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我国科研人员首创“永不融化的冰雪”

  北京2022年冬奥会已经开始,冰雪运动的热度也在持续升温。当年我国提出的“三亿人上冰雪”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、砂砾层地基、加热水泥层等,工序复杂,可移动性较差,成本较高。
  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,就会伸手摸一摸。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,人也可以尽情与它亲密接触。
  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。
  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,到了地方,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。
  凝胶冰雪还能做成冰雪主题的咖啡厅等。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。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。

(姚 旺)


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