中国科技网以《高科技自加热装备助力冰雪健儿备战冬奥》对我校做了报道

发布时间:2021-01-21文章来源:陈曦浏览次数:10

2021121日,中国科技网以《高科技自加热装备助力冰雪健儿备战冬奥》对我校做了报道。现将全文转发如下,以飨读者。



高科技自加热装备助力冰雪健儿备战冬奥

科技日报记者 陈曦

19日下午,习近平总书记来到位于河北省张家口市崇礼区的国家跳台滑雪中心,饶有兴致地观看了运动员训练演示。总书记指示,同我们国家的强国之路一样,中国冰雪运动也必须走科技创新之路,一方面要坚持自主创新,一方面要善于吸收国际上的先进技术和训练方法。

除了先进技术和训练方法,本次冬奥会在冰雪装备方面也增加“科技含量”,为运动员高质量训练提供了强有力支撑。

就在不久前,崇礼区太子城极端温度低至零下40℃,许多坚持训练的运动员的脸、手部出现不同程度的冻伤,情况紧急,急需支援。作为“科技冬奥”项目组的科研人员,天津工业大学纺织科学与工程学院的刘皓教授立刻组织项目组进行调研攻关,利用项目组技术优势与相关企业合作,为冬奥会运动员快速生产出167副自加热手套和450套自加热头罩,自驾车近400公里,顺利将手套送到冬奥会工作人员的手中。

电池、模块和手机App 实现服装智能“加温”

通过选择合适的保暖面料、加热元件和锂电池,设计好控温模块和手机App程序,就能让衣服、手套、头罩智能加热,即使在冰天雪地中待上45个小时,也不会感觉寒冷。2022年北京冬奥会上,我国的运动员和志愿者们就会配备上这样的保障服装。

刘皓教授团队2019年承担的“科技冬奥”国家重点研发计划项目,在冬季运动与训练比赛用高性能服装关键技术研发项目中担任冬季耐低温保障服装关键技术的主要研发工作。

“保障服装分为积极保暖和被动保暖,我们项目组主要负责积极保暖类服装的研发。”刘皓教授解释,运动员长期处于低温环境中,会影响运动机能,甚至造成冻伤。因此在严寒环境下保持人体热湿舒适性对于提高运动员的训练效果非常重要。积极保暖服装能够在减轻服装重量的同时保持服装良好的热舒适性,并且通过外界能量的输入实现服装保暖系数可控从而适应人体的热湿舒适性需求。

加热服装分为电加热服装、太阳能加热服装、化学能加热服装、相变材料加热服装和温度自适应加热服装(智能加热服装)等。不管是利用太阳光蓄热材料吸收太阳辐射的可见光与近红外线, 反射人体热辐射, 还是利用化学反应产生的热量或是相变材料储能来进行保暖都存在适用范围小、温度不可控等缺陷。

 “而通过温度监测和智能控温模块的应用实现精确控温的电加热服装能够满足目前积极保暖服装的应用需求。”刘皓教授介绍,“我们此次生产的保暖手套和保暖面罩,是在手套和面罩中集成了电加热片,通过控制器将其与锂电池连接。手套所配备的锂电池容量3300毫安,重量大约100克,充电一次,一般可以45个小时的加热效果。手套和面罩都设计有专门的电池袋,不会影响运动员穿戴的舒适性。”

课题组还研发了硬币大小的加热控温模块、加热织物和温度控制App程序,这种智能加热织物可以集成到服装中,同时支持手动按键控制与App智能控制。通过App,运动员将可以随意调节加热服装的温度。

在整个积极保暖服装的研发过程中,最核心的技术就是发热片的材料。

刘皓教授项目组已经在基于柔性碳纸的加热织物、基于导电纱线的刺绣加热织物和基于镀银纱线的一体成型加热服装等技术实现突破,使科技成果顺利转化为产品。

“基于碳纸的柔性加热织物是将厚度约50微米的导电碳纸封装到两片织物间,可以提高加热织物的强度和耐水洗性,通过调节碳纸的形状和连接方式,可以实现不同功率密度的加热织物。”刘皓教授介绍,一般来说,加热织物的功率密度越大,其加热能力越强,升温速率越快,当其集成到服装中时,其调节服装内部温度的能力越强。

此外,通过刺绣方式可以在任意织物基底上实现任意加热图案的制备,这种制备工艺的设备简单,设计人员可以根据预定的图形快速设计和开发不同规格类型的加热织物,具有工艺简单、成本较低的优点。

此外,服装的热湿舒适性理论和先进的检测仪器也是开发高性能加热织物和加热服装的关键技术,项目组在服装的热湿舒适性理论和服装热动力学模拟仿真等方面也做了大量研究工作。课题组自行研制了织物热性能测试仪,获得了授权国家发明专利,该设备能够测量加热织物的升温过程中织物表面温度的变化过程,能为加热织物和智能保暖服装的研发提供有力的技术支持。

 


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