冰冰滑滑且不化 我国科研人员首创“永不融化的冰雪”

在中国科技馆展出的凝胶冰雪所制成的冰板。

北京2022年冬奥会已经开幕，冰雪运动的热度也在持续升温。当年我国提出的“3亿人上冰雪”的愿景，已走向现实。

推广冰雪运动，就要有冰。不过，自然状态下的冰雪，升温后就融化，水淅淅沥沥，叫人烦恼。人工搭建冰场，则需建排水系统、沙砾层地基、加热水泥层等，工序复杂，可移动性较差，成本较高。

北京理工大学宇航学院教授张凯团队研制出了一种新型材料——凝胶冰雪。它最大的特点，就是“永不融化”。

用高聚物网络锁住水 凝胶冰雪升温也不化

近日，在中国科技馆，张凯团队制备的凝胶冰雪冰板在“科技冬奥”主题展上亮相。展台不大，但吸引了不少路过的观众。大家出于好奇，都会伸手摸一摸。小朋友特别喜欢，半个身子扑上去，大叫着：“凉的，凉的，还滑滑的！这是冰呀！”

凝胶冰雪中，百分之九十以上的成分是水，所以，它具有与自然冰雪几乎相同的视感和触感。

其实，常温状态下的凝胶冰雪，是一种水凝胶材料。它摸起来的质感和果冻相近，但力学性质更好。你用手戳一戳，就能看到它表面陷下去一小块，又马上回弹。你能压它，能拽它，还能把它卷起来——就像卷毯子一样。

不融化的奥秘藏在一种亲水的高聚物网络中。这种网络的设计、制备都大有讲究。它由多种材料通过化学手段进行聚合反应形成，根据需求的不同，高聚物网络的用材、形状、交联方式也不同。在没有高聚物网络时，升温后，冰晶会融化成水；但加入高聚物网络后，融化后的水，也被牢牢锁在网格之中，无法逃脱。这样一来，即使升温，水凝胶依然能保持形状的完整——它介于液体和固体之间。其实，我们熟悉的面膜、退热贴等，都是水凝胶。

制作凝胶冰雪时，张凯团队特意选择了生物相容性材料，无毒无害，自然环保，人们也可以尽情与它亲密接触。

给水凝胶加上一层自制冷装置，就能做出冰板、冰墙。升温时水不滴落，可以用于制作精美浮雕——这是世界上现有的唯一可长期在冰上保存浮雕的技术方案。在中国科技馆中展出的冰板上，就雕刻着“城楼”和“雪花”。虽然摸的人不少，但图案的形状一直保持清晰。

有多种趣味应用 助力更多人感受冰雪魅力

若在城市中做小型“冰雪嘉年华”，凝胶冰雪也易于携带和安装。常温下，可以把它卷起来，到了目的地，垫上一层冰板，加上制冷机组，就能让它摇身一变，成为不融化的小型冰场。

凝胶冰雪能提供仿真冰无法比拟的真实冰雪体验感。而且，其原材料价格低廉，制备手段简单，无需昂贵的大型仪器，且使用过程中易于维护，成本相比人工造冰技术可大幅降低。

还有更多有意思的应用。

比如，做冰雪主题的咖啡厅。凝胶冰雪制备的凝胶冰杯、冰碗，不融化、不失型，韧性强，不易摔碎，还能重复使用。想想看，顾客拿上一只精美的冰杯，倒入热腾腾的咖啡，咖啡降温了，冰杯则因升温变得软糯Q弹，倒是很具有成为网红打卡点的潜力。

还能在材料上继续“整活”。凝胶冰雪可引入具有光、电、磁等特性的元素，实现功能化设计，比如让它发光发亮，或者做成冰箱贴。

张凯教授带领的凝胶冰雪团队，属于北京理工大学宇航学院力学系波动力学团队，整个团队主要研究的是航天和水下大型装备的减震降噪问题。几年前，他们开始研究水凝胶，主攻方向是将它与声学结合，研发面向海洋装备和面向医学的先进声学材料。例如，做B超时涂抹在人皮肤上的耦合剂，也是一种高分子水凝胶。团队研发的新型水凝胶，能让病患体验更好，B超成像更清晰。“水凝胶是一种很有潜力的材料，未来在很多领域都能大显身手。”张凯说。

不过，将水凝胶和冰雪结合，在世界范围内，还是首创。张凯还记得，4年多以前，他收到了学校发来的邮件，鼓励教师们积极发挥研究优势服务北京冬奥会。张凯觉得，作为北京理工大学这所具有科技报国光荣传统的高校的科研团队，该为推广冰雪文化助力。2008年，张凯曾在现场看过北京奥运会110米栏的比赛，奥运氛围给他留下深刻印象。“我就想找到一种方法，让更多人接触冰雪，爱上冰雪，感受冰雪文化。”

团队期待着，这种不融化的冰雪，能将冰雪的魅力，带给更多人。

来源：科技日报