（工程塑料的一种）两种，内壳一般为高密度发泡材料，能在头部受到撞击后起到最佳的缓冲作用。

会发电的玻璃——碲化镉发电玻璃

玻璃如何实现发电？人民日报社旗下中国经济周刊官网2018年1月有过形象的报道：通过在绝缘的半导体玻璃上，均匀涂抹仅4微米厚、相当于头发丝的百分之一的碲化镉光电薄膜，就能让“玻璃”实现“变身”，成为可发电的建筑材料。

在2022年北京冬奥会项目建设中，中国工程院院士、中国建材集团（以下简称中建材）总工程师彭寿带领团队自主研发的碲化镉（CdTe）发电玻璃，分别应用于国家速滑馆和张家口冬奥会场馆BIPV建筑一体化项目，以及赤城奥运走廊项目中。

可降解餐具——聚乳酸

北京冬奥组委对冬奥会和冬残奥会低碳管理工作高度重视，积极引进优质生物可降解材料制品，作为北京冬奥会低碳环保工作的有效手段。2020年11月9日，北京冬奥组委与丰原生物签约，将其作为北京冬奥会和冬残奥会官方生物可降解餐具供应商。丰原生物为北京冬奥会提供生物可降解餐具和相关支持服务，包括一次性餐具和注塑类餐具，如一次性刀、叉、勺、餐盒，以及注塑类托盘、筷子、吸管等29种产品。

这种生物可降解餐具采用生物可降解材料——聚乳酸作为原料生产。聚乳酸是可完全生物降解的生物基新材料代表，是目前性价比较高的生物可降解环保高分子材料，与传统的石油基材料相比，每吨聚乳酸可减排约3吨二氧化碳。这是因为聚乳酸具有良好的生物可降解性，经微生物完全降解最终生成二氧化碳和水。相比于普通塑料采用焚烧处理，造成大量温室气体排入空气中，聚乳酸从原材料到聚合物生产过程的碳排放是通用塑料聚乙烯的1/3左右。