2月4日晚，北京冬奥会正式拉开帷幕。继2008年奥运会后，奥林匹克会旗再次在“鸟巢”升起。同时，各种新材料也粉墨登场，在其中扮演着不可或缺的角色。

碳纤维与冬奥火炬

作为历届奥运会中备受关注的元素之一，此次冬奥火炬“飞扬”一经亮相就吸睛无数。火炬通常是采用传统金属材质制成，包括夏季奥运会火炬。但2022年的冬奥火炬的外壳却采用重量轻的耐高温碳纤维材料及复合材料制作而成，火炬燃烧罐也以碳纤维材质为主，具有“轻、固、美”的特点。火炬外壳不仅要耐火抗高温，而且要能在极寒天气中使用。如何承受这“冰与火”的双重考验？奥秘就在于其所使用的新型材料中。此次冬奥火炬“飞扬”将碳纤维与高性能树脂结合在一起做成碳纤维复合材料，质量只有钢的1/4左右，但是强度是钢的7~9倍。通过将碳纤维丝立体三维编织，最终像“织毛衣”一样织成了火炬外壳，看不出任何接缝与孔隙，整个造型浑然一体。为了能够将碳纤维复材用于火炬，经过多方协同的努力，成功解决了碳纤维复合材料在极端条件下的应用瓶颈，实现了火炬外壳在高于800℃的氢气燃烧环境中正常使用， 破解了火炬外壳在1000℃高温制备过程中起泡、开裂等难题。为实现耐高温，火炬上半段燃烧端在1000℃以上高温中进行陶瓷化，有效解决了在高温制备过程中火炬外壳起泡、开裂等难题，达到了既能够耐温又能够耐火的要求，实现了燃烧温度＞800℃氢气燃烧环境下正常使用。而且碳纤维制造的火炬既分量轻又很牢固。同时，冬季火炬传递时，传统金属材料手感不好，碳纤维可以有效解决这个问题，避免了冰凉的触感。

石墨烯发热技术与保暖

为应对冬奥会室外赛场低温环境，做好工作人员及设备的防寒保暖保障工作，应用石墨烯发热技术研发的保暖产品应运而生。发热围巾、手套、袜子等可为工作人员实现38~52℃温度调节，满足低温环境下人员的保暖需求。颁奖礼仪服是奥运会场一道靓丽的风景线。和夏季奥运会不同，冬奥场馆温度最低至可达零下30多度。在如此寒冷的环境中，如何让颁奖礼仪服装既美观舒适，又能保暖呢？本次冬奥会和冬残奥会颁奖礼仪服装共三套方案，分别为“瑞雪祥云”、“鸿运山水”和“唐花飞雪”，不仅外观典雅大方，而且衣服内胆里特意添加了一片片黑色的材料——针对本届冬奥会研发的第二代石墨烯发热材料。石墨烯导热系数非常高，在通电情况下，碳分子团之间相互摩擦、碰撞而产生热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，可以很好地被人体接受，产生一种由内而外的温暖除了为工作人员提供保暖外，冬奥期间对讲机、云转播包、手机和摄影机等专业设备也需要保暖。据介绍，配备石墨烯保暖的设备，可以保障其在零下20°C正常开机使用。

聚氨酯材料与短道速滑

短道速滑作为冬奥会上的正式项目，一直都备受瞩目。速滑竞赛服处处体现着“科技含量”。为了减少空气阻力，速滑竞赛服脚处使用了蜂窝样式的聚氨酯材料，以求最大限度提高运动员成绩。通过改变原料化学结构和配方比例，聚氨酯可制造出具备各种性能的制品，是目前各种高分子材料中唯一一种在塑料（泡沫塑料）、橡胶（弹性体）、纤维（氨纶）、涂料、胶黏剂中均有重大应用价值的合成材料。相比于橡胶，聚氨酯具有更好的耐磨性和抗切割撕裂性；相比金属和塑料，聚氨酯的隔音、耐磨特性又格外突出。

玻璃纤维与滑雪头盔

滑雪是一项极具观赏性的运动，将速度与技巧有机结合，运动员要在高耸的雪山陡坡上完成快速滑降和回转动作。运动员滑雪时，头部会发出大量的热量，需要佩戴透气保暖的头盔。滑雪头盔外壳材质主要是PC（聚碳酸酯）和ABS（工程塑料的一种）两种，内壳一般为高密度发泡材料，能在头部受到撞击后起到最佳的缓冲作用。在国家重点研发计划“科技冬奥”重点专项的支持下，通过运用航天技术研发出的高防护性变刚度滑雪头盔，可大幅提升抗冲击变形能力，为运动员提供更高的安全防护级别。在头盔材料方面，科研团队在大量测试后使用碳纤维、玻璃纤维和弹性体三种成分合成的新材料，在维持冲击韧度不变的情况下，能让头盔的刚度提高4倍、拉伸强度提高3倍，大幅提升了头盔的抗冲击吸能效率。

热塑性弹性体与雪橇减震

对于雪上运动而言，在运动员水平相同的情况下，影响成绩的因素除了装备所用的材料，还有一个原因——震动。震动可能会导致雪橇底面弹离雪面，从而降低运动员的控制性和反应性，限制了滑速。所以在滑雪赛事上需要通过减震技术使雪橇紧贴雪面，从而增加运动员的反应性、控制性和速度。减震技术的核心就是通过减震器的耗能特性，来减少震动能量的传递。一般来说，减震器通常都是采用橡胶制作，因此减震效果极易受外界温度的影响。温度越低，橡胶越冷、越硬，减震效果也就越差。为此，帝斯曼集团发明了一种新型减震器，采用了一款特殊的热塑性弹性体，即结合了塑料的可塑性和橡胶的高弹性的高分子材料制作而成。其可以将雪橇的震动系数降低40%,并且在-30~10℃的温度变化范围内保持恒定。

绿色建筑材料与冬奥场馆

在2022年北京冬奥会项目建设中，碲化镉发电玻璃分别应用于国家速滑馆和张家口冬奥会场馆BIPV建筑一体化项目，以及赤城奥运走廊项目。碲化镉发电玻璃不仅具有建筑材料的特性，而且能够发电，是新型绿色环保建筑材料。在绿色办奥的目标下，发电玻璃的应用既满足了功能性要求，又兼具经济性和艺术性。近年来，我国绿色建筑实践工作稳步推进，全社会对绿色建筑的理念、认识和需求逐步提升。在国家对绿色建筑的大力支持和鼓励下，全国各省市积极推动绿色建筑建设规划，各地均设立了绿色建筑评价机构，绿色建筑材料市场需求不断增长。

绿氢与奥运大舞台

北京冬奥会秉承着“绿色办奥”的理念，在火炬燃料的选择上采用了清洁环保的氢能燃料。在火炬的研究过程中，总是会碰到各种各样的难题。但经过研究团队的不懈努力，最后成功解决了火焰颜色与稳定性、高压储氢、氢能安全利用等多项技术难题。火焰安全可靠性高，可抗风10级，可在极寒天气中使用，减压比高达几百倍。在解决复杂难题的同时，兼顾了轻量化、小型化的外形匹配要求。此外，在奥林匹克森林公园、冬奥公园和首钢园等接力的火炬全部应用了氢燃料。其中包括奥运史上首次机器人与机器人之间在水下的火炬传递，由水陆两栖机器人与水下变结构机器人在北京冬奥公园水下完成。经过约1200名火炬手传递，2月4日晚，由中国石化燕山石化公司提供的氢气，点燃了“鸟巢”的主火炬。中国石油提供的绿氢，则点燃了张家口赛区的太子城火炬台的主火炬。在这个神奇的冬奥开幕之夜，这位加入奥运能源保障体系的新成员，在张家口闪亮登场。除太子城火炬台外，中国石油也为水立方(冰立方)和延庆两个赛区的火炬台提供氢气。氢气作为最清洁环保的燃料，燃烧时只产生水，是最能够体现北京冬奥会绿色、低碳、可持续原则的能源。绿氢是利用可再生能源制造的氢气，在三种氢气路线中可谓是最“绿色”的一种技术路线。

可降解材料大显身手

北京冬奥会还用上了中国石化生产的可降解塑料袋。2021年9月，中国石化所属北京石油向北京冬奥会延庆赛区所在地张山营镇捐赠10万只可降解塑料袋，主要用于赛事场馆服务和市民生活所需。这批可降解塑料袋是由中石化易捷北京分公司监制，以仪征化纤生产的PBAT生物可降解塑料为原材料委托生产制作而成。相比常见的可降解塑料袋，该塑料袋更加耐用，还具有较好的热稳定性、力学性能，以及优良的生物降解性，在堆肥条件下能够完全降解为水和二氧化碳，减少塑料污染。在北京冬奥会的制服装备设计、生产、发放等各环节，也同样贯彻着可持续发展理念。2019年，北京冬奥组委成立了制服装备专家委员会，依托北京服装学院、安踏公司组建制服装备研发实验室，在面料、结构、工艺等方面不断研发。2021年10月27日，在北京冬奥会开幕倒计时100天之际，北京冬奥会和冬残奥会制服装备在北京正式发布。冬奥制服装备供北京冬奥会和冬残奥会工作人员、技术官员及志愿者穿着使用，包含服装、鞋品、配件三类。其中，装备收纳包所使用的纱线，是回收利用废旧塑料制品生产的环保纱线；包装袋采用生物可降解材料制成，180天降解率可达90%以上。可降解材料还应用到了为北京冬奥会量身定制的北京冬奥列车上。北京冬奥列车于1月6日正式在京张高铁上线运行，部分列车使用新型奥运版复兴号智能动车组。奥运版复兴号的内装全部采用了环保可降解材料，可降解率能够达到50%以上，可回收率达到了75%以上。此外，奥运版复兴号全车采用轻量化设计，与上一代车型相比，整列车的重量减轻了20吨左右，综合能耗也降低10%以上。

道路材料为冬奥保驾护航

2022年冬奥会共分为北京、延庆、张家口三大赛区，相关道路设施有机串联，保障各项赛事有序进行。化工材料也为道路安全保驾护航，包括延崇高速防冰雪路面所用防冰雪有机材料，延崇高速和冬奥公园里铺设的沥青材料，奥运专用道中的地面标识等道路用化工材料。在竞赛场馆、非竞赛场馆和冬奥村等相关设施之间，设置了供服务冬奥会和冬残奥会机动车使用的专用车道即奥运专用道。其中，北京延庆赛区的奥运专用道及交通指引标识，部分施工材料采用亮线(河北)新材料科技有限公司研制的预成型标线胶带产品。这种预成型标线胶带由特殊配方的合成橡胶、色料和添加剂构成，是预制成型的标线胶带产品。它在沥青和水泥路面的反光性能测试效果较好，在下雨天、光线不足的夜晚及其他各类特殊天气情况下都能保证标线的高性能反光。再配合独特的胶粘系统，标线胶带产品在使用时不需要加热或溶解，施工现场也不产生污染气体、废水和扬尘；清除时能成卷回收，不对环境造成二次污染，解决了现有标线存在的环保问题和特殊路况下的交通安全问题。该产品经过-15℃的环境温度，以及车流量较大的国道使用测试后，能够完全满足冬奥会规定的施工及使用条件。

此外，在河北省张家口市连接比赛场馆和太子城奥运村的SL74公路上，采用了河南能源化工集团义煤豫蜀夜视利公司生产的北京冬奥会专用通道地面反光标识。该公司利用镶嵌工艺配高粘胶的生产技术，以白底加黄、绿、蓝、红、黑五种颜色，将奥运五环清晰靓丽地展示出来。作为北京冬奥会重要交通保障工程之一，延崇高速采用了中石化供应的“东海牌”沥青。相关负责人表示，“东海牌”沥青具有质量优、品种多、技术强、服务佳等特点。该公司针对极寒沙漠、炎热多雨、高海拔等极端气候特点，优化资源和工艺，提出应用不同气候解决方案沥青产品。针对海绵城市、机场跑道、大跨径桥面、隧道等场景，具有优异的粘结性、抗滑性和耐疲劳特点。针对国际赛道速度高、急转弯、急刹车的行车特点，则具有良好的抗高温、抗低温及抗剪切性能。“东海牌”沥青也曾进入国家体育场“鸟巢”，应用于奥运会场馆跑道。除了应用在公路上，由大连石油化工研究院、燕山石化等研发生产的净味环保沥青在北京冬奥会配套工程——北京冬奥公园成功应用。受高温作用，传统的沥青在拌和、摊铺过程中会产生具有刺激性气味的沥青烟，对环境造成污染。研发团队深入研究沥青烟产生机理，聚焦沥青烟释放量影响因素，开发了环保型净味剂，可减少刺激性气体排放量60%以上。此外，为适应北京冬奥会的低温气候条件，延崇高速的防冰雪路面掺加了由首发集团开发的融冰雪材料——绿色环保抗凝冰添加剂。该材料平时吸热储能，低温时放热，使路面与雪层间不结成冰面，增强降雪天气安全通行性，达到“小雪自融、大雪不粘、抑制凝冰”的使用效果，有效解决了冬奥期间路面融冰雪问题。

合成材料与开幕式

在开幕式运动员入场环节，入场引导员手中的雪花引导牌也十分吸睛。由于引导员们需要长时间的高举引导牌，引导牌的质量要控制在900克以内。雪花引导牌的主体材料采用了聚碳酸酯。其中，雪花花瓣采用了超高透明度阻燃聚碳酸酯，厚度仅为10毫米；黑色的背板采用了哑光阻燃聚碳酸酯，厚度仅为1毫米。聚碳酸酯板背面雕刻T型槽以嵌入灯板，雪花边框镶嵌入2000颗灯珠，国家名称由500～1000颗不等的灯珠组成。北京冬奥会吉祥物冰墩墩的发光幻彩人偶版也出现在开幕式上。在《冰雪五环》节目中，炫彩冰墩墩的外套采用了彩虹幻彩膜涂层面料，包括聚氯乙烯等复合聚酯和聚酯涂层，满足了“冰”的晶莹感与通透感，再运用3D多维数据立体打板工艺制作版片；幻彩材料表面采用数码定位UV喷绘工艺，先制作出充气玩偶基础图形，再确定五官、冬奥LOGO位置及耳手部不发光黑色涂层位置；电池组件采用了三元锂电池，中心夹层采用TPU材料作阻燃层，增加了安全性；可谓科技感满满。