北(běi)京2022年冬奧會已經開(kāi)幕，冰雪運動的熱度也在持續升溫。當年我(wǒ)國提出的“三億人上冰雪”的願景，已走向現實。
推廣冰雪運動，就要有冰。不過，自然狀态下(xià)的冰雪，升溫後就融化，水淅淅瀝瀝，叫人煩惱。人工(gōng)搭建冰場，則需建排水系統、砂礫層地基、加熱水泥層等，工(gōng)序複雜(zá)，可移動性較差，成本較高。
北(běi)京理工(gōng)大(dà)學宇航學院教授張凱團隊研制出了一(yī)種新型材料——凝膠冰雪。它最大(dà)的特點，就是“永不融化”。
近日，在中(zhōng)國科技館，張凱團隊制備的凝膠冰雪冰闆在“科技冬奧”主題展上亮相。展台不大(dà)，但吸引了不少路過的觀衆。大(dà)家出于好奇，就會伸手摸一(yī)摸。小(xiǎo)朋友特别喜歡，半個身子撲上去(qù)，大(dà)叫着：“涼的，涼的，還滑滑的！這是冰呀！”
凝膠冰雪中(zhōng)，百分(fēn)之九十以上的成分(fēn)是水，所以，它具有與自然冰雪幾乎相同的視感和觸感。
其實，常溫狀态下(xià)的凝膠冰雪，是一(yī)種水凝膠材料。它摸起來的質感和果凍相近，但力學性質更好。你用手戳一(yī)戳，就能看到它表面陷下(xià)去(qù)一(yī)小(xiǎo)塊，又(yòu)馬上回彈。你能壓它，能拽它，還能把它卷起來——就像卷毯子一(yī)樣。
在中(zhōng)國科技館展出的凝膠冰雪所制成的冰闆。
不融化的奧秘藏在一(yī)種親水的高聚物(wù)網絡中(zhōng)。這種網絡的設計、制備都大(dà)有講究。它由多種材料通過化學手段進行聚合反應形成，根據需求的不同，高聚物(wù)網絡的用材、形狀、交聯方式也不同。在沒有高聚物(wù)網絡時，升溫後，冰晶會融化成水；但加入高聚物(wù)網絡後，融化後的水，也被牢牢鎖在網格之中(zhōng)，無法逃脫。這樣一(yī)來，即使升溫，水凝膠依然能保持形狀的完整——它介于液體(tǐ)和固體(tǐ)之間。其實，我(wǒ)們熟悉的面膜、退熱貼等，都是水凝膠。
制作凝膠冰雪時，張凱團隊特意選擇了生(shēng)物(wù)相容性材料，無毒無害，自然環保，人也可以盡情與它親密接觸。
給水凝膠加上一(yī)層自制冷裝置，就能做出冰闆、冰牆。升溫時水不滴落，可以用于制作精美浮雕——這是世界上現有的唯一(yī)可長期在冰上保存浮雕的技術方案。在科技館中(zhōng)展出的冰闆上，就雕刻着“城樓”和“雪花”。雖然摸的人不少，但圖案的形狀一(yī)直保持清晰。
項目負責人張凱在介紹凝膠冰雪。
若在城市中(zhōng)做小(xiǎo)型“冰雪嘉年華”，凝膠冰雪也易于攜帶和安裝。常溫下(xià)，可以把它卷起來，到了地方，墊上一(yī)層冰闆，加上制冷機組，就能讓它搖身一(yī)變，成爲不融化的小(xiǎo)型冰場。
凝膠冰雪能提供仿真冰無法比拟的真實冰雪體(tǐ)驗感。而且，其原材料價格低廉，制備手段簡單，無需昂貴的大(dà)型儀器，且使用過程中(zhōng)易于維護，成本相比人工(gōng)造冰技術可大(dà)幅降低。
還有更多有意思的應用。
比如，做冰雪主題的咖啡廳。凝膠冰雪制備的凝膠冰杯、冰碗，不融化、不失型，韌性強，不易摔碎，還能重複使用。想想看，顧客拿上一(yī)隻精美的冰杯，倒入熱騰騰的咖啡，咖啡降溫了，冰杯則因升溫變得軟糯Q彈，倒是很具有網紅打卡點的潛力。
還能在材料上繼續“整活”。凝膠冰雪可引入具有光、電(diàn)、磁等特性的元素，可實現功能化設計，比如讓它發光發亮，或者做成冰箱貼。
孩子們在體(tǐ)驗常溫下(xià)的水凝膠材料質感。
張凱教授帶領的凝膠冰雪團隊，屬于北(běi)理工(gōng)宇航學院力學系波動力學團隊，整個團隊主要研究的是航天和水下(xià)大(dà)型裝備的減震降噪問題。幾年前，他們開(kāi)始研究水凝膠，主攻方向是将它與聲學結合，研發面向海洋裝備和面向醫學的先進聲學材料。例如，像做B超時塗抹在人皮膚上的耦合劑，也是一(yī)種高分(fēn)子水凝膠。團隊研發的新型水凝膠，能讓病患體(tǐ)驗更好，B超成像更清晰。“水凝膠是一(yī)種很有潛力的材料，未來在很多領域都能大(dà)顯身手。”張凱說。
不過，将水凝膠和冰雪結合，在世界範圍内，還是首創。張凱還記得，四年多以前，他收到了學校發來的郵件，鼓勵教師們積極發揮研究優勢服務北(běi)京冬奧會。張凱覺得，作爲北(běi)理工(gōng)這所具有科技報國光榮傳統的高校的科研團隊，該爲推廣冰雪文化助力。2008年，張凱曾在現場看過北(běi)京奧運會110米欄的比賽，奧運氛圍給他留下(xià)深刻印象。“我(wǒ)就想找到一(yī)種方法，讓更多人接觸冰雪，愛上冰雪，感受冰雪文化。”
團隊期待着，這種不融化的冰雪，能将冰雪的魅力，帶給更多人。
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