材料學方向的應用研究與高校體育工程學建設

劉和軍

摘要：高校體育工程學建設不僅是國際體育競爭的需求，還是體育產業與經濟發展的需求，同時也是高校體育學科突破困境，長遠發展的必然需求，因此，實現高校體育工程學建設具有十分重要的現實意義。而材料學方向的應用研究對于體育工程領域而言，發揮著重要性作用。其中，納米材料早已實現了在體育工程中的廣泛應用，并在很大程度上為競技水平提升，以及體育行業長遠發展帶來了全新的機遇。對此，在充分共享納米材料帶來的發展機遇的同時，還應注重并強化對納米材料生物效益探究。文章主要對材料學方向的應用研究與高校體育工程學建設進行了詳深入探究。

關鍵詞：材料學方向;應用研究;高校;體育工程學;建設

中圖分類號：TQ050.4+3

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2019）08-0073-03

體育工程學起步較晚，僅有20余年，在此期間，體育工程學相關研究活動逐漸成熟與多元化，促使此學科的國際地位逐漸穩定，專業人才培養模式也不斷完善。在2008年奧運會成功舉辦的影響下，我國體育工程學學術與教育界開始呈現了對于體育工程學建設的重視與興趣。但是，通過對近年來學術期刊網絡中體育工程文獻的檢索，雖然文章也比較少，然而基于學科建設與專業發展的相關研究文獻也相對偏少，對于體育工程專業教育的對比分析研究更是少之又少。對此，基于國內外體育工程學發展現狀分析，探究體育工程學建設中存在的主要問題，以便于促使我國體育工程專業教育長遠發展，全面提高體育工程學科國際競爭力[1]。

1 加強高校體育工程學科建設

1.1 體育工程學科建設

因為體育工程學融合了體育學與工程學，以及多門交叉學科的相關知識與特性，是基于工程技術在體育裝備器材設計、測試、監控等各個方面廣泛應用，有機結合計算機模擬等構成的綜合型交叉學科。就國外體育工程學科建設的成功經驗來看，各大高校應就自身實際情況，以及國內體育領域多元化需求，切實結合重點課題申報與研究，構成科學合理且相對完善的體育工程研究體系，促使產業與機構對體育工程形成明確認知與需求。在構成體育工程學科研究領域之后，面對社會發展需要，設置相應的專業實現人才培養，才能夠形成科學合理的學術研究隊伍，構成穩定研究方向的師資隊伍，從而更加有效地提升人才培養效率與質量。

1.2 健全的工程專業教育機制

構建健全的專業教育體系應基于四大角度著手，即人才培養目標、培養方式、教學體系、課程設置。體育工程學屬于工程技術、計算機模擬、器材設計與測試、運動員監控等一體化的綜合性交叉應用型學科，體育工程師與體育工程科研人員是體育工程專業人才培養的最終目標，所以，體育工程專業所培養的應是工程技術能力良好，且體育運動基本原理知識熟練地復合型人才。在強化體育工程專業人才培養時，積極培養體育工程學高學歷人才，促使體育工程學建設層次逐漸提升。在教學體系上，各大院校應就現代化體育工程學科發展特性、人才培養目標，以及相關模式，適度更新體育工程學專業教學體系，實時調整課程設置，科學優化教學內容，強化理論與實踐的密切結合，增強實踐教學環節。

1.3 構建科學合理的人才培養模式

在我國產學研三維一體綜合性人才培養與實踐應用、管理有機結合的政府、高校、企業關系逐漸融合的趨勢下，充分合理利用產學研機制，構成學生學習、研究、就業一體化的人才培養模式，已經是體育工程學建設發展的必然途徑。當前，我國體育產品制造企業規模不斷擴大，已經發展成了世界上最大的體育產品制造國家，同時也是全世界可獨立生產多種類型體育產品的國家。而體育工程學專業人才的作用就是為體育產品制造企業服務，還有一些人才則是為運動隊伍發展提供輔助。所以，在高校培養體育工程學專業人才，與相關單位密切結合，是體育工程學建設的必經階段[2-3]。

2 體育工程中材料學方向的應用

以納米材料為例，對其在高校體育工程中的應用進行詳細分析。

2.1 體育場館

體育場館是學生運動訓練、競賽，或者鍛煉身體的專業場所，也是體育活動開展的重要載體。在高校體育場館建設過程中，就墻面、地面、玻璃、吸音板等部分都應用了納米材料，其中地面與墻面鋪設納米膜面積最大。石材地面表層鋪設的厚度是隱性納米膜，在石材毛細孔內壁上相互反應生成薄膜，薄膜非常低的表層張力能夠防止滲入液態水，使得石材清洗難度降低。而且此薄膜還保留了石材自身的質感與呼吸性，石材內部濕氣能夠自由呼吸，防止濕氣長時間積累，避免銹斑與白華現象發生，從而延長收石材的使用壽命。而還有少數體育場館玻璃頂利用的是根據玻璃幕墻研發的納米Ti02防護液，雨水可以從玻璃表層快速滑落，并帶走灰塵，確保玻璃始終干凈整潔。在體育場館墻面上利用的納米涂料主要有兩種，即納米內墻涂料與納米外墻涂料。而內墻涂料則是通過光催化技術分解，并消解空氣甲醛與氨氣等各種有毒有害氣體，保持室內空氣質量，并且抗菌抗污染能力非常強大。納米外墻涂料主要是通過納米材料二元協同的荷葉雙疏機制，通過表層張力較低，黏附能力強大，硬度高等特性，從而強化外墻的自潔能力，并提高抗粉塵與抗灰塵黏附能力，以及抗紫外線能力等。

2.2 運動草坪

在現代化體育運動快速發展的趨勢下，人造草坪已經全面取代了天然草坪。在高強度運動狀態下，草坪纖維作為人造草坪的重要組成部分，其明顯在強度與柔韌性等方面相對不足。對此，通過自制硅烷偶聯劑與超分散劑對納米CaC03進行干法表層處理，通過熔融紡絲方法制備改性線性密度較低的聚乙烯運動草坪纖維。通過添加自制硅烷偶聯劑與超分散劑融合進行納米CaC03處理，其纖維性能最佳，斷裂伸長率明顯提高，干熱收縮率則顯著降低，而纖維結晶度在CaC03填充量逐漸增加的趨勢下有所上升，納米Ca-C03粒子在纖維中獲得了良好分散效果。這就代表填充納米CaC03的纖維具備良好的拉斷力、斷裂伸長率、干熱收縮等力學性能，表明其在運動草坪中的應用前景十分廣闊。

2.3 徑賽跑道

納米跑到是基于傳統塑膠跑道材料，即聚氨酯，從中添加適當的納米粉體，通過一定程度加工，生產納米聚氨酯，打造耐磨性、阻燃性、防霉性、節能性、環保性等高于普通聚氨酯塑膠跑道的納米材料制跑道。納米材料制跑道具有其自身的獨特優勢，即強度較高、彈性良好、耐磨性較高、抗老化水平較好、硬度適度、耐用性較強等，并且抗張強度與斷裂伸長率都明顯超出了普通聚氨酯材料很多倍，耐磨性、阻燃性以及防霉性等性能最為突出，使用壽命也比較長，特別是較好的回彈值與壓縮復原性，更加有助于體育運動員創造更加良好的成績。

2.4 體育器材

在球拍制造中，網球拍、羽毛球拍、乒乓球拍等都引用了納米技術，其在減輕球拍重量的同時，加強了球拍的彈性、耐用性以及手感的舒適性等等。目前，一些知名網球拍已經在碳纖維復合材料孔洞中添加了納米級的SiQ2，以此完善并均勻材料整體結構，提高強度與耐性。目前，日本SRI體育運動公司已經生產了一系列硬式網球拍，質量大約是空氣的3倍，而強度卻是自重的4000倍。此外，YONEX也成功把直徑0.7μm的納米材料粒子融人到了碳原子縫隙中去，球拍的耐沖擊強度明顯提高了大約30%，耐用性也提高了大約10%，反彈性能提高了大約5%，而穩定性大約提高了2倍左右，手感舒適度也顯著提升，從而備受運動員青睞。

2.5 體育服裝

納米材料的高比表面積，在很大程度上為納米顆粒吸附于紡織品表層提供了幫助，并且納米材料涂層不會對紡織品的透氣性、手感舒適性造成影響。在上海世博會上，有物理化學研究所研發出了納米防水布料，備受關注。此布料主要是由聚酯纖維所制成的，上表層涂抹的是40nm直徑的針狀硅絲，納米硅絲涂層能夠有效避免雨水浸濕并滲透到下層聚酯纖維中去。而且硅絲還可以在彼此間構成一層永久性空氣層，保證水絕對不會與聚酯纖維之間相互接觸。此納米布料盡管浸濕在水中長達60d，也能夠依舊保持干燥狀態，可謂是最好的防水布料。而且此不良在水中移動的時候，可以直接減少大約20%的阻力，從而為新型運動健身泳衣的研發提供了新思路與方向。

2.6 運動營養補劑

運動營養補劑大部分都是通過口服攝入的，口服在胃腸道上皮細胞與肝中的酶發生生物代謝首過效應的影響下，很多補劑即多肽與蛋白質等很大部分作用都受到了首過效應影響，導致并未獲取預期效果。納米材料可以通過靶向給藥，提高利用率。作為生物的抗氧化劑，輔酶010能夠以及時清除體內由于運動生成的過氧自由基，增強血清中的SOD活性，并大大降低血清MDA含量，緩解疲勞，以利于體育運動之后快速消除疲勞。通過研究結果證明，基于納米脂質體作為傳輸系統，增加肝臟的被動靶向性，提高輔酶Q10在肝臟中的蓄積量。所以，輔酶Q10納米脂質體增強的運動型飲料可以增強體質，延長負重游泳時間，并保持肝糖既有狀態水平，有效抑制蛋白質分解，直接降低血乳酸的含量，抗疲勞作用十分突出[4-5]。

3 結語

綜上所述，隨著國際體育工程學的快速穩定發展，我國高校體育工程學學科建設依舊處于發展初始環節，其中依舊存在學科體系不健全、高水平人才匱乏、專業人才培養質量亟待提升、人才就業難等各種不良現象。另外，在體育工程專業教育中，教育模式、學科壁壘、生源文化理論基礎都是阻礙體育工程教育穩定發展的關鍵因素。對此，在體育工程專業發展中，強化國際交往，實現人才培養國際化發展，與競技體育、體育產業有機結合，從而為競技體育發展提供一定的理論依據，構成產學研有機結合的發展模式，進而推動體育工程學建設實現預期目標。

參考文獻

[1]李春艷，劉星亮，肖艷芬，納米材料在體育工程中的應用及其生物安全性研究[J].浙江體育科學，2011，33（5）：99-102.

[2]曲明洋，李廷取，韓丹丹，等，地方應用型本科材料科學與工程專業畢業生能力培養目標的探討[J].吉林化工學院學報，2015，32（10）：39-41.

[3]徐碧鴻.國內外高校體育工程學科建設與專業教育比較分析[J].山東體育學院學報，2012，28（5）：109-114.

[4]郭玉波，應用技術型本科高校材料科學與工程專業實驗室建設與管理研究[J].中國教育技術裝備，2018，432（6）：31-33.

[5]屈萍，鄭偉濤，石清，等.體育工程學在運動醫學方向的應用研究現狀與展望[J].武漢體育學院學報，2010，44（2）：76-80.