體育競(jìng)技不光是力量的比拼，更是科學(xué)與技術(shù)的較量。這種較量尤其體現(xiàn)在冬奧會(huì)的冰雪競(jìng)速項(xiàng)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(gè)裝備的小小突破，都可能對(duì)比賽成績產(chǎn)生顛覆式影響。而每個(gè)裝備的“小突破”，都在于其背后深入的科學(xué)研究和新材料的應(yīng)用。

碳纖維材料頭盔實(shí)力保護(hù)雪車運(yùn)動(dòng)員

頭盔在冰上競(jìng)速項(xiàng)目中隨處可見，因?yàn)楸┻\(yùn)動(dòng)速度快、沖擊力強(qiáng)，頭盔的作用是保護(hù)運(yùn)動(dòng)員安全，并且在此基礎(chǔ)上，做到氣動(dòng)減阻。

冬奧會(huì)的雪車項(xiàng)目是速度最快且觀賞性極強(qiáng)的項(xiàng)目，被稱為“雪上F1”。雪車滑行最高時(shí)速可達(dá)160公里左右，風(fēng)馳電掣的高速行駛使勝負(fù)常在毫秒之間。因而，雪車頭盔成為運(yùn)動(dòng)員的重要防護(hù)裝備，同時(shí)也是優(yōu)化阻力的關(guān)鍵。

東莞理工學(xué)院體育工程與運(yùn)動(dòng)康復(fù)科研團(tuán)隊(duì)副教授李楠告訴科技日?qǐng)?bào)記者，在材料的使用上，國內(nèi)自主研發(fā)的雪車頭盔采用強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)資料，碳纖維材料的密度比鋁還要低，但是強(qiáng)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(duì)使用的頭盔減少了500克，有效地為運(yùn)動(dòng)員減少了負(fù)重。在減重的同時(shí)，頭盔內(nèi)部材料緩沖層還采用了3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，可以抵御頭盔在遇到碰撞時(shí)的各種沖擊力，更好地保護(hù)運(yùn)動(dòng)員的頭部。“依靠我們的核心技術(shù)，國產(chǎn)雪車頭盔的硬度比美國標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)了50%多。”李楠說。

復(fù)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(gòu)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(fù)責(zé)為運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行減阻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的清華大學(xué)機(jī)械系主任汪家道告訴科技日?qǐng)?bào)記者，一款好的冰刀，滑行時(shí)前進(jìn)方向的摩擦力要小，側(cè)向蹬踩冰面時(shí)摩擦力要大，才能增加運(yùn)動(dòng)員的滑行速度。汪家道團(tuán)隊(duì)對(duì)冰刀進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在原有冰刀的基礎(chǔ)上進(jìn)行了增強(qiáng)處理，即在冰刀表面涂上薄薄的復(fù)合材料涂層，使冰刀兩側(cè)硬度增強(qiáng)，降低滑行摩擦力，提高耐磨損能力，增大抓冰力。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，增強(qiáng)處理后，冰刀側(cè)面硬度增強(qiáng)19%，前進(jìn)方向摩擦力降低16%—22%，側(cè)向蹬踏摩擦力增強(qiáng)超過30%，由此實(shí)現(xiàn)了增速減阻的目的。

據(jù)了解，目前改進(jìn)后的冰刀設(shè)備正在國家集訓(xùn)隊(duì)?wèi)?yīng)用測(cè)試，服務(wù)北京冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)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(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)備是雪板與雪杖，雪板用于競(jìng)速，雪杖輔助控制。除此之外，運(yùn)動(dòng)員參加項(xiàng)目還有一個(gè)看似微不足道實(shí)則至關(guān)重要的環(huán)節(jié)——打蠟。

雪板是一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，一般由板底、板刃、復(fù)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(huì)降低雪板整體的摩擦力，從而實(shí)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(huì)浸入膜內(nèi)，由此起到潤滑效果。”汪家道團(tuán)隊(duì)由此提出了一個(gè)頗具顛覆性地想法：為什么不研制一個(gè)“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(jié)、擠壓成薄膜，以此替代滑雪板原有的底膜。

“這個(gè)膜的好處顯而易見，蠟融鑄其中，在運(yùn)動(dòng)員滑雪過程中，潤滑蠟會(huì)不停釋放出來。”汪家道告訴記者，在制作該薄膜時(shí)，蠟的使用量可隨意調(diào)整，這是原來依靠打蠟浸潤的方式所無法實(shí)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(xiàng)目上，‘自帶打蠟功能’的滑雪板優(yōu)勢(shì)明顯。”汪家道說。

要實(shí)現(xiàn)上述功能的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是使用什么蠟，且如何使其改性。清華大學(xué)與中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所合作，選定市場(chǎng)上的蠟后，再針對(duì)冰雪表面需要對(duì)其進(jìn)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(yù)世界的戶外運(yùn)動(dòng)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。(◎本報(bào)記者 何 亮)