北京日报 | 记者 孙乐琪
鸟巢飞出“暖科技”
2022年2月4日，立春节气。
伴随着二十四节气倒计时的结束，“立春”“SPRING”字样的焰火腾空而起，国家体育场上空一片明艳璀璨、生机盎然。
春天的焰火照亮了夜空和眼眸，将温暖和诗意传遍全世界。而彼时彼刻，身处北京冬奥会开幕式现场的观众可能有所不知，是一种新型材料——石墨烯，让他们在料峭寒夜里的室外，感受到了最接近阳光的温暖。
不论是在国家体育场观礼台的桌椅、地毯上，精准先进的实况转播设备的外套内，还是礼仪志愿者姑娘们身上轻盈袅娜的“中国山水”中，都有它的身影。正是由于它的存在，这场精彩的冰雪盛会才能如此舒适宜人、暖意融融。
“为了让冬奥会‘暖’起来，我们一刻也不敢懈怠。”中国航发石墨烯材料冬奥专项项目负责人、北京创新爱尚家科技股份有限公司（以下简称“爱家科技”）董事长陈利军说，为研究制定“低温环境石墨烯智能发热产品及热力保障应用”方案，他和团队整整探索了两年时间。
如今，在北京冬奥会“带动三亿人参与冰雪运动”目标实现的同时，他正欣喜地看着用心血浇灌的冬奥“暖科技”——石墨烯柔性热管理技术飞出鸟巢，飞入寻常百姓家。
值得一提的是，不久后，地铁15号线的座椅都将“温暖升级”。15号线地铁新安装了智能供暖系统，地铁司机一按按钮，整列车的座椅都会在3分钟内热起来，“即使是寒冬清晨赶第一班地铁上班的人，也不会感觉到座椅冰冷。”
“暖科技”助力城市更新
“其实，这间会议室是没有暖气的。”采访时正值严冬，而身处室内却给人温暖如春的感觉。说没有暖气，令人不可思议。陈利军指了指墙上几幅山水、花鸟的挂画，笑着说，“既安全又暖和还节能，靠的就是北京冬奥会的科技成果。”
时间追溯到2017年初，北京冬奥会国家体育场保障团队开始遴选温暖保障方案。由于鸟巢是半开放场馆，举办冬奥会的开闭幕式，无疑将面临严峻的低温挑战。在考察、比对了100余种国内外保障方案，并进行了多次低温模拟环境试验后，爱家科技的“低温环境石墨烯智能发热产品及热力保障应用”方案脱颖而出，以其“安全、远红外健康辐射、绿色节能、防雨雪、与纯棉布料一样轻薄和舒适”的性能征服了评委。
石墨烯是国家重点支持的战略级新型材料，有电热转换性能极好、可直流低电压驱动等特点。陈利军介绍，在通电的情况下，碳分子团之间相互摩擦、碰撞产生热能。新型石墨烯材料的电热转换效率达90%以上，通电后将电能高效转化为热能，热能又通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，能很好地被人体接受，从而感觉到最接近阳光、由内而外的温暖。
同时，这种材料仅需要24伏特的低压直流电就能高效驱动，还可水洗和随意剪切。“它在遇水后不受影响，在雨雪天气下也能保持稳定的发热性能。在为观礼台提供温暖的同时，也有充分的安全保障。”陈利军说。
严寒低温的鸟巢内，观礼台区域观众体感却能与室内接近。这是怎么做到的呢？“虽然看上去只是普通的家具，但它们的表面材料别有玄机，内部也布满了电线。”陈利军介绍，其实，观礼台的桌椅、地毯，嘉宾区的沙发都嵌入了拥有60多项国家专利的新型石墨烯柔性发热织物材料——“AIHF（艾弗）”。
座椅上的观众只需轻触控制按键，就能实现47摄氏度、37摄氏度、30摄氏度3个发热温度的控制。同时，桌面和地毯也拥有温暖的“保护罩”。就这样，石墨烯智能温控系统通过热辐射加热传导并用的方式，达到了即使在零下5摄氏度的室外，依然让观礼台观众体感温暖的效果。
要让参加开闭幕式的嘉宾坐得舒服可不是件简单的事儿。“要综合考虑全身的平衡感，不能下半身热乎了，手和脸还冻着。因此，各个位置的温度都要反复测试，设备也要以测试数据为依据不断调适。”陈利军解释。
为了达到这个效果，陈利军和他的团队可没少“折腾”。他们一开始先是在北京顺义区租下了大冷库，模拟低至零下10摄氏度、4到6级风的观看环境。后来又干脆在单位院内购置了两台特制的低温箱，由受试者身上接上30多条线，连着各种传感器进行试验。受试者要考虑性别、年龄、体型等特点，力求男、女、胖、瘦均匀分布，试验过程中收集物表温度、人体接触点温度、人体感知温度及受试者主观温度等指标数据，再进行综合打分。进入鸟巢闭环施工保障后，又反复进行真人实地试验，“制定保障预案时，各种天气、各个时间点，就连外国友人的着装方案都考虑在内。”
经过为期2年精益求精的研发、试验、调适，60余天的闭环密集施工，“低温环境石墨烯智能发热产品及热力保障应用”方案不断完善，终于创造性地解决了低温环境下大型场馆的温暖保障这一世界性难题。在北京冬奥会开幕式当天气温仅零下7摄氏度，闭幕式当天气温零下2摄氏度的情况下，观礼台的观众们丝毫不觉严寒，仍能感受到融融暖意。
“我们希望这样简约、节能的供暖方案能够走出鸟巢，在更多的场景下派上用场。”陈利军举例，在北京房山区一个老旧小区的改造过程中，就创新性地使用了石墨烯材料制成的发热墙板。既节省了重新铺设管道带来的较高的一次性投入成本，又解决了居民冬天暖气不够热的困扰。
陈利军希望“鸟巢”方案能够更广泛地“飞入寻常百姓家”，助力北京乃至全国各地的城市更新。
地铁座椅“温暖升级”
因为在北京冬奥会上的“温暖表现”，爱家科技收到了科技部、北京2022年冬奥会和冬残奥会组织委员会、北京市2022年冬奥会工程建设指挥部办公室、国家体育场以及北京市科委、中关村管委会等部门发来的感谢信。这份肯定给陈利军带来欣慰与满足之余，又让他陷入了更深的思考——如何让冬奥科技在赛后更好地融入人们的生活，为每一个普通人送去一份暖意？
在北京市科委、中关村管委会及市经信局、房山区政府等部门的指导下，曾经“冬奥特供”的石墨烯发热技术很快找到了更为广阔的应用场景。为国家体育场座椅供暖的技术，率先应用在了北京地铁的座椅上——不久后，地铁15号线的座椅都将“温暖升级”。
陈利军介绍，地铁的座椅通常是玻璃钢材质的。冬季气温低，因此把手和座椅有时会让人感觉冰冷。当前，地铁座椅的加温措施往往是通过暖气、热风实现的，而出于防疫需要车厢内加大通风，加热用的暖风容易随空气流动而流失，难以实现保温的作用。为了解决这个问题，爱家科技联合北京中车长客二七轨道装备有限公司，在冬奥供暖技术的基础上进行再改造，开发出了“智慧地铁座椅”。
怎么个“智慧”法儿呢？陈利军说，15号线地铁新安装了智能供暖系统，地铁司机一按按钮，整列车的座椅都会在3分钟内热起来，“即使是寒冬清晨赶第一班地铁上班的人，也不会感觉到座椅冰冷。”
“节俭办奥”“绿色办奥”是北京冬奥会、冬残奥会筹办的重要理念。北京冬奥会、冬残奥会期间，国家体育场观礼台嘉宾区200多个终端位置都按照相应的技术方案，嵌入了石墨烯发热材料，桌子、椅子、沙发、地毯等加起来总共耗电仅为每小时28.5千瓦。“这是什么概念？一台电暖气的功率约为每小时2千瓦，我们仅用了整个鸟巢电力负荷的0.02%、10多台电暖气的功率就解决了该区域1000多平方米的供暖问题。”陈利军解释，这是由于石墨烯材料具有极高的电热转换效率，因此不会给电力系统带来额外的负担。“这就是石墨烯的神奇与独到之处。”说到这儿，陈利军脸上流露出自豪的神情。
这样的理念也延续到了冬奥科技成果落地过程中，低能耗是这个智慧系统的一大特色。“我们在地铁座椅正中安装了传感器，运行期间，当乘客坐下时发热供暖，站起来时座椅自动断电。这样当地铁处在非高峰时段，或车厢空载时，就不会做无用功了。”
当然，冬奥科技要走进民间，也要进行更加“亲民”的调整。比如，地铁的座椅不同于鸟巢观礼台座椅柔软的材质，前期试验中，当团队技术人员将石墨烯加热层嵌入玻璃钢后，出现了座椅鼓包、发热不均匀等情况。而有了此前保障冬奥的经验，几轮试验后，爱家科技的团队很快找到了解决的方案。“中间的加温层温度较高，不同材质的热膨胀系数不同，因此出现鼓包现象。”鼓包其实是气泡，在给玻璃钢材料“抽真空”的同时，提前做好排气孔，难题就迎刃而解了。
除此之外，陈利军透露，保障冬奥的石墨烯发热技术很快也将应用在新能源汽车上。爱家科技已与北京某知名车企敲定合作，将其4个主力车型的热管理系统使用石墨烯发热技术支持。“传统座椅供热的金属丝是绣花一样绣上去的，不仅耗电量较高，且预热较慢。石墨烯供热首先省电，能减轻新能源汽车用电压力；其次没有预热动作，热得快。除了节能环保外，作为一种碳系材料，还可减少金属材料在交互过程中产生的有害电磁辐射，更加健康。”
“4款新能源汽车中的一个车型预计今年4月就要下线了。”陈利军说，为了满足车企的交付要求，接下来，爱家科技将在房山区投入一条全自动化的生产线。这是一个新型智能的“黑灯工厂”，整个生产操作流程都由机器人、自动化高科技设备完成，不需要人工操作。
“智慧座椅”即将在北京上线应用的同时，爱家科技的团队也在对接更北方省份的轨道客运部门，希望北京冬奥的科技成果温暖更需要的地方。
将“温暖”穿在身上
2022年2月8日，谷爱凌凭借完美一跳在自由式滑雪女子大跳台项目的决赛中逆袭夺冠，为中国队夺得北京冬奥会雪上项目的首金。在随后的颁花仪式上，身着“瑞雪祥云”颁奖礼服的礼仪志愿者款款而来，谷爱凌、“金墩墩”“瑞雪祥云”，共同组成了北京冬奥会振奋人心又赏心悦目的美好一幕。
和夏季奥运会不同，冬奥会运动场馆的温度最低甚至可接近零下30摄氏度，礼仪志愿者在轻盈、端庄地展示“瑞雪祥云”“鸿运山水”“唐花飞雪”的中国风韵同时，能不能保持温暖、舒适呢？
“北京冬奥会举办期间，张家口赛区室外温度低于零下20摄氏度。虽然礼仪服饰看起来非常轻薄，但是我们一点儿也不觉得冷，在室外站半个小时完全没有问题。”一位礼仪志愿者在接受媒体采访时表示。
这是怎么做到的呢？奥秘就在礼仪服装的“内胆”上。石墨烯作为涂层均匀分布在这套“保暖内衣”的周身，“当姑娘们感觉寒冷时，通过隐藏按钮打开加热功能，可在30秒内将温度升高到人体的舒适温度。”
陈利军介绍，石墨烯在通电时产生热能，热能通过远红外线以平面方式均匀地辐射出来，让穿着石墨烯内衣的人由内而外感觉到温暖。除了礼仪志愿者服装的保暖“内胆”，爱家科技的团队还制作了围巾、马甲、手套、袜子等一系列石墨烯的加热产品，满足各场馆、各工种的不同需求。“这些装备即使在零下40摄氏度的情况下，也能帮助工作人员迅速回温。”
除此之外，为解决穿戴的舒适性问题，爱家科技的团队还将技术更新迭代。“我们的第一代材料不太透气，穿在身上排汗困难，容易造成低温灼伤。针对穿戴类材料的特殊属性，我们又开发了二代石墨烯柔性热管理材料，其质感接近棉布，柔软、透气又抑菌。”陈利军说。
正是在科技工作者独具匠心、精益求精的奇思巧构下，唐花宋画的中华韵致，才得以袅娜轻盈地呈现在全世界的面前。而在赛后，这一“温暖冬奥”的秘密武器则作为低温环境特种加热服装服饰，为更多需要它的人送去了温暖——
即便严冬时节，中石化集团燕山石化公司的一线工作人员每天也要步行几万步，每天巡检管道的线路不少于15公里。石化公司从爱家科技订购了6000多件马甲、2800双手套，成了暖心又暖身的“法宝”。
“因为巡线工人要佩戴许多装备、走很远的路，因此为他们设计保暖服首先不能太厚重，基于石化管道特殊的作业环境，还要求衣服里不能有任何静电，并防爆。”冬奥科技成果的落地，并不是简单“平移”即可。应对不同的场景，需要做有针对性的调整。给石化巡线工人设计的服装，就以绝对安全为首要目的，采用了防静电、防油污和具有防爆认证的高科技材料，联合石墨烯柔性发热技术的运用，打出了一套漂亮的“组合拳”。
在房山区，500名值守在北京与河北交界检查站的一线干警也配备了“定制款”的石墨烯服装。“因为检查站的民警通常要长时间值守在寒冷的室外，保暖成了服装最重要的功能，为此我们在石墨烯的内胆外又额外加了一层羽绒。”陈利军介绍。
导热性极佳的石墨烯材料不仅能用于保暖，还可用来降温。去年夏天，朝阳区、房山区的数百名户外作业的医务人员穿上了石墨烯技术加持的“液冷服”。“放入冰块、倒上水，点开开关，一次能持续制冷超过2小时。即使户外温度超过35摄氏度，也不会感觉暑热难耐。”燕山医院一名医护人员反馈。陈利军说，事实上，这款“液冷服”也脱胎于冬奥科技成果，利用石墨烯热转换效率高的特点，通过水路循环达到快速降温的效果。
石墨烯柔性热管理技术如一股暖流，从“雪飞燕”“雪游龙”“雪如意”的冰雪上流淌而出，汩汩流向需要它的地方。
而它的落地应用，也只是冬奥科技赛后利用的一个缩影。北京冬奥会的科技成果，从北京起步，走向全国、走向世界。“我们才刚刚出发。如何让冬奥科技更广泛地应用于增强民生福祉的各个方面，我们还有很多想象的空间。”陈利军说。
