冬奧會物理知識與化學(xué)知識

冬奧會物理知識與化學(xué)知識

“二氧化碳跨臨界直接制冰”？一一聽上去就感覺很高大上！那么,

它到底是啥意思呢？

首先，我們要理解什么是臨界點（Criticalpoint）o以我們生活中

常見的水為例，水在加熱的時候會變成水蒸汽。根據(jù)熱力學(xué)知識，這一

過程經(jīng)歷了液態(tài)水-液態(tài)水氣態(tài)水蒸氣的混合物--氣態(tài)水蒸氣的變化，

但是當水在溫度373℃,壓力22.064MPa加熱的時候，液態(tài)水和氣態(tài)

水蒸氣的物理性質(zhì)沒有明顯的變化，只有一個相存在，水變得可壓縮、

可膨脹，并且更喜歡與非極性氣體和有機分子混合，這個點就是水的臨界

點。以二氧化碳為例，它的臨界溫度為31.1攝氏度，而臨界壓力達

到了7.38兆帕。在臨界點以上的區(qū)稱為超臨界，以下的區(qū)是亞臨界，

而從亞臨界到超臨界就是跨臨界。

常溫常壓下的二氧化碳是氣態(tài)，施加一定壓力后，可以液化成液體甚

至凝華為固體（也就是我們說的干冰），壓力降低后，液態(tài)或固態(tài)的二氧

化碳又能快速汽化（或升華）為氣體，并大量吸熱，從而達到降低環(huán)境

溫度的目的。二氧化碳跨臨界直冷制冰，就是將氣態(tài)二氧化碳通過

加溫加壓形成超臨界二氧化碳流體，再對超臨界二氧化碳進行降溫降壓

達到-20支至-15汽，再相變蒸發(fā)吸熱完成制冷和制冰的過程。

以往使用的氟利昂等制冷劑，對于環(huán)境的破壞較為嚴重，而二氧化

碳跨臨界直冷制冰技術(shù)具有環(huán)保節(jié)能、來源廣泛、安全無毒等優(yōu)點，而且,

用二氧化碳直冷系統(tǒng)制出的冰面質(zhì)量更好，能精準控制冰溫和軟硬度。滿

足不同項目對冰面的要求，被譽為是“最快的冰工

冬奧會服裝中的“黑科技”

頒獎禮儀服，是奧運會場一道靚麗的風(fēng)景線。和夏季奧運會不同，

冬奧場館溫度最低至可達零下30多度，在如此冷的必、境中，如何讓頒

獎禮儀服裝既美觀舒適，又能保暖呢？

本次冬奧會和冬殘奧會頒獎禮儀服裝共三套方案，分別為“瑞雪祥

云”、“鴻運ft水”和“唐花飛雪”，不僅外觀典雅大方，而且衣服內(nèi)膽里特

意添加了一片片黑色的材料——這就是針對本屆冬奧會研發(fā)的第二代石

墨烯發(fā)熱材料，石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)非常高，在通電情況下，碳分子團之

間相互摩擦、碰撞而產(chǎn)生熱能，熱能又通過遠紅外線以平面方式均勻地輻

射出來，可以能很好地被人體接受，產(chǎn)生一種由內(nèi)而外的溫暖。

此外，比賽服裝中的科技含量更高；例如速滑競賽服中，會在大腿

的部位選擇一種比普通纖維彈性強數(shù)十倍的橡膠材料，可以最大程度減少

體力消耗；在右胯部的位置，則是會采用一種合成纖維，可有效減少摩擦

力；而為了較少空氣阻力，速滑競賽服的手腳處使用了蜂窩樣式的聚氨酯

材料r這些材料的選擇都是為了最大限度提高運動員成績。

滑雪服則采用了剪切增稠流體（STF）材料?，這是一種智能分子材

料，常態(tài)下處于一種粘稠的半液體狀態(tài)，一旦遇到高速的撞擊，這些智

能分子立刻相互連接形成防護層，使外來的沖擊力分散到周圍，不會集

中于身體的某一點。用STF材料制成的滑雪服防護性氣高，更重要的

是對于運動員來說，它解決了空氣阻力和衣服柔韌性的問題。

這些冬奧服裝中的“黑科技”，為運動員取得好成績，提供了重要保

障。

冬奧火炬中的奧秘

作為歷屆奧運會中備受關(guān)注的元素之一，此次冬奧火炬“飛揚”一經(jīng)

亮相就吸睛無數(shù)。

火炬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？奧秘就在于其所使用的新型材料中。此次冬奧火炬

“飛揚”將碳纖維與高性能樹脂結(jié)合在一起做成碳纖維復(fù)合材料，質(zhì)量只

有鋼的1/4左右，但是強度是鋼的7?9倍。通過將碳纖維絲立體三維編

織，最終像“織毛衣”一樣織成了火炬外殼，看不出任何接縫與孔隙，整

個造型渾然一體。

為實現(xiàn)耐高溫，火炬上半段燃燒端在1000C以上高溫中進行陶瓷

化，有效解決了在高溫制備過程中火炬外殼起泡、開裂等難題，達到了

既能夠耐溫乂能夠耐火的要求，實現(xiàn)了燃燒溫度＞800℃氫氣燃燒環(huán)境

下正常使用。

而且碳纖維制造的火炬既分量輕又很牢固，摔不壞。同時，冬季火

炬?zhèn)鬟f時，傳統(tǒng)金屬材料手感不好，碳纖維可以有效解決這個問題，避

免了冰涼的觸感。

另外，大家可能也注意到了，氫氣的火焰原本在日光下是看不見的，

那么為什么“飛揚”的火焰顏色如此奪目？這是因為攻關(guān)團隊研發(fā)了一種

可以調(diào)節(jié)氫氣火焰顏色的配方，讓它在日光下具有可見的火焰顏色。

實現(xiàn)碳中和，盡顯高科技

本屆冬奧會最大的特色之