石墨烯技術(shù)在體育動材料中的應(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，人們對體育運動器械的要求也在一步步提高，促使對新材料的熱潮出現(xiàn)。而新材料制作而成的體育用品也是運動員競技成績的重要推動力。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)在體育運動材料中的發(fā)展以及應(yīng)用狀況，通過將石墨烯材料與其他復合材料做對比得出石墨烯技術(shù)在體育運動中材料中更具有的優(yōu)勢。其具有抗腐蝕性和耐磨損性良好的特性，而且其力學性能好，這就為日后石墨烯技術(shù)在體育運動材料中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，具有促進發(fā)展的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：石墨烯技術(shù);體育運動材料;力學性能

中圖分類號：TQ342+.742

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0059-03

隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們越來越注重生活質(zhì)量和體育健康，而體育器材是體育運動的基礎(chǔ)。在科技迅速發(fā)展的今天，科學技術(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動的同時，人們也開始關(guān)注體育器材。而體育器材也是影響競技運動員體育成績的重要因素之一[1]，因此，新材料的出現(xiàn)對體育運動器材行業(yè)是一個新的大陸。其具有特殊的性能

在體育運動材料占有著不可替代的位置，石墨烯技術(shù)的發(fā)展對體育運動材料來說具有極大的促進作用[1]，將會為體育運動材料行業(yè)帶來巨大的發(fā)展。

1體育運動材料的發(fā)展及意義

隨著科技水平和綜合國力的發(fā)展，現(xiàn)代體育競爭背后是科技和綜合國力的較量。而先進的材料是體現(xiàn)科技和綜合國力的重要因素之一，而且將新材料運用到體育運動材料領(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

材料在體育運動器材中的應(yīng)用經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代新型體育器材的應(yīng)用。其在體育運動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新型材料對體育運動材料的影響

隨著科技水平和綜合國力的發(fā)展，人們在注重健康和體育運動的同時，也開始關(guān)注體育器材。而科技的發(fā)展也推動了體育運動器材材料的發(fā)展，新型材料的出現(xiàn)和發(fā)展，對體育運動材料行業(yè)來說無疑是新的發(fā)現(xiàn)，其特有的優(yōu)良特性將在體育運動材料行業(yè)發(fā)揮不可替代的作用。

石墨烯及其復合材料具有優(yōu)良的熱學性能與力學性能，將其運用到體育運動器材領(lǐng)域?qū)l(fā)揮不可替代的作用。例如將石墨烯及其復合材料運用到球拍制作中，利用其力學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。而且石墨烯還在運動服裝領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，其具有的超強抗菌抑菌性能被應(yīng)用，而且石墨烯還具有透氣和防紫外線的性能，明星級運動服中都已經(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)堅硬的特點，最大程度上減輕了運動員的負重，而且起到了很強的保護作用。在其他體育項目器材里，石墨烯也在起到重要的作用。如在撐桿運動中，使用石墨烯材料制作而成的器材給運動員提供了新動力，很大程度上幫助了運動員提高了成績。

3試驗材料與方法

3.1試樣材料

選用工業(yè)級的鎂、Al、鋅、Mn粉和石墨烯做實驗，混合制作出石墨烯鎂基復合材料用于體育運動材料領(lǐng)域里，石墨烯鎂基復合材料的制備流程如圖2所示m。運用了石墨烯增強體和Jsm6510?scanning?electron?microscope。試樣在Sb-100ultrasonic?cleaning?machine中進行了超聲分散，而且在分散過程中加入適量的酒精，是為了促進石墨烯分散。Graphene?magnesium?matrix?composite的化學成分如表1所示。

3.2試驗方法

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

4試驗結(jié)果及試驗討論

4.1力學性能測試

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

4.2耐磨損性能測試結(jié)果

該試驗采用石墨烯鎂基復合材料和AZ31型商用鎂合金進行研究分析，在溫度分別為-20C、150C和350C時對其耐磨損性能進行測試，測試結(jié)果如圖3所示"。從圖中可以看出，石墨烯鎂基復合材料的耐磨損體積不論是在20C、150C還是350C時進行測試，其耐磨損體積均低于AZ31型商用鎂合金，其耐磨損性能更高。當溫度為20C時，該石墨烯鎂基復合材料的體積與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%;當溫度為150C時，其體積從191.36x10.4*mm減少到19.76x10.4'mm'，減少了93.6%;當溫度為350C時，其體積從302.64x10.4'mm？較少到28.08x10.4*mm，減少了94.64%。因為材料的耐磨損性越高，磨損體積就會越小。因此，墨烯鎂基復合材料和AZ31型商用鎂合金進行對比，石墨烯鎂基復合材料耐磨損性更高，更適用于體育運動材料領(lǐng)域

5結(jié)語

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

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