2022年萬眾企盼的北京冬奧會(huì)已經(jīng)結(jié)束！各項(xiàng)準(zhǔn)備工作已經(jīng)就緒。最綠色的清潔能源、最環(huán)保的制冰技術(shù)、最安全的防疫措施……這場(chǎng)冰雪盛會(huì)將再一次給世界帶來怎樣的驚喜？而各種化工新材料又將在其中扮演什么樣的角色呢？

北京冬奧會(huì)火炬 - “飛揚(yáng)”

火炬的整體外觀與北京2008年奧運(yùn)會(huì)開幕式主火炬塔形態(tài)相呼應(yīng)。火炬以祥云紋樣“打底”，自下而上從祥云紋樣逐漸過渡到剪紙風(fēng)格的雪花圖案，旋轉(zhuǎn)上升，如絲帶飄舞。北京冬奧組委文化活動(dòng)部副部長(zhǎng)王向豫表示，2022年冬奧會(huì)火炬體現(xiàn)了藝術(shù)設(shè)計(jì)與科技創(chuàng)新的完美融合。

“飛揚(yáng)”的外殼不僅要耐火抗高溫，還要能在極寒天氣中使用。如何承受這“冰與火”的雙重考驗(yàn)，奧秘就藏在一種新型材料里。

1. 首次采用碳纖維

北京2008年奧運(yùn)會(huì)火炬“祥云”采用的是鋁合金材料，為了契合“綠色辦奧”理念，體現(xiàn)藝術(shù)設(shè)計(jì)與科技創(chuàng)新的完美融合，這次研發(fā)團(tuán)隊(duì)將目光投向了“碳纖維”。

中國石化上海石化創(chuàng)新研究院總經(jīng)理林生兵：它（碳纖維）的質(zhì)量只有鋼的1/4左右，但是強(qiáng)度是鋼的7——9倍。

1860年，英國人在制作電燈燈絲時(shí)發(fā)明了碳纖維，它的力學(xué)性能十分優(yōu)異，到了現(xiàn)代更被譽(yù)為“黑黃金”、21世紀(jì)“新材料之王”。

這次，研發(fā)團(tuán)隊(duì)用碳纖維與樹脂形成的復(fù)合材料來做奧運(yùn)火炬，堪稱世界首創(chuàng)。

2. 破解多個(gè)技術(shù)瓶頸

中國石化上海石化公司副總經(jīng)理黃翔宇：冬奧組委給它的第一個(gè)評(píng)價(jià)就是輕，而且很牢固，隨便怎么摔也摔不壞。另外一個(gè)就是，冬季火炬?zhèn)鬟f的時(shí)候天氣很冷，傳統(tǒng)金屬材料的話手感不太好，復(fù)合材料可以解決這個(gè)問題，避免這種很冰涼的感覺。“飛揚(yáng)”采用氫做燃料，不僅環(huán)保，還因?yàn)闅淙剂系奶匦员ＷC了火炬能在極寒天氣中使用。但氫氣作燃料，燃燒溫度就會(huì)高于800℃。因此，“飛揚(yáng)”火炬外殼的研制，就花了整整三個(gè)月時(shí)間，逐一攻克了多項(xiàng)技術(shù)難題。

黃翔宇表示：火炬的火是從里面燒出來的，一般的復(fù)合材料都不能在火里燒，要到500℃在火里面再一燒就沒了。正好上海有一家企業(yè)研發(fā)了一種樹脂，這個(gè)樹脂是耐火的，拿過來我們進(jìn)行測(cè)試分析。最后通過工藝調(diào)整，它達(dá)到了既能夠耐溫又能夠耐火的要求，800℃、900℃都可以。

碳纖維的應(yīng)用前景無限廣闊，但卻有著森嚴(yán)的技術(shù)壁壘。此前，只被日本、美國等少數(shù)發(fā)達(dá)國家掌握，但經(jīng)過長(zhǎng)期研發(fā)攻關(guān)，上海石化成為國內(nèi)首家、全球第四家掌握碳纖維大絲束產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的企業(yè)。

紀(jì)念鈔

2021年12月21日，中國人民銀行發(fā)行第24屆冬季奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)紀(jì)念鈔一套。面額20元，塑料鈔和紙鈔各1張。

冰上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目紀(jì)念鈔為塑料鈔，雪上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目紀(jì)念鈔為紙鈔；每張票面長(zhǎng)為145毫米，寬為70毫米。
據(jù)紀(jì)念鈔的主創(chuàng)設(shè)計(jì)師鄭可新介紹，冰上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目是花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員圖案，具有觀賞性；雪上運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目紀(jì)念鈔是滑雪運(yùn)動(dòng)員圖案，是運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技表現(xiàn)。

在防偽技術(shù)上，紀(jì)念鈔采用動(dòng)感全息寬條，透明視窗、光彩光變圖案和雕刻凹印等，保證了紀(jì)念鈔的安全性。

rPET纖維工作服

2021年11月，可口可樂中國宣布為北京冬奧會(huì)所有場(chǎng)館的清廢團(tuán)隊(duì)提供“溫暖包”，采用了rPET材質(zhì)（飲料瓶再生材質(zhì)）的工作服套裝。可口可樂中國表示，希望通過這一舉措，提升公眾對(duì)于循環(huán)再生理念的認(rèn)知。

冬奧會(huì)場(chǎng)館清廢團(tuán)隊(duì)的外套設(shè)計(jì)，借鑒了戶外沖鋒衣的可拆卸功能，搭配了可拆卸的防寒外套和褲裝，滿足了極大溫差下的作業(yè)需求，外套面料采用了rPET材料，具有良好的防水防污效果。值得一提的是，可口可樂中國將“回”字元素融入工作服套裝的設(shè)計(jì)之中。此外，冬奧會(huì)場(chǎng)館內(nèi)放置的飲料瓶回收桶，方便消費(fèi)者將消費(fèi)后的飲料瓶投放。可口可樂中國將通過多鏈路、多場(chǎng)景的方式，展現(xiàn)飲料瓶的循環(huán)再生價(jià)值。石墨烯發(fā)熱圍巾

石墨烯是什么，為什么能夠在冬奧會(huì)中起到作用？北京石墨烯技術(shù)研究院院長(zhǎng)、研究員王旭東介紹，石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，被稱為“黑金”和“新材料之王”。而石墨烯發(fā)熱服就是基于單層石墨烯材料的導(dǎo)熱性和電子遷移率高且變化小的特征，在通電后將電能高效轉(zhuǎn)化為熱能，從而提供保暖功能。

除了為工作人員提供保暖外，冬奧期間對(duì)講機(jī)、云轉(zhuǎn)播包、手機(jī)、攝影機(jī)等專業(yè)設(shè)備也需要保暖。“配備石墨烯保暖的設(shè)備，可以保障其在零下20°C正常開機(jī)使用。”北京創(chuàng)新愛尚家科技股份有限公司董事長(zhǎng)陳利軍介紹，提升專業(yè)設(shè)備低溫環(huán)境的工作效率和時(shí)長(zhǎng)是石墨烯材料在冬奧會(huì)期間的另一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，可有效保障設(shè)備在低溫環(huán)境正常運(yùn)行。

自2010年獲得諾貝爾獎(jiǎng)后，石墨烯就成為了一種炙手可熱的新材料，在世界各國掀起研究熱潮。2017年，北京石墨烯技術(shù)研究院成立，它由中國航發(fā)集團(tuán)公司、中國中車、中國航天和北京市政府發(fā)揮央地聯(lián)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，共同出資發(fā)起設(shè)立的專門從事石墨烯創(chuàng)新技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)孵化的新型創(chuàng)新主體，是國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。其成立以來即以搭建產(chǎn)學(xué)研用融一體化平臺(tái)為目標(biāo)，以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，需求牽引，協(xié)同發(fā)展”為發(fā)展理念，推動(dòng)石墨烯關(guān)鍵共性技術(shù)突破及商業(yè)化。

可降解餐具

玉米、薯類、農(nóng)作物秸稈等可再生資源，將成為北京冬奧會(huì)選手吃飯時(shí)“飯碗”的制作材料。

安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司是北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)官方生物可降解餐具供應(yīng)商，目前正在抓緊生產(chǎn)生物材料聚乳酸制作而成的可降解餐具。隨著北京冬奧會(huì)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，位于安徽省蚌埠市固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的豐原生物產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)一派繁忙景象。

在這里，經(jīng)過原料檢測(cè)、聚乳酸生產(chǎn)加工、餐盒生產(chǎn)，就能將玉米等原料加工制作成可生物降解的一次性餐盒。

3D打印碳纖維速滑冰鞋

3D打印碳纖維速滑冰鞋，全稱為“個(gè)體精準(zhǔn)化碳纖維復(fù)合材料速滑冰鞋的研發(fā)與示范應(yīng)用”。項(xiàng)目旨在采用碳纖維高性能復(fù)合材料進(jìn)行速滑冰鞋的研發(fā)，通過建立速滑運(yùn)動(dòng)員腳型、足底數(shù)據(jù)庫，研發(fā)3D足底掃描和打印系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)速滑冰鞋的個(gè)性化定制和快速制造。

目前，速滑運(yùn)動(dòng)員的定制冰鞋主要依靠采集運(yùn)動(dòng)員石膏腳模來實(shí)現(xiàn)，存在采集過程復(fù)雜、效率低、冰鞋制造時(shí)間長(zhǎng)等問題。河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)楊金田教授團(tuán)隊(duì)將三維掃描技術(shù)和足底3D打印技術(shù)結(jié)合，能夠很好地解決上述問題。

第一代產(chǎn)品與國內(nèi)外主流品牌碳纖維速滑冰鞋進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)比對(duì)，結(jié)果比國內(nèi)高端速滑冰鞋重量降低4%、冰鞋剝離強(qiáng)度提升7%。第二代產(chǎn)品，部分參數(shù)上甚至具備了與國外同類產(chǎn)品‘掰手腕’的底氣。”楊金田表示。

速滑競(jìng)賽服

短道速滑作為冬奧會(huì)上的正式項(xiàng)目，一直都備受矚目。速滑競(jìng)賽服處處體現(xiàn)著“科技含量”。

速滑競(jìng)賽服會(huì)在大腿的部位，選擇一種比普通纖維彈性強(qiáng)數(shù)10倍的橡膠材料，可以最大程度減少體力消耗；在右胯部的位置，則是會(huì)采用一種合成纖維，可有效減少摩擦力；為了較少空氣阻力，速滑競(jìng)賽服的 手腳處，使用了蜂窩樣式的 聚氨酯材料，以求最大限度提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)。

滑雪頭盔

滑雪是一項(xiàng)極具觀賞性的滑雪運(yùn)動(dòng)，將速度與技巧有機(jī)結(jié)合，運(yùn)動(dòng)員要在高聳的雪山陡坡上完成 快速滑降和 回轉(zhuǎn)動(dòng)作。

2022年北京冬奧會(huì)臨近，大連理工大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一款科技含量和顏值都在線的新裝備助力中國健兒奪金。1月4日，央視新聞?lì)l道《新聞直播間》對(duì)該成果進(jìn)行了報(bào)道。秉承“科技冬奧”的理念，他們將航天技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)裝備中大工“結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與輕量化設(shè)計(jì)”。國防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)運(yùn)用航天薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科技，研發(fā)出高性能滑雪頭盔為冬奧助力。

據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)來源于程耿東院士指導(dǎo)、王博教授牽頭的科研團(tuán)隊(duì)，此前，他們便利用這項(xiàng)技術(shù)為我國體積最大的大火箭——長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭“胖五”成功減重1145公斤。

大連理工大學(xué)運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部教授郝鵬介紹，該頭盔運(yùn)用了曲線加筋變剛度的設(shè)計(jì)技術(shù)，加筋可以很好地去改善頭盔受到?jīng)_擊載荷以后的傳力路徑，使得頭盔抗沖擊效率就能更高，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)員起到保護(hù)的作用，大幅提升了頭盔的抗沖擊變形能力，為運(yùn)動(dòng)員提供更高的安全防護(hù)級(jí)別。同時(shí)，頭盔的材料也有所創(chuàng)新，在保持沖擊韌度的同時(shí)將剛度提高了4倍，拉伸強(qiáng)度提高了3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率，對(duì)運(yùn)動(dòng)員形成更好的保護(hù)。不僅如此，團(tuán)隊(duì)采集了大量國家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的頭型數(shù)據(jù)，并研發(fā)了設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員頭盔的定制化，有效改善了長(zhǎng)時(shí)間佩戴的舒適性，這款頭盔重量只有700g左右，在不大幅增加厚度和重量的前提下，防護(hù)性能比歐洲標(biāo)準(zhǔn)至少提升了20%。。目前，這款頭盔已順利通過歐洲滑雪頭盔安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，為冬奧會(huì)滑雪相關(guān)項(xiàng)目國家隊(duì)訓(xùn)練提供安全保障，助力中國健兒奪金！