發(fā)布時間：2021年1月21日
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科技日報記者陳曦
19日下午，習近平總書記來到位于河北省張家口市崇禮區(qū)的國家跳臺滑雪中心，饒有興致地觀看了運動員訓練演示。總書記指示，同我們國家的強國之路一樣，中國冰雪運動也必須走科技創(chuàng)新之路，一方面要堅持自主創(chuàng)新，一方面要善于吸收國際上的先進技術和訓練方法。
除了先進技術和訓練方法，本次冬奧會在冰雪裝備方面也增加“科技含量”，為運動員高質量訓練提供了強有力支撐。
課題組與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的加熱手套提供給了冬奧會運動員使用
就在不久前，崇禮區(qū)太子城極端溫度低至零下40℃，許多堅持訓練的運動員的臉、手部出現不同程度的凍傷，情況緊急，急需支援。作為“科技冬奧”項目組的科研人員，天津工業(yè)大學紡織科學與工程學院的劉皓教授立刻組織項目組進行調研攻關，利用項目組技術優(yōu)勢與相關企業(yè)合作，為冬奧會運動員快速生產出167副自加熱手套和450套自加熱頭罩，自駕車近400公里，順利將手套送到冬奧會工作人員的手中。
電池、模塊和手機App?實現服裝智能“加溫”
通過選擇合適的保暖面料、加熱元件和鋰電池，設計好控溫模塊和手機App程序，就能讓衣服、手套、頭罩智能加熱，即使在冰天雪地中待上4、5個小時，也不會感覺寒冷。2022年北京冬奧會上，我國的運動員和志愿者們就會配備上這樣的保障服裝。
課題組與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的加熱面罩提供給了冬奧會運動員使用
劉皓教授團隊2019年承擔的“科技冬奧”國家重點研發(fā)計劃項目，在冬季運動與訓練比賽用高性能服裝關鍵技術研發(fā)項目中擔任冬季耐低溫保障服裝關鍵技術的主要研發(fā)工作。
“保障服裝分為積極保暖和被動保暖，我們項目組主要負責積極保暖類服裝的研發(fā)。”劉皓教授解釋，運動員長期處于低溫環(huán)境中，會影響運動機能，甚至造成凍傷。因此在嚴寒環(huán)境下保持人體熱濕舒適性對于提高運動員的訓練效果非常重要。積極保暖服裝能夠在減輕服裝重量的同時保持服裝良好的熱舒適性，并且通過外界能量的輸入實現服裝保暖系數可控從而適應人體的熱濕舒適性需求。
加熱服裝分為電加熱服裝、太陽能加熱服裝、化學能加熱服裝、相變材料加熱服裝和溫度自適應加熱服裝（智能加熱服裝）等。不管是利用太陽光蓄熱材料吸收太陽輻射的可見光與近紅外線, 反射人體熱輻射, 還是利用化學反應產生的熱量或是相變材料儲能來進行保暖都存在適用范圍小、溫度不可控等缺陷。
“而通過溫度監(jiān)測和智能控溫模塊的應用實現精確控溫的電加熱服裝能夠滿足目前積極保暖服裝的應用需求。”劉皓教授介紹，“我們此次生產的保暖手套和保暖面罩，是在手套和面罩中集成了電加熱片，通過控制器將其與鋰電池連接。手套所配備的鋰電池容量3300毫安，重量大約100克，充電一次，一般可以4、5個小時的加熱效果。手套和面罩都設計有專門的電池袋，不會影響運動員穿戴的舒適性。”
課題組研發(fā)的加熱控溫模塊
課題組還研發(fā)了硬幣大小的加熱控溫模塊、加熱織物和溫度控制App程序，這種智能加熱織物可以集成到服裝中，同時支持手動按鍵控制與App智能控制。通過App，運動員將可以隨意調節(jié)加熱服裝的溫度。
“紙”和“刺繡”讓衣服發(fā)熱
在整個積極保暖服裝的研發(fā)過程中，最核心的技術就是發(fā)熱片的材料。
劉皓教授項目組已經在基于柔性碳紙的加熱織物、基于導電紗線的刺繡加熱織物和基于鍍銀紗線的一體成型加熱服裝等技術實現突破，使科技成果順利轉化為產品。
“基于碳紙的柔性加熱織物是將厚度約50微米的導電碳紙封裝到兩片織物間，可以提高加熱織物的強度和耐水洗性，通過調節(jié)碳紙的形狀和連接方式，可以實現不同功率密度的加熱織物。”劉皓教授介紹，一般來說，加熱織物的功率密度越大，其加熱能力越強，升溫速率越快，當其集成到服裝中時，其調節(jié)服裝內部溫度的能力越強。
通過刺繡方式可以在任意織物基底上實現任意加熱圖案的制備，這種制備工藝的設備簡單，設計人員可以根據預定的圖形快速設計和開發(fā)不同規(guī)格類型的加熱織物，具有工藝簡單、成本較低的優(yōu)點。
采用鍍銀復合紗和滌綸短纖紗，設計并制備了針織加熱織物
此外，服裝的熱濕舒適性理論和先進的檢測儀器也是開發(fā)高性能加熱織物和加熱服裝的關鍵技術，項目組在服裝的熱濕舒適性理論和服裝熱動力學模擬仿真等方面也做了大量研究工作。課題組自行研制了織物熱性能測試儀，獲得了授權國家發(fā)明專利，該設備能夠測量加熱織物的升溫過程中織物表面溫度的變化過程，能為加熱織物和智能保暖服裝的研發(fā)提供有力的技術支持。
http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2021-01/21/content_1072866.shtml