面向新材料技术推动体育运动水平发展研究

摘要：随着现代科技的飞速发展，新材料技术也快速得到提升并在体育运动中广泛应用。先进材料的运用，不仅可以让体育竞技变得激烈还可以不断的提高运动成绩，是提高体育科学技术水平的重要条件之一。文章主要根据体育的发展过程，分析了体育运动和新材料之间的关系，详细介绍了新材料在竞技体育中的应用，不断的提高竞技水平，促进了体育运动发展;对推动体育器材、场地的科学化有着显著影响。

关键词：新材料;竞技体育;科学技术

中图分类号：TQ342;TS941.734

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）08-0072-04

Research on Promoting the Development of Sports LevelOriented to New Material Technology

PAN Li-li

（Baoji Universitv of Arts and Sciences.Baoji Shaanxi 721013.China）

Abstract ： With the rapid development of modem science and technology，new material technology has been rapidlypromoted and widely used in sports.The application of advanced materials can not only make sports competition in-tense but also improve sports performance，which is an important condition for improving sports science and tech-nology level.According to the development process of sports，this paper analyzes the relationship between sportsand new materials.introduces the application of new materials in sporls in detail，improves the level of sports con-stantly，and promotes the development of sports;it has a significant impact on promoting the scientificization ofsports equipment and venues.

Key words ： new materials;competitive sports;science and technology

體育是一种综合鼓励和振奋民族精神的运动，随着人们生活水平的提高和社会的发展，使得人们对现代科技的研究得到了提升，对体育也产生了一种无可厚非的影响。材料、能用和信息技术是现代三大文明支柱，是决定一个国家提高体育发展水平的重要条件。现代体育要想有力发展，除传统的训练手段和训练理论外，需将新材料、新技术、新工艺运用至运动器材上[1]。这些新材料的研发在运动器材中的应用对运动成绩起到了决定性的作用，也是向各国展示综合科技能力的赛场。

1新材料对体育运动发展的作用

在体育运动中新材料的应用主要体现在2个方面：直接应用和间接应用[2]。一般运动员的装备，包括运动服装、运动鞋、帽子、训练器材和比赛器材等相关材料是直接用。间接应用指的是裁判装备、运动的场地、指挥通讯和信息显示等相关材料需求。图1所示新材料在体育运动中的应用。目前在运动器材上应用的新材料大致分为：硼纤维、新型陶瓷复合材料、碳纤维复合材料、非品质金属纤维、阿德米拉纤维、单结晶质碳化硅纤维、热塑性塑科（树脂）等。新材料现主要在各种场地设施和各类训练比赛用球等方面运用居多，例如：击剑台、拳击台、体操训练比赛台、射击射箭器材、跳高器材、网球拍、羽毛球拍、高尔夫球头球杆、自行车赛车、撑杆跳高撑竿、棒球棒、钓鱼竿、冰刀、冰球棒、滑雪板、登山滑雪靴、赛艇、帆船、皮划艇、划桨、冲浪板等，表1所示新材料的分类以及在场地设施和训练比赛用球的应用。新材料的广泛使用极大部分提高了场地器材在体育运动中的质量与性能，在一定程度上保证了运动员使用的安全性;尤其是近几年来，随着新技术和新材料的飞速发展，激发了运动员自身的潜能，增强了战胜的信心，使白身素质不断的提高[3]。

2新材料在竞技体育中的应用

2.1新材料在运动器材上的应用

高性能新材料的诞生，在体育竞技方面大大促进了运动成绩。也直接对体育器材设备、运动场地和服装的革新产生很大影响;涌现了新型的运动场地、服装和体育器材设备。由于高新材料的广泛应用，新型体育器材在人民健身活动中使用更加频繁，在一定程度上加快了全民健康运动的发展。新材料在体育项目方面的器材应用的很广泛，应用在体育器材方面的新材料有以下4个特点，如图2所示[4]。①简单便利、手感好、比较牢固。例如：以前网球拍多数以木料或金属材料制作，用料比较粗糙;现在多半以玻璃纤维增强材料制作，不仅重量减轻，还可以增强吸震性，更有手感。高尔夫球杆以前的制造材料是柿树木料，韧性很差，要用很大的手劲才能挥动;后来的高尔夫球杆是轻合金制成，明显提高了球杆硬度，其缺点是抗疲劳性能差，且价格偏贵。现在的高尔夫球杆是用碳纤维材料制作，用石墨和复合材料混合制造，柔韧度良好，因为杆头比球杆重，对球员的挥杆速度有一定提升。②有良好的安全性，韧性强。例如：以前的滑雪靴是由模压聚氨基甲酸乙酯为材料制作的，制造出来的滑雪靴滑行时容易导致运动员损伤踝部。现在是由尼龙制作的，质量轻具有很强的刚性，让运动员在滑行时感到灵巧安全。以前的鱼竿多数由竹子和铝制成，容易折断;现在使用的使碳纤维复合材料来制作，制作出来的是弓形鱼竿，不易折断，有很强的韧性。登山者和航海经常使用的绳索，以前是麻绳，用起来危险性很大;现在的绳索材料是石墨，多用碳纤维制作，耐磨和耐腐蚀，安全性很高。③使用期限长，具有很强的抗冲击和耐腐蚀力。比如航海运动器械的制造材料是由乙烯纤维增强的乙烯基酯复合材料，该材料制作的器械重量轻，抗冲击力强，不易受到海水腐蚀。④加大了活动情趣，各类用具独具特色。比如，由发光材料制成的高尔夫球，在球赛进行到晚上时，球的表面会发出绿色的亮光，可以使球赛不会因为晚上就终止[5]。还有鱼竿的夜光漂，也可以增添钓鱼爱好者的乐趣。

2.1.1新材料在网球拍和撑杆上的应用

体育竞技项目大多数都需借助器械来进行，运动器械性能的好坏直接影响运动成绩。现在各类球拍、撑杆和高尔夫杆多使用石墨复合材料、碳纤维和玻璃纤维增强材料制作，增加了强度，减轻了重量并且在吸震性方面都有明显优势。新材料在球拍上的应用很快，60年代的球拍几乎都是木制的;70年代逐渐出现了铝等轻金属、合金制成的球拍;到了80年代，有了碳纤维、玻璃纤维、克维拉纤维（防弹衣材料）、高强度尼龙、高强度碳纤维、高张力碳纤维、高粘性碳素聚合物等材料制品。一直到現在，复合材料再度成为生产商推荐的热门产品。使用以钛金属与非金属高强度材质组成复合材料制作的球拍，变得更耐用、更轻、更硬、更能吸收震荡和振动，使网球运动员在完成各种动作时更加灵活白如。例如，AndyRoddick发出的Ace球可达246.2km/h，这是在60、70、80年代不敢想象的[6]。

撑杆是跳高的关键运动器材。它在运动中起着积蓄能量、传递力量，使运动员在越过一定高度时起着至关重要的作用。运动员能力发挥的好与坏，关键在于撑杆的长度和弹性性能，也成为了研究人员的重点。撑杆在运动中经历了4个阶段的改进分别是木杆、竹竿、金属杆、和玻璃纤维杆等。各类撑杆分别对应的最好成绩是2.29m、4.30m、4.83m、6.15m。根据运动员自身的优点，撑杆跳的竞赛规则和项目特点，纳米材料技术会生产出具有个性化的撑杆，尽可能使该项目在世界纪录上有新的突破。表2所示撑杆的改进与各类撑杆跳出的成绩。

2.1.2新材料在自行车上的应用

空气的阻力是制约白行车速度的主要因素。当自行车在平坦的道路上骑行时，当骑行速度达到50km/h，来自空气中的阻力占全部阻力的90%，而骑行者本身造成的阻力占据空气阻力的2/3，这些都是相关科学家预测数据。近年来率先运用碳纤维材料，采用专门制造隐形飞机的石墨纤维来制造车架和圆盘型车轮，设计制造出“超级自行车2号”的短距离专用赛车。车身稳固，坚硬，强度比以前采用铝合金材料的自行车比较提高了近3倍，车身宽度2.5m，重量7.2kg。1995年在泛美运动会中，一位美国运动员使用该车刷新了3项泛美记录和1项世界记录。

2.1.3 新材料在足球上的应用

“古用毛纠结为之，今用皮，以胞为里，嘘气闭之而蹴之”这是唐朝人徐坚在《初学记》中记载的足球的起源以及足球的制作材料。使用天然橡胶做内胆外包氨酯并采用多层制作以及加强衬里是典型的现代足球。在2002年足球世界杯制定用球“飞火流星”全部都是人工合成材料制成，表面那层合成革仅仅3mm的厚度，其中多达10层的材料有机结合制成。其中的材料弹性高、冲击力好，都是直径为0.1mm大小的微型气囊组成，规则偏离密度高达cm2数万个以上。在球整部的空气球胆周围除微泡混合塑料外还有一层网状物，柔性非常强，被阿迪达斯公司称为“拉歇尔经编针织物”[7]。这层名叫“拉歇尔经编针织物”可以防止足球变形，使球在飞行过程中的运动方向不发生改变。

2.2新材料在运动装上的应用

2.2.1泳装上的应用

运动装的款式和衣料直接影响到运动员的成绩，尤其是对游泳运动员的影响，所以在竞技体育界对运动装的开发研究是非常重视的。根据科学研究表明，如果2名推进力相同，体型相同的游泳运动员，在100m自由泳竞赛中，其中的1个阻力降低1%，那他的时间就可以加快0.15s，领先30cm。正因为如此，泳衣对夺取金牌有着十分重要的作用。全世界都在研究如何尽可能的减小游泳者与水的摩擦，设计“低阻力泳装”。从泳衣的材料入手，使其伸缩性、样式、舒适程度和降低阻力等方面不断改进。2000年3月澳大利亚某体育用品公司与图例茨基合作推出了模仿鲨鱼皮肤构造的“快速皮肤”。该皮肤严格按照鲨鱼的结构比例制成，类似鲨鱼皮肤上尖状突起的脊形结构新面料，使泳装表面产生大漩涡与水流在细沟内产生的小漩涡交互作用，减少阻力和肌肉震荡。“快速皮肤”与以往的泳装相比较，速度快，划水效果更大，给运动员某些部位施加压力，确保他们在比赛过程中保持正确的技术动作;还可以降低疲劳程度，减少肌肉颤抖[8]。据测试表明，“鲨鱼皮”与普通泳衣在水中相比阻力可以减少7.5%，成绩可以提高3%。2000年在悉尼奥运会上有很多选手身穿这种新型泳衣，并打破世界纪录14次，充分的将现代高材料技术与现代竞技训练运动用到了比赛中。直到现在，还有很多国家都在研发运用纳米材料生产阻力更小的游泳衣。

2.2.2新材料在运动鞋上的应用

科学研究表明，运动员每迈出一步，着地脚所承受的重量是体重的3倍;跑鞋的重量每增加100g，运动员的体能消耗就增加1%。所以鞋对于运动员来说非常重要。例如，在田径比赛规则中，规定对于跑鞋上的鞋钉的数量，长度，直径都很严格，所以将运动鞋的重量减轻成为各大生产厂家重点关注的问题。在1991年，著名短跑运动员刘易斯脚穿一双重量仅115g，特制胶制成的专用跑鞋，鞋钉是非常坚固的陶瓷做的，减轻了20g重量。这高新材料和先进设计制作的新式跑鞋，帮助刘易斯以9.86s的成绩打破世界纪录并在动静田径世锦赛中夺取金牌。2000年美国飞人迈克尔·约翰逊和玛丽安·琼斯，在悉尼奥运会上分别穿上了由耐克公司科研人员耗时3年制作的“金缕鞋”和“水晶鞋”，极大程度的提高了他们的竞技水平。因此，新型的棒球鞋，足球鞋，篮球鞋等也运用了新材料和新工艺制成，在各项比赛中发挥了重要作用。

2.3新材料在运动场地上的应用

2.3.1田径跑道上的应用

20世纪60年代以前的跑道都是由煤渣混合泥沙铺垫而成，容易对运动员身体造成损伤。后来，为了振奋精神，提高竞技水平，人们发明了塑胶跑道，是一种高分子化学合成材料，不仅外形色彩鲜艳美观，还非常具有弹性，从心里学上讲，可以给运动员一种良好的舒适感，激发运动情趣。在2008年北京奥运会上，从实验室落实于会场，是最为热门和眼下大众津津乐道的纳米技术[9]。在北京，在奥运会上，为世界各国健儿铺设纳米跑道，该跑道比较容易保养，寿命长，韧性高并且比一般的塑胶跑道更符合力学特点，使运动员在竞赛过程中减少损伤。

2.3.2在自由体操垫上的应用

将现代科学成果中的新材料运用至体操项目器材中去，改进器材的韧性，弹性，有利于运动员创新动作，减少损伤，还可以发挥运动员的潜力。例如：自由体操弹簧场地的使用，为自由体操奠定物质基础需增加场地的彈性。自由体操向多周和多轴转体方向发展。如：转体360°、720°团身、屈体、直体甚至身后空翻3周的超难度动作，极大程度的推动了体操技术的发展，减少了运动员的损伤。

3新材料今后在体育运动中的发展

当今科技的发展是推动竞技体育的重要步骤。随着体育事业的飞速发展，新型材料应用于体育器械也是非常重要的。因新型材料的需求逐渐扩大，也将推动新材料的发展脚步。文中所述新材料技术对体育运动的发展影响，并针对新型材料做出分析。由于该材料的强度高，延展性强，质量轻，易加工且具有一定的耐腐蚀性等特点，在今后体育器械发展过称中肯定会产生极深的影响。未来新材料的发展方向与优势以图4所示。

4结语

文章所述，现代体育的发展离不开高科技新材料的出现，正因为新材料的出现，才使得体育成绩提高的如此之快，竞赛场上竞争更加激烈。将系统的训练和科学的选材相结合，才刷新了一次又一次的世界记录。由此可知，科学的训练、选材和管理不仅提高了运动员的运动成绩和金牌取得量，最重要的是培养了运动员良好的心里素质和思想品德。但要使现代竞技体育平稳发展直到取得最后的胜利，单纯的靠吃苦流汗是无法实现的;需要的是新科技，新科学，这在体育运动项目发展中起着决定性的作用。

参考文献

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[3]孔朝晖.现代体育运动商业化发展研究[J].经济研究导刊，2017（12）：31-32.

[4]吴阿甜.新材料在高校体育器材方面的影响[J]粘接.2019（6）：92-94.

[5]罗筱.非牛顿流体材料在体育防护中的应用价值探析[J].粘接，2019（6）：76-78.

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[7]侯叶.中国近现代以来体育建筑发展研究[D].广州：华南理工大学，2018.

[8]张丹.大班户外体育活动中自制活动材料开发利用研究——以昆明J园为个案[D].昆明：云南师范大学，2019.

[9]黄珂.基于碳材料在体育器材中的应用[J].粘接，2019（6）：65-67.

收稿日期：2020-02-10

作者简介：潘利利（1985-），女，陕西人，硕士学位，讲师，研究方向：体育教育教学。