石墨烯技術(shù)在體育動(dòng)材料中的應(yīng)用與研究

胡煒

摘要：隨著科技水平和現(xiàn)代體育的發(fā)展，人們對(duì)體育運(yùn)動(dòng)器械的要求也在一步步提高，促使對(duì)新材料的熱潮出現(xiàn)。而新材料制作而成的體育用品也是運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技成績(jī)的重要推動(dòng)力。其中出現(xiàn)了石墨烯鎂合金等新型材料，文章主要論述了石墨烯技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)材料中的發(fā)展以及應(yīng)用狀況，通過(guò)將石墨烯材料與其他復(fù)合材料做對(duì)比得出石墨烯技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)中材料中更具有的優(yōu)勢(shì)。其具有抗腐蝕性和耐磨損性良好的特性，而且其力學(xué)性能好，這就為日后石墨烯技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)材料中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，具有促進(jìn)發(fā)展的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：石墨烯技術(shù);體育運(yùn)動(dòng)材料;力學(xué)性能

中圖分類號(hào)：TQ342+.742

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0059-03

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越注重生活質(zhì)量和體育健康，而體育器材是體育運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。在科技迅速發(fā)展的今天，科學(xué)技術(shù)已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，在注重健康和體育運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，人們也開(kāi)始關(guān)注體育器材。而體育器材也是影響競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員體育成績(jī)的重要因素之一[1]，因此，新材料的出現(xiàn)對(duì)體育運(yùn)動(dòng)器材行業(yè)是一個(gè)新的大陸。其具有特殊的性能

在體育運(yùn)動(dòng)材料占有著不可替代的位置，石墨烯技術(shù)的發(fā)展對(duì)體育運(yùn)動(dòng)材料來(lái)說(shuō)具有極大的促進(jìn)作用[1]，將會(huì)為體育運(yùn)動(dòng)材料行業(yè)帶來(lái)巨大的發(fā)展。

1體育運(yùn)動(dòng)材料的發(fā)展及意義

隨著科技水平和綜合國(guó)力的發(fā)展，現(xiàn)代體育競(jìng)爭(zhēng)背后是科技和綜合國(guó)力的較量。而先進(jìn)的材料是體現(xiàn)科技和綜合國(guó)力的重要因素之一，而且將新材料運(yùn)用到體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域是至關(guān)重要的。

1.1材料的發(fā)展

材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代文明的三大支柱之一，更是人類發(fā)展的歷史證明。目前，世界上的材料種類繁多，其中傳統(tǒng)材料也已經(jīng)有近百萬(wàn)種，而隨著科技的發(fā)展，新型材料也以迅猛的速度在增加著。

1.2體育器材中材料的發(fā)展和影響

材料在體育運(yùn)動(dòng)器材中的應(yīng)用經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代新型體育器材的應(yīng)用。其在體育運(yùn)動(dòng)材料中扮演的角色的程度和起到的作用也在發(fā)證著改變。具體如圖1所示。

2新型材料對(duì)體育運(yùn)動(dòng)材料的影響

隨著科技水平和綜合國(guó)力的發(fā)展，人們?cè)谧⒅亟】岛腕w育運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也開(kāi)始關(guān)注體育器材。而科技的發(fā)展也推動(dòng)了體育運(yùn)動(dòng)器材材料的發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)材料行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是新的發(fā)現(xiàn)，其特有的優(yōu)良特性將在體育運(yùn)動(dòng)材料行業(yè)發(fā)揮不可替代的作用。

石墨烯及其復(fù)合材料具有優(yōu)良的熱學(xué)性能與力學(xué)性能，將其運(yùn)用到體育運(yùn)動(dòng)器材領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮不可替代的作用。例如將石墨烯及其復(fù)合材料運(yùn)用到球拍制作中，利用其力學(xué)性能可以提高球拍的性能，如在2014年勝利推出的TK9000型球拍，其在原有基礎(chǔ)上使用了石墨烯極大的提高了球拍的質(zhì)量，使得該球拍成為時(shí)下的明星產(chǎn)品。該球拍可以增加攻擊性能，減少人體能量的消耗。而且石墨烯還在運(yùn)動(dòng)服裝領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，其具有的超強(qiáng)抗菌抑菌性能被應(yīng)用，而且石墨烯還具有透氣和防紫外線的性能，明星級(jí)運(yùn)動(dòng)服中都已經(jīng)將其應(yīng)用于其中了。比如世界上推出第一款民用版石墨烯頭盔的西班牙騎車頭盔品牌catlike，其推出的石墨烯頭盔具有質(zhì)地輕便和材質(zhì)堅(jiān)硬的特點(diǎn)，最大程度上減輕了運(yùn)動(dòng)員的負(fù)重，而且起到了很強(qiáng)的保護(hù)作用。在其他體育項(xiàng)目器材里，石墨烯也在起到重要的作用。如在撐桿運(yùn)動(dòng)中，使用石墨烯材料制作而成的器材給運(yùn)動(dòng)員提供了新動(dòng)力，很大程度上幫助了運(yùn)動(dòng)員提高了成績(jī)。

3試驗(yàn)材料與方法

3.1試樣材料

選用工業(yè)級(jí)的鎂、Al、鋅、Mn粉和石墨烯做實(shí)驗(yàn)，混合制作出石墨烯鎂基復(fù)合材料用于體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域里，石墨烯鎂基復(fù)合材料的制備流程如圖2所示m。運(yùn)用了石墨烯增強(qiáng)體和Jsm6510?scanning?electron?microscope。試樣在Sb-100ultrasonic?cleaning?machine中進(jìn)行了超聲分散，而且在分散過(guò)程中加入適量的酒精，是為了促進(jìn)石墨烯分散。Graphene?magnesium?matrix?composite的化學(xué)成分如表1所示。

3.2試驗(yàn)方法

采用Px-15metallographic?microscope對(duì)實(shí)驗(yàn)制備的石墨烯鎂基復(fù)合材料進(jìn)行觀察分析。采用D8advance?X-ray?diffractometer分析X射線衍射;采用Cmt4000?electronic?universal?testing?machine測(cè)試其力學(xué)性能，分別測(cè)試了在-20C、20C和300C的溫度值期間，而且對(duì)拉伸斷口進(jìn)行了分析5，采用Jsm6510scanning?electron?microscope;在溫度分別為20C、120C和350C時(shí)，采用了Mmud-5b?high?temperature?friction?and?wear?tester對(duì)耐磨性能進(jìn)行了測(cè)試，設(shè)定實(shí)驗(yàn)的磨損載荷為100N，磨損轉(zhuǎn)速為250Y/min，磨損時(shí)間為10min，相對(duì)滑動(dòng)速度為90mm/min。

4試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)討論

4.1力學(xué)性能測(cè)試

該試驗(yàn)采用石墨烯鎂基復(fù)合材料和AZ31型商用鎂合金進(jìn)行研究分析，在溫度分別為-20C、20C和300C時(shí)對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，石墨烯鎂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度不論是在-20C、20C還是300C時(shí)進(jìn)行測(cè)試，其拉伸強(qiáng)度均高于AZ31型商用鎂合金。當(dāng)溫度在-20C時(shí)，其拉伸強(qiáng)度從106MPa增加到537MPa，增加了415%;當(dāng)溫度在20C時(shí)，其拉伸強(qiáng)度從267MPa增加到548MPa，增加了107%;當(dāng)溫度在300C時(shí)，其拉伸強(qiáng)度從84MPa增加到525MPa，增加了530%。此外，從表2還可以看出，當(dāng)溫度為20C和300C時(shí)，AZ31型商用鎂合金的伸長(zhǎng)率和石墨烯鎂基復(fù)合材料旗鼓相當(dāng)，但是當(dāng)溫度為-20C時(shí)，石墨烯鎂基復(fù)合材料的伸長(zhǎng)率比AZ31型商用鎂合金高。因此，可以得出石墨烯鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能比AZ31型商用鎂合金優(yōu)良許多。

4.2耐磨損性能測(cè)試結(jié)果

該試驗(yàn)采用石墨烯鎂基復(fù)合材料和AZ31型商用鎂合金進(jìn)行研究分析，在溫度分別為-20C、150C和350C時(shí)對(duì)其耐磨損性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示"。從圖中可以看出，石墨烯鎂基復(fù)合材料的耐磨損體積不論是在20C、150C還是350C時(shí)進(jìn)行測(cè)試，其耐磨損體積均低于AZ31型商用鎂合金，其耐磨損性能更高。當(dāng)溫度為20C時(shí)，該石墨烯鎂基復(fù)合材料的體積與AZ31型商用鎂合金相比，其體積從101.92X10.4'mm？減少到11.44x10.4*mm'，減少了92.56%;當(dāng)溫度為150C時(shí)，其體積從191.36x10.4*mm減少到19.76x10.4'mm'，減少了93.6%;當(dāng)溫度為350C時(shí)，其體積從302.64x10.4'mm？較少到28.08x10.4*mm，減少了94.64%。因?yàn)椴牧系哪湍p性越高，磨損體積就會(huì)越小。因此，墨烯鎂基復(fù)合材料和AZ31型商用鎂合金進(jìn)行對(duì)比，石墨烯鎂基復(fù)合材料耐磨損性更高，更適用于體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域

5結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)給體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域帶來(lái)了新鮮的血液，其具有的特殊性能在體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用”。通過(guò)以上研究對(duì)比結(jié)果得出，石墨烯鎂基復(fù)合材料與其他類型材料耐磨性難高，力學(xué)性能更好，更加適用于體育運(yùn)動(dòng)材料領(lǐng)域?？萍己腕w育運(yùn)動(dòng)的不斷發(fā)展，石墨烯鎂基復(fù)合材料也將會(huì)逐步得到重用，同時(shí)體育器材也將會(huì)向智能化發(fā)展，石墨烯技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)材料中的應(yīng)用也將會(huì)逐漸提升10。

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