石墨烯发热服饰让冰雪运动不惧严寒

■研发人员在崇礼实地测试石墨烯发热服装

长时间处于零下30℃至零下40℃的严寒中运动和工作，该如何保暖？已成为冬季奥运会上拯待解决的问题。8月4日，在衡水绿能嘉业新材料科技有限公司（以下简称“绿能嘉业公司”），身穿自制石墨烯发热服饰的研发人员，正夜以继日地在零下30℃的实验舱中，加紧对新材料的测试改进工作。

在河北省科技厅科技冬奥专项支持下，该公司通过加大研发力度，在短时间内突破了石墨烯柔性织物发热材料的低温启动和运行、快速电热转换等关键技术。

■石墨烯服饰成新科技新宠

北京2022年冬奥会和冬残奥会的举办，也让中国的企业在“高科技新材料”领域看到了一片蓝海。以“石墨烯高科技新材料+智能化+大数据”为核心的新一代智能服饰解决方案，正成为我省高新科技企业争相角逐的处女地。

据绿能嘉业公司科研人员透露，2020年中国石墨烯行业市场规模将突破千亿元，预计在2023年，中国石墨烯市场规模将突破3000亿元，人们在生活中围绕石墨烯新材料应用将更加广泛，其中举家必备的“衣食住行”，也让服装成为石墨烯新材料首当其中的应有领域，该公司也开始将新材料研发重点拓展到服装领域。

在2018年平昌冬奥会闭幕式上，“北京8分钟”展示环节，来自中国的72名演员身着自供暖的轻薄石墨烯智能材料演出服出场，惊艳亮相。这也成为中国首次向世界展现石墨烯高科技新材料在服装领域的应用。

据介绍，在当年奥运会上，美国也曾展示了高科技新材料在服装领域的应用，运动员队服采用了电加热技术，只是他们的服装材料是薄膜材质，存在着穿着不透气、不抗揉搓、12V电压等弊端，易用性并不好。

“公司专注石墨烯新材料研究，从2017年开始石墨烯电热管理的研发与应用。其中，发热纤维和发热薄膜等相关的技术都是我们开发的重点。”绿能嘉业公司总裁王敏告诉记者，在河北省科技厅科技冬奥专项支持下，近年来，他们加大研发力度，很快就突破了石墨烯柔性织物发热材料的低温启动和运行、快速电热转换等关键技术，在2020年研发出了首款石墨烯复合纤维材料的发热服。与市场上现有的石墨烯薄膜技术发热服饰相比，该产品穿着舒适透气，也更耐揉搓，解决了电阻易发生改变等问题。王敏说，公司研发人员通过对原有石墨烯水性分散液的改造和编织工艺的调整，采用电子电路智能化控制系统，有效解决了仅使用5V电压安全供电，可实现石墨烯柔性发热材料的智能发热及热力保障安全稳定应用。

■自发热服装深受市场认可

“石墨烯发热服装实现了在零下40℃超低温环境下快速启动，可实现38℃至52℃的自热温度柔性调节，可保证衣服经过50次水洗性能不衰减。”据该公司负责项目管理负责人贺洪影透露，今年3月份，他们曾专门去崇礼，对发热服实地检测。经过单板自由式滑雪工作的工作人员的试穿，收到了良好反馈。

当时，恰逢赶上当地下大雪，发热手套、袜子和围巾等产品深受欢迎。实测中，他们也发现了市场的新需求。由于崇礼地处山地风很大，工作人员说，如果公司方面能再开发出一套能发热护脸的装备就更完美了。

着眼满足人们在超低温环境下的工作需求，绿能嘉业公司已经研发出石墨烯发热马甲、发热手套、袜子、围巾等产品，具备了在冬奥会等场景为有关人员提供安全、便携、可重复利用、高效热力保障的能力。

在深挖石墨烯“蓝海”的王敏看来，这种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，不仅是世界上已知的最轻、最薄、最强的材料，还集声、光、电、热、力、磁四种以上材料的特性于一身，可谓纳米材料中的“多面手”。其也成为二十一世纪最受高科技领域喜爱的新材料之一，有“黑金”“新材料之王”的美誉。

业内专家告诉记者，实际上，石墨烯本来就是存在于自然界的，它一层层叠起来就是石墨。厚1毫米的石墨大约包含了300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是基层甚至仅仅一层石墨烯。石墨烯成为世界上已知的最薄、最硬的新材料，其厚度约0.35纳米，是人头发丝直径的二十万分之一。

记者注意到，绿能嘉业公司在科技冬奥专项的名称为“石墨烯发热服饰在冰雪运动中对个体的热力保障应用”。对此，王敏向记者坦言，绿能嘉业公司最初研发薄膜形态的石墨烯发热体，主要是为了帮助建筑低成本实现保暖问题。开始尝试将石墨烯薄膜应用到保暖服饰上，就必须要解决透气性、舒适性、耐折性和可水洗等一系列问题，这其中汇集了材料学、电子学、纺织学等跨学科技术难题，而研发纤维织物形态的石墨烯复合发热材料就成了关键。为了让石墨烯变成织物的一部分，公司的科研人员几经尝试，将石墨烯做成水性的分散液并将其与服装纤维复合在一起，再加上一些骨架纤维和导电纤维，最终将其织成了布，彻底解决了在满足导电的前提上，实现柔软、透气、耐弯折等特性。

“目前公司使用石墨烯服装材料还是织出来的，为了实现整体材料更薄、更轻，现在团队正在迭代研发涂抹类材料。”据绿能嘉业公司研发人员介绍，他们正在不断拓展石墨烯发热服饰的研发生产，力争为冰雪运动打造更薄、更轻的发穿戴装备。

■本报记者段华鹏