按動衣服上的按鈕，衣服中頸部和腰部的石墨烯發熱材料就會升溫至55℃，為身處寒冷環境中的人員提供源源不斷的溫暖。這樣的發熱服已經應用到北京冬奧會中，不僅耐揉搓，也可以水洗。
石墨烯加熱圍巾、馬甲、手套和襪子等產品，可以為身處寒冷環境中的人員提供溫暖。新京報記者 張璐 攝
在北京市科委、中關村管委會的支援下，北京創新愛尚家科技股份有限公司（Aika愛家科技）承擔了科技冬奧“低溫環境石墨烯智慧發熱產品及熱力保障應用”重點課題專項研發工作。2月17日，新京報記者走訪企業，揭秘石墨烯加熱技術在冬奧會中的應用。
能夠發熱的“布”
此次，Aika愛家科技為北京冬奧會提供保障的石墨烯發熱產品包括圍巾、手套、襪子和馬甲等。中國航發石墨烯材料冬奧專項專案負責人、Aika愛家科技董事長陳利軍說，一些參加過平昌冬奧會的工作人員告訴他，當時大家在戶外工作時貼暖寶寶取暖。雖然暖寶寶升溫速度比較快，但是其存在不環保、溫度不可控、容易造成低溫灼傷等問題。
在此次冬奧測試賽中，工作人員體驗了石墨烯發熱羽絨馬甲。“羽絨服已經被雪打溼，將衣服上的按鍵啟動，石墨烯材料很快發熱，把羽絨服上的水分烘乾，同時帶來熱量。”
這種神奇的效果來自一塊能夠發熱的“布”。
陳利軍解釋說，石墨烯是目前導熱係數最高的材料，在通電的情況下，碳分子團之間相互摩擦、碰撞產生熱能，熱能又透過遠紅外線以平面方式均勻地輻射出來，可以很好地被人體接收，從而產生由內而外的溫暖。
為保障冬奧會，公司研發了全球領先的石墨烯紡織物柔性發熱材料。科研人員用石墨烯和碳奈米管分散液輔助工藝加工，做成了能夠發熱的“布”。這一創新性的技術讓石墨烯紡織物柔性發熱材料不僅擁有出色的熱傳導效能，還兼具普通布料所具備的耐水洗、柔軟、輕薄舒適和耐用等優勢，可以反覆水洗、揉搓和剪裁，而不會影響功效。
賦能冰墩墩、雲轉播揹包
能夠發熱的“布”做起來並不容易。“這裡面有很多技術門檻。”陳利軍說，電熱轉換過程中，只有把“方阻”做小，才能在電壓很小的情況下將電能轉換成熱能。
“因為發熱材料方阻小，所以發熱服飾可以採用低於36V的直流電，泡在水裡也很安全。”他說，另一個技術難點是把石墨烯高分子材料加上線路後和衣服、地毯等融合在一起，為此，科研人員也設法攻克了這一工藝。
記者看到，石墨烯加熱馬甲上用導線連著一個小充電寶。陳利軍說，由於石墨烯紡織物柔性發熱材料熱管理效應比較高，在延慶賽區和張家口賽區零下20℃的環境下，石墨烯加熱圍巾、馬甲、手套和襪子等產品能夠快速升溫到38℃-53℃，持續發熱2-4個小時，滿足各場館各工種的不同需求。
除了為人員保暖，石墨烯紡織物柔性發熱材料還能為裝置做“外套”。本屆冬奧會上，精彩賽事的呈現離不開雲轉播技術。為破解雲轉播裝置難以在低溫環境執行的難題，公司應用石墨烯材料研製了雲轉播揹包內膽包，可以瞬間升溫至50℃，同時配備低溫電池，以保證雲轉播揹包有效應對低溫挑戰。
除了冬奧服裝之外，新晉頂流冰墩墩也有石墨烯技術加持。2020年11月11日，石墨烯冰墩墩暖手寶獲冬奧組委批准上市，石墨烯冰墩墩暖手寶具有45℃、55℃兩檔溫度調節功能。
石墨烯冰墩墩暖手寶具有45℃、55℃兩檔溫度調節功能，實現石墨烯新材料技術在冬奧會特許商品中的首次應用。新京報記者 張璐 攝
陳利軍說，石墨烯柔性織物低溫環境智慧發熱技術未來還將在汽車熱管理系統、低溫環境特種加熱服裝服飾、醫療健康裝備等領域提供更專業的技術解決方案和終端產品，讓全民共享冬奧科技成果。
石墨烯還能做口罩、防彈頭盔
單層石墨烯的厚度僅為0。35奈米，是世界上已知最薄的二維材料，具有豐富而奇特的物理化學特性，如導熱性和力學效能突出、電子傳遞效能非凡，並具有一定的抗菌活性，可應用在電子、資訊、能源、物理學、生物醫藥和材料學等領域。
石墨烯口罩、石墨烯防彈頭盔、石墨烯電池……在北京石墨烯技術研究院，記者看到了石墨烯的其他應用場景。
據北京石墨烯技術研究院副院長王剛介紹，石墨烯口罩是在構成普通口罩的紡粘無紡布之間的關鍵過濾層中，創新應用了石墨烯改性聚丙烯材料製成的熔噴布。相比普通口罩，新型石墨烯口罩具有抗菌性強、透氣性更好、使用時間更長等特徵。
石墨烯具有親油疏水特性，降低了呼吸過程中產生的水汽對靜電駐極的影響，有效提升口罩防護時間，可實現長時間佩戴，防護時長是傳統口罩的10倍。
陳利軍說，石墨烯非常堅硬，其硬度在常溫常態下比鋼鐵還要硬150倍，因此石墨烯應用在橡膠、塑膠、金屬等材料中，會使這些材料變得更強。石墨烯複合裝甲屬於國際上首創的新型防彈材料，具備很好的強韌性，可以用於製作防彈衣、防彈頭盔等，同時還具有輕便的特點。石墨烯還是很好的透光材料，適合用作液晶屏。
石墨烯電池也備受關注。以石墨烯一次性7號電池舉例，一節電池容量達到1200毫安，可以讓我們在日常生活中減少頻繁更換電池的煩惱。同時石墨烯電池還有寬溫域的特性，可以在零下30℃的特殊環境中滿足正常使用需求。
“未來，研究院將重點開展石墨烯及其衍生技術在航空航天、國產大飛機、生物醫療、智慧穿戴等領域的應用開發。”
新京報記者 張璐
編輯 陳靜 校對 陳荻雁
