我國科研人員首創“永不融化的冰雪”

給水凝膠加上一層自制冷裝置，就能做出冰板、冰墻。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可長期在冰上保存浮雕的技術方案。在中國科技館中展出的冰板上，就雕刻著“城樓”和“雪花”。雖然摸的人不少，但圖案的形狀一直保持清晰。

北京2022年冬奧會已經開幕，冰雪運動的熱度也在持續升溫。當年我國提出的“3億人上冰雪”的愿景，已走向現實。

推廣冰雪運動，就要有冰。不過，自然狀態下的冰雪，升溫后就融化，水淅淅瀝瀝，叫人煩惱。人工搭建冰場，則需建排水系統、沙礫層地基、加熱水泥層等，工序復雜，可移動性較差，成本較高。

北京理工大學宇航學院教授張凱團隊研制出了一種新型材料——凝膠冰雪。它最大的特點，就是“永不融化”。

用高聚物網絡鎖住水 凝膠冰雪升溫也不化

近日，在中國科技館，張凱團隊制備的凝膠冰雪冰板在“科技冬奧”主題展上亮相。展臺不大，但吸引了不少路過的觀眾。大家出于好奇，都會伸手摸一摸。小朋友特別喜歡，半個身子撲上去，大叫著：“涼的，涼的，還滑滑的！這是冰呀！”

凝膠冰雪中，90%以上的成分是水，所以，它具有與自然冰雪幾乎相同的視感和觸感。

其實，常溫狀態下的凝膠冰雪，是一種水凝膠材料。它摸起來的質感和果凍相近，但力學性質更好。你用手戳一戳，就能看到它表面陷下去一小塊，又馬上回彈。你能壓它，能拽它，還能把它卷起來——就像卷毯子一樣。

不融化的奧秘藏在一種親水的高聚物網絡中。這種網絡的設計、制備都大有講究。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，高聚物網絡的用材、形狀、交聯方式也不同。在沒有高聚物網絡時，升溫后，冰晶會融化成水;但加入高聚物網絡后，融化后的水，也被牢牢鎖在網格之中，無法逃脫。這樣一來，即使升溫，水凝膠依然能保持形狀的完整——它介于液體和固體之間。其實，我們熟悉的面膜、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物相容性材料，無毒無害，自然環保，人們也可以盡情與它親密接觸。

給水凝膠加上一層自制冷裝置，就能做出冰板、冰墻。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可長期在冰上保存浮雕的技術方案。在中國科技館中展出的冰板上，就雕刻著“城樓”和“雪花”。雖然摸的人不少，但圖案的形狀一直保持清晰。

有多種趣味應用 助力更多人感受冰雪魅力

若在城市中做小型“冰雪嘉年華”，凝膠冰雪也易于攜帶和安裝。常溫下，可以把它卷起來，到了目的地，墊上一層冰板，加上制冷機組，就能讓它搖身一變，成為不融化的小型冰場。

凝膠冰雪能提供仿真冰無法比擬的真實冰雪體驗感。而且，其原材料價格低廉，制備手段簡單，無需昂貴的大型儀器，且使用過程中易于維護，成本相比人工造冰技術可大幅降低。

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，還能重復使用。想想看，顧客拿上一只精美的冰杯，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，倒是很具有成為網紅打卡點的潛力。

還能在材料上繼續“整活”。凝膠冰雪可引入具有光、電、磁等特性的元素，實現功能化設計，比如讓它發光發亮，或者做成冰箱貼。

張凱教授帶領的凝膠冰雪團隊，屬于北京理工大學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大型裝備的減震降噪問題。幾年前，他們開始研究水凝膠，主攻方向是將它與聲學結合，研發面向海洋裝備和面向醫學的先進聲學材料。例如，做B超時涂抹在人皮膚上的耦合劑，也是一種高分子水凝膠。團隊研發的新型水凝膠，能讓病患體驗更好，B超成像更清晰。“水凝膠是一種很有潛力的材料，未來在很多領域都能大顯身手。”張凱說。

不過，將水凝膠和冰雪結合，在世界范圍內，還是首創。張凱還記得，4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京冬奧會。張凱覺得，作為北京理工大學這所具有科技報國光榮傳統的高校的科研團隊，該為推廣冰雪文化助力。2008年，張凱曾在現場看過北京奧運會110米欄的比賽，奧運氛圍給他留下深刻印象。“我就想找到一種方法，讓更多人接觸冰雪，愛上冰雪，感受冰雪文化。”

團隊期待著，這種不融化的冰雪，能將冰雪的魅力，帶給更多人。

（來源：科技日報）