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新浪科技综合|冰冰滑滑且不化 我国科研人员首创“永不融化的冰雪”

新浪科技综合|冰冰滑滑且不化 我国科研人员首创“永不融化的冰雪”
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在中国科技馆展出的凝胶冰雪所制成的冰板 。
给水凝胶加上一层自制冷装置 ， 就能做出冰板、冰墙 。 升温时水不滴落 ， 可以用于制作精美浮雕——这是世界上现有的唯一可长期在冰上保存浮雕的技术方案 。 在中国科技馆中展出的冰板上 ， 就雕刻着“城楼”和“雪花” 。 虽然摸的人不少 ， 但图案的形状一直保持清晰 。
北京2022年冬奥会已经开幕 ， 冰雪运动的热度也在持续升温 。 当年我国提出的“3亿人上冰雪”的愿景 ， 已走向现实 。
推广冰雪运动 ， 就要有冰 。 不过 ， 自然状态下的冰雪 ， 升温后就融化 ， 水淅淅沥沥 ， 叫人烦恼 。 人工搭建冰场 ， 则需建排水系统、沙砾层地基、加热水泥层等 ， 工序复杂 ， 可移动性较差 ， 成本较高 。
北京理工大学宇航学院教授张凯团队研制出了一种新型材料——凝胶冰雪 。 它最大的特点 ， 就是“永不融化” 。
用高聚物网络锁住水 凝胶冰雪升温也不化
近日 ， 在中国科技馆 ， 张凯团队制备的凝胶冰雪冰板在“科技冬奥”主题展上亮相 。 展台不大 ， 但吸引了不少路过的观众 。 大家出于好奇 ， 都会伸手摸一摸 。 小朋友特别喜欢 ， 半个身子扑上去 ， 大叫着：“凉的 ， 凉的 ， 还滑滑的！这是冰呀！”
凝胶冰雪中 ， 百分之九十以上的成分是水 ， 所以 ， 它具有与自然冰雪几乎相同的视感和触感 。
其实 ， 常温状态下的凝胶冰雪 ， 是一种水凝胶材料 。 它摸起来的质感和果冻相近 ， 但力学性质更好 。 你用手戳一戳 ， 就能看到它表面陷下去一小块 ， 又马上回弹 。 你能压它 ， 能拽它 ， 还能把它卷起来——就像卷毯子一样 。
不融化的奥秘藏在一种亲水的高聚物网络中 。 这种网络的设计、制备都大有讲究 。 它由多种材料通过化学手段进行聚合反应形成 ， 根据需求的不同 ， 高聚物网络的用材、形状、交联方式也不同 。 在没有高聚物网络时 ， 升温后 ， 冰晶会融化成水；但加入高聚物网络后 ， 融化后的水 ， 也被牢牢锁在网格之中 ， 无法逃脱 。 这样一来 ， 即使升温 ， 水凝胶依然能保持形状的完整——它介于液体和固体之间 。 其实 ， 我们熟悉的面膜、退热贴等 ， 都是水凝胶 。
制作凝胶冰雪时 ， 张凯团队特意选择了生物相容性材料 ， 无毒无害 ， 自然环保 ， 人们也可以尽情与它亲密接触 。
【新浪科技综合|冰冰滑滑且不化 我国科研人员首创“永不融化的冰雪”】给水凝胶加上一层自制冷装置 ， 就能做出冰板、冰墙 。 升温时水不滴落 ， 可以用于制作精美浮雕——这是世界上现有的唯一可长期在冰上保存浮雕的技术方案 。 在中国科技馆中展出的冰板上 ， 就雕刻着“城楼”和“雪花” 。 虽然摸的人不少 ， 但图案的形状一直保持清晰 。
有多种趣味应用 助力更多人感受冰雪魅力
若在城市中做小型“冰雪嘉年华” ， 凝胶冰雪也易于携带和安装 。 常温下 ， 可以把它卷起来 ， 到了目的地 ， 垫上一层冰板 ， 加上制冷机组 ， 就能让它摇身一变 ， 成为不融化的小型冰场 。
凝胶冰雪能提供仿真冰无法比拟的真实冰雪体验感 。 而且 ， 其原材料价格低廉 ， 制备手段简单 ， 无需昂贵的大型仪器 ， 且使用过程中易于维护 ， 成本相比人工造冰技术可大幅降低 。
还有更多有意思的应用 。
比如 ， 做冰雪主题的咖啡厅 。 凝胶冰雪制备的凝胶冰杯、冰碗 ， 不融化、不失型 ， 韧性强 ， 不易摔碎 ， 还能重复使用 。 想想看 ， 顾客拿上一只精美的冰杯 ， 倒入热腾腾的咖啡 ， 咖啡降温了 ， 冰杯则因升温变得软糯Q弹 ， 倒是很具有成为网红打卡点的潜力 。
还能在材料上继续“整活” 。 凝胶冰雪可引入具有光、电、磁等特性的元素 ， 实现功能化设计 ， 比如让它发光发亮 ， 或者做成冰箱贴 。
张凯教授带领的凝胶冰雪团队 ， 属于北京理工大学宇航学院力学系波动力学团队 ， 整个团队主要研究的是航天和水下大型装备的减震降噪问题 。 几年前 ， 他们开始研究水凝胶 ， 主攻方向是将它与声学结合 ， 研发面向海洋装备和面向医学的先进声学材料 。 例如 ， 做B超时涂抹在人皮肤上的耦合剂 ， 也是一种高分子水凝胶 。 团队研发的新型水凝胶 ， 能让病患体验更好 ， B超成像更清晰 。 “水凝胶是一种很有潜力的材料 ， 未来在很多领域都能大显身手 。 ”张凯说 。
不过 ， 将水凝胶和冰雪结合 ， 在世界范围内 ， 还是首创 。 张凯还记得 ， 4年多以前 ， 他收到了学校发来的邮件 ， 鼓励教师们积极发挥研究优势服务北京冬奥会 。 张凯觉得 ， 作为北京理工大学这所具有科技报国光荣传统的高校的科研团队 ， 该为推广冰雪文化助力 。 2008年 ， 张凯曾在现场看过北京奥运会110米栏的比赛 ， 奥运氛围给他留下深刻印象 。 “我就想找到一种方法 ， 让更多人接触冰雪 ， 爱上冰雪 ， 感受冰雪文化 。 ”
团队期待着 ， 这种不融化的冰雪 ， 能将冰雪的魅力 ， 带给更多人 。
来源：科技日报

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