کاربرد گرافن در لوازم ورزشی

در این بخش به کاربرد گرافن در لوازم ورزشی خواهیم پرداخت:

اگرچه صنعت گرافن به طور قابل توجهی گسترش یافته است، اما دانشمندان احساس می کنند که هنوز به پتانسیل خود نرسیده است. گرافن به دلیل خواص بی‌نظیر خود، صنعت ورزش را متحول کرده است. این مقاله بر ارتباط آن با ورزش های مختلف مانند هاکی، اسکی، تنیس و غیره تمرکز دارد.

گرافن یک ماده فوق‌العاده با خواص فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی، مکانیکی و ترمومکانیکی عالی است. این ماده به عنوان یک منبع امیدوار کننده برای محصولات نسل بعدی در نظر گرفته می شود.

گرافن یک آلوتروپ کربن است که هنگام پیوند اتم های کربن در یک شبکه لانه زنبوری دوبعدی در هیبریداسیون sp2 به وجود می آید. مواد مبتنی بر گرافن از طریق یک فرآیند از بالا به پایین یا پایین به بالا تولید می شوند. برخی از فرآیندهای بالا به پایین شامل لایه برداری الکتروشیمیایی، مکانیکی و شیمیایی گرافیت است.

روش های پایین به بالا شامل رسوب شیمیایی بخار و سنتز شیمیایی است. گرافن عنصر اولیه بسیاری از آلوتروپ های کربنی مانند فولرن ها، نانولوله های کربنی و گرافیت شناخته شده است. گرافن به عنوان نازک ترین و قوی ترین نانومواد مبتنی بر کربن در نظر گرفته می شود.

کاربرد گرافن در لوازم ورزشی

گرافن دارای بسیاری از ویژگی های مشخصه دیگر مانند انعطاف پذیری، سبک بودن و رسانایی است. یکی از رایج‌ترین روش‌های استفاده از گرافن، توسعه کامپوزیت‌ها، یعنی افزودن گرافن به سایر محصولات موجود است. کامپوزیت های مبتنی بر گرافن به دلیل ویژگی های مشخصه مطلوب خود، مانند توسعه پوشش های بدون زنگ، در صنایع متعددی استفاده می شوند.

گرافن در ورزش

اخیراً تعدادی از اقلام ورزشی مانند کلاه ایمنی، چوب هاکی، قاب دوچرخه، اسکی و چوب گلف با استفاده از نانوکامپوزیت‌های گرافن-پلیمر ساخته می‌شوند. در ورزش، به ویژه، راکت های تنیس تقویت شده با گرافن، محبوبیت زیادی به دست آورده اند. دانشمندان خوشبین هستند که این مواد کامپوزیتی می تواند به زودی در فرمول 1 نیز به کار رود. برخی از نقش های گرافن در ورزش در زیر مورد بحث قرار می گیرد:

گلف و توپ تیوپی

یک توپ تیوپی بادی با استفاده از avanGRP40 که در اصل یک پودر گرافن است، تولید شده است. این توپ تیوپی با مخلوط کردن پودر گرافن در دستگاه میکسر لاستیکی ساخته شده است. افزودن avanGRP40 اثر مانع را افزایش داد که کاهش فشار را به طور قابل توجهی کاهش داد.

علاوه بر این، خواص مکانیکی، به ویژه خواص کششی، به طور قابل توجهی با این فرآیند بهبود یافت. این به طور چشمگیری برای خرده فروشان پایین دستی و کاربران نهایی منتفع شده است. در گلف، توپ های گلف تقویت شده با گرافن عملکرد بازیکنان را به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است زیرا این توپ ها سرعت، کنترل و مسافت طولانی تری را طی می کنند.

هاکی

به تازگی، XG Sciences، یک تولید کننده جهانی گرافن، از تولید چوب های هاکی جدید تقویت شده با گرافن خبر داده است. گریس کمبریج سالهاست که با تولید تجهیزات ورزشی مرتبط بوده است. آنها به طور استراتژیک گرافن را در چوب هاکی قرار دادند تا عملکرد بازیکنان را افزایش دهند.

افزودن گرافن نه تنها دوام را افزایش داد، بلکه قدرت، احساس و قابلیت بازی استثنایی را نیز به همراه داشت. فناوری گرافن چوب هاکی را تقویت کرده است که ضربه را بهتر جذب می کند. علاوه بر این، چوب هاکی در حال حاضر بسیار سبک تر است، که بازیکنان را قادر می سازد با کنترل بهتر توپ در اطراف زمین بدوند.

تنیس

دانشمندان یک راکت تنیس تقویت شده با گرافن را با استفاده از میکروسکوپ نوری و طیف‌سنجی رامان تجزیه و تحلیل کردند. آنها فاش کردند که اجزای ساختاری اصلی این راکت ها الیاف کربن قوی در یک ماتریس رزین اپوکسی است. گرافن خواص مکانیکی نواحی غنی از رزین را بهبود می بخشد. Head، یک تولید کننده راکت تنیس در اتریش، اظهار داشت که گرافن دوام محصول را افزایش می دهد و همچنین از کاربران در برابر آسیب محافظت می کند.

لوازم ورزشی

Colmar، یک برند ایتالیایی پوشاک بیرونی، لباس های تقویت شده با گرافن، به عنوان مثال، کت اسکی و شلوار تولید کرده است. پارچه های مبتنی بر گرافن برای انسان غیر سمی، ضد حساسیت و غیر سیتوتوکسیک هستند. جالب اینجاست که این ماده به عنوان یک فیلتر بین بدن و محیط خارجی عمل می کند و از این رو دمای ایده آل را برای کاربر تضمین می کند.

این پارچه ها گرمای تولید شده توسط بدن انسان را در هوای سرد و همچنین در هوای گرم به طور یکنواخت توزیع می کنند. علاوه بر این، لباس‌های مبتنی بر گرافن دارای اثرات باکتریواستاتیکی هستند که ویژگی‌های بهداشتی و ضد بو را افزایش می‌دهند. این ویژگی ها به ویژه برای لباس های ورزشی مطلوب است.

در طول تاریخ بشر، کشف فناوری جدید نقاط عطف و نقاط عطفی را رقم زده است. ساخت ابزارهای سنگی، ذوب فلزات و ساخت مصالح ساختمانی نشان دهنده پیشروی دوران باستان است. در زمان‌های اخیر، الماس صنعتی، فناوری نانو، آئروژل‌ها و مواد بالستیک در حال گسترش امکانات ما به سمت اختراعات و خلاقیت‌های جدید هیجان‌انگیز هستند. چیزی که زمانی علمی تخیلی به نظر می رسید اکنون با چنین موادی امکان پذیر است و تعداد کمی از آنها به اندازه گرافن جذاب و کاربردی هستند. برای آشنایی با این مواد مهیج و چگونگی تغییر روش طراحی و تولید تجهیزات ورزشی، ادامه مطلب را بخوانید.

محققان از ماهیت دو بعدی و مسطح گرافن در توسعه بهینه لباس های ورزشی استفاده کرده اند. پارچه مبتنی بر گرافن، تنفس محصول نساجی را نیز بهبود می بخشد. Directa Plus، تولید کننده جهانی محصولات مبتنی بر گرافن، لباس های مدار حرارتی شخصی سازی شده را طراحی می کند. همچنین به دلیل تولید ترکیب مقاوم در برابر شعله مبتنی بر گرافن، که برای ورزش های موتوری بسیار مرتبط است، حق امتیاز ایالات متحده را نیز دریافت کرده است.

اوزاکا، شرکت پوشاک ورزشی مستقر در ژاپن، اولین کفش ورزشی مبتنی بر گرافن در جهان را در سال 2018 تولید کرده است. در این کفش، گرافن با لاستیک مخلوط شده است تا کفی هایی تولید شود که در مقایسه با کفش های تمرینی معمولی چندین برابر قوی تر و بادوام تر هستند. این کفی‌ها نه تنها قوی‌تر هستند، بلکه کشش بیشتری دارند و در برابر سایش مقاوم‌تر هستند. چسبناک ترین زیره با ایجاد چسبندگی قوی در هنگام دویدن در مسیر خیس، عملکرد کاربران را افزایش می دهد.

یکی دیگر از کاربردهای جالب گرافن، توسعه حسگرهای پوشیدنی است. این حسگرها می توانند ضربان قلب یک ورزشکار را در زمان واقعی کنترل کنند. در آینده، حسگرهای مبتنی بر گرافن می‌توانند برای ارزیابی حرکات عضلانی طراحی شوند که می‌تواند به مدیران ورزشی کمک کند تا میزان بهبودی بازیکن را پس از آسیب ارزیابی کنند.

آنچه گرافن در لوازم ورزشی به ارمغان می آورد

صرف نظر از ورزش، تمام تجهیزات باید به گونه ای ساخته شوند که در برابر استفاده های سنگین از جمله سرعت های بالا، ضربه ها، سایش و پارگی، رطوبت، و حرکت مداوم بدن انسان که از لوازم استفاده می کند یا می پوشد، مقاومت کند. برای ورزش در فضای باز، زمین ناهموار، دماهای شدید و عناصری که باید در نظر گرفته شوند، وجود دارد و در هر منطقه، کیفیت بالا و عملکرد بالا مورد انتظار و نیاز است.

دونده در خط شروع تجهیزات ورزشی مرتبط با گرافن راه اندازی شده است

در تولید لباس‌های ورزشی، وزن سبک، دوام فوق‌العاده و انعطاف‌پذیری گرافن، آن را برای افزایش قدرت بدون افزایش حجم یا کاهش راحتی ایده‌آل می‌کند. این برای طراحی کفش و لوازم محافظ ایده آل است. به همین ترتیب، محصولاتی مانند راکت‌های تنیس از ویژگی‌های افزایش عملکرد گرافن بهره می‌برند.

برای مثال، وقتی گرافن به یک ماتریس اپوکسی اضافه می‌شود، راکت‌ها را سبک‌تر و در مقابل ضربه مقاوم‌تر می‌کند و بنابراین در زمین ماندگاری بیشتری دارد. هنگامی که گرافن در مواردی مانند چوب اسکی استفاده می‌شود، با لایه‌های دیگر مواد کار می‌کند تا ترکیبی بی‌نظیر از استحکام، واکنش‌پذیری و چابکی را اضافه کند.

در لباس‌های ورزشی، وزن سبک، دوام فوق‌العاده و انعطاف‌پذیری لباس ها از فاکتورهای مهم تولید هستند. گرافن از این نظر برای افزایش دوام، انعطاف پذیری و سبکی بدون افزایش حجم یا کاهش راحتی ایده‌آل است. از این رو کاربرد گرافن در تجهیزات ورزشی روز به روز در حال افزایش می باشد.

با پیشرفت مداوم علم و سطح ورزش های مدرن، دانشمندان و ورزشکاران در سراسر جهان به اهمیت کاربرد مواد جدید در تجهیزات ورزشی پی برده اند. از طریق تجزیه و تحلیل لاستیک گرافن و الیاف گرافن، ما عملکرد لاستیک گرافن و الیاف گرافن را در برخی زمینه ها پیدا کردیم. این مواد شامل کامپوزیت های لاستیک گرافن، کامپوزیت های الیاف گرافن و کامپوزیت های ماتریکس منیزیم گرافن هستند که می توانند در زمینه تجهیزات ورزشی استفاده شوند.

بنابراین ما باید چشم انداز کاربرد مواد پلیمری گرافن را در تجهیزات ورزشی بیشتر بررسی کنیم. این مقاله با استفاده از روش های ادبیات، مقایسه و تحلیل کیفی، مواد پلیمری کامپوزیت لاستیک گرافن و مواد پلیمری کامپوزیت الیاف گرافن را به عنوان هدف تحقیق در نظر گرفته و فناوری گرافن را در تجهیزات ورزشی مانند کفش، راکت، دوچرخه، تجزیه و تحلیل فن آوری گرافن موجود می تواند از نظر تئوری کاربرد فناوری گرافن را در تجهیزات ورزشی کشف کند، ترکیب ارگانیک زمین گرافن و زمین ورزشی را در سطح نظری درک کند و کاربرد فناوری گرافن را در زمین ورزشی ترویج دهد.

گرافن نازک ترین، قوی ترین و بهترین رسانایی و هدایت حرارتی در میان بسیاری از مواد نانو است، بنابراین دانشمندان آن را طلای سیاه می نامند. گرافن دارای خواص نوری، الکتریکی و مکانیکی عالی است و چشم انداز کاربردی مهمی در مواد، پردازش میکرو نانو، انرژی، زیست شناسی، پزشکی و مهندسی ورزش دارد. به عنوان یک ماده انقلابی در آینده در نظر گرفته می شود.

به منظور بهبود عملکرد ورزشی، تجهیزات ورزشی باید با قوانین بهبود عملکرد ورزشی اقلام قابل اجرا خود مطابقت داشته باشد، مانند اقلام سرعتی که نیاز به وزن سبک‌تر کفش‌های سرعتی دارند، وسایل تنیس که نیاز به عملکرد جذب ضربه بهتر راکت تنیس و وزن سبک‌تر راکت تنیس دارند.

به منظور اطمینان از عادلانه بودن مسابقات، تجهیزات ورزشی باید الزامات موارد قابل اجرا را نیز داشته باشند. امروزه با گسترش روزافزون ورزش وابسته به علم و فناوری، مواد گرافن به عنوان یک رشته جدید علم و فناوری، فضای کاربردی گسترده ای در عرصه ورزش پیدا کرده است. بر اساس این نکته، تصمیم گرفتم کاربرد فناوری گرافن را در تجهیزات ورزشی بررسی کنم، از نظر تئوری دامنه کاربرد، حالت کاربرد و امکان کاربرد فناوری گرافن را در زمینه ورزش بررسی کنم تا راه را برای کاربرد عملی آینده هموار کنم.

هدف اصلی تحقیق این مقاله این است که زمینه تجهیزات ورزشی و فناوری گرافن مواردی هستند که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند: تنیس، دوچرخه، بدمینتون، گلف، بسکتبال، لباس ورزشی، کفش ورزشی و سایر تجهیزات. فناوری گرافن به فناوری مواد گرافن، عمدتاً شامل گرافن، کامپوزیت لاستیک طبیعی گرافن (GNR) ، کامپوزیت لاستیک گرافن استایرن بوتادین (GSBR) ، کامپوزیت لاستیک بوتیل گرافن (GIIR) ، گرافن فلوئوروب اشاره دارد. کامپوزیت (gfkm)، کامپوزیت الیاف نایلون گرافن، کامپوزیت فیبر کربن گرافن و مواد ترکیبی پایه منیزیم گرافن.

این مقاله کاربرد فناوری گرافن را در لوازم ورزشی به صورت تئوری، عمدتاً در راه ارزش کاربردی و امکان‌سنجی مورد مطالعه قرار می‌دهد. استفاده از تجهیزات ورزشی به عنوان نقطه شروع، با کمک نتایج تجربی موجود در داخل و خارج از کشور، از طریق تجزیه و تحلیل فناوری گرافن موجود، برای یافتن دامنه کاربرد، روش کاربرد و ارزش کاربرد آن در تجهیزات ورزشی و بحث در مورد امکان سنجی کاربرد. م

حتوای اصلی تحقیق عبارتند از: کاربرد فناوری گرافن در لباس های ورزشی، بسکتبال، تنیس، بدمینتون، گلف و دوچرخه سواری. دامنه تحقیق این مقاله به فناوری مواد گرافن محدود می شود، تحقیق در مورد ویژگی های مواد و تحقیقات کاربردی، تنها از طریق ویژگی های مواد برای یافتن دامنه کاربرد و ارزش کاربردی مربوطه، و بحث در مورد امکان سنجی، شامل اصول فیزیکی عمیق، اصول شیمیایی و اصول بیولوژیکی تحقیق نمی شود. .

کالاهای ورزشی ممکن است به گونه ای طراحی شوند که مزیت رقابتی را برای کاربر فراهم کنند، دوام را بهبود بخشند، راحتی کاربر را افزایش دهند یا از او در برابر آسیب محافظت کنند. بازارپسندی کالاهای ورزشی ممکن است به میزان مؤثر بودن آنها در ارائه چنین مزایایی بستگی داشته باشد.

به این ترتیب، سازندگان کالاهای ورزشی به طور مستمر به دنبال بهبود مواد و طرح‌های مورد استفاده در ساخت محصولات خود هستند، بنابراین در بسیاری از کالاها از الیاف کربن برای استحکام بیشتر و وزن کمتر استفاده می‌کنند و اکنون بسیاری از تولیدکنندگان به دنبال استفاده از گرافن در محصولات هستند. زیرا قوی ترین مواد در جهان است!

گرافن در لوازم ورزشی وارد می شود:

تولیدکنندگان برای تقویت محصولات با گرافن در همه کالاهای ورزشی مانند چوب گلف، اسکی، راکت، کفش ورزشی، اسنوبرد، پد و تجهیزات حفاظتی و/یا سایر انواع محصولات ورزشی شناخته شده در این هنر تلاش می‌کنند.

در حالی که افزودن مواد به کالاهای ورزشی ممکن است توانایی آنها را در مقاومت در برابر سایش، جذب ضربه، کاهش لرزش یا انجام سایر عملکردهای سودمند بهبود بخشد، همچنین ممکن است حجم و وزن کالاهای ورزشی را افزایش دهد. حجم و وزن اضافه شده ممکن است با افزایش ناراحتی کاربر، یا مانع از حرکت یا عملکرد کاربر، مزایا را خنثی کند. بنابراین، کالاهای ورزشی اغلب از مواد سبک وزن و نازک ساخته می شوند. با این حال، اگر مواد خیلی نازک یا ضعیف باشند، ممکن است کارایی خود را از دست بدهند یا به راحتی آسیب ببینند. باید بین این ملاحظات تعادل ایجاد شود.

کالاهای ورزشی گرافنی اکنون در دسترس هستند:

یکی از کالاهای ورزشی معروف گرافنی راکت های تقویت شده با گرافن توسط افرادی مانند نواک جوکوویچ و ماریا شاراپووا تبلیغ می شود و کاربران از افزایش دقت و سهولت استفاده همراه با کاهش وزن راکت گزارش می دهند. در یکی از ویدیوهای تبلیغاتی اولیه، راکت جدید نواک “سلاح مخفی” او نامیده می شود. تا زمان انتشار درخواست ثبت اختراع راکت گرافن، ترکیب راکت و نقش گرافن در واقع مخفی بود.

در درخواست ثبت اختراع ایالات متحده به شماره 20130090193 استفاده از گرافن به عنوان یک عنصر تقویت کننده در ساخت راکت تنیس توضیح داده شده است. گرافن در یک ماتریس اپوکسی تعبیه شده است که حداقل بخشی از ساختار راکت را می سازد. استفاده از گرافن عملکرد راکت را افزایش می‌دهد و وزن آن را سبک‌تر و در عین حال بادوام‌تر از راکت‌های مورد استفاده تا به امروز می‌سازد.

گرافن همچنین سفتی راکت را در جهات مختلف متناسب‌تر می‌کند و مشکلی را که معمولاً با الیاف غیرگرافن تقویت‌شده تجربه می‌شود برطرف می‌کند. این بدان معناست که بازیکنان تنیس اکنون آزادی بیشتری برای پرتاب راکت خود به زمین پس از از دست دادن یک امتیاز خواهند داشت، زیرا می دانند که گرافن برای کمک به زنده ماندن و استفاده مجدد راکت وجود دارد.

گرافن ویژگی های شگفت انگیزی را ارائه می دهد که آن را به عنصری کلیدی در زمینه ورزش و اسباب بازی تبدیل می کند: انعطاف پذیری بالا، خاصیت ارتجاعی و افزایش سختی، سبکی و وزن بسیار کم، قابلیت خود ترمیم و واکنش شیمیایی مثبت با سایر مواد.

مجموعه ای از کالاهای ورزشی و تفریحی بهبود یافته به لطف گرافن در حال حاضر در بازار هستند:

راکت های تنیس و بدمینتون مقاوم تر و سبک تر ساخته شده با کامپوزیت گرافن.

کلاه ایمنی دوچرخه سفت تر که بهتر اجازه عبور هوا را می دهد.

قاب دوچرخه بسیار قوی تر و سبک تر.

واکس های اسکی که روانکاری، اثر آبگریز و اثر ضد الکتریسیته ساکن را بهبود می بخشد.

امکانات بی‌پایان است: پارچه‌های هوشمندی که ضربان قلب را تشخیص می‌دهند و گرمای بدن را دفع می‌کنند، کفش‌های ضد الکتریسیته ساکن و بسیار انعطاف‌پذیرتر، کفپوش‌های ورزشی هوشمند، لوازم و لوازم بدنسازی بسیار قوی‌تر و سبک‌تر، تجهیزات کوهنوردی قوی‌تر، اسباب‌بازی‌های ایمن‌تر (ضد باکتری و ضد شعله) و غیره.

1. راکت تنیس

تولید کننده اتریشی لوازم ورزشی Head در استفاده از گرافن در راکت های تنیس پیشرو بوده است. سری جدید راکت Graphene XT Prestige از قوی‌ترین و سبک‌ترین مواد دنیا برای بهبود توزیع وزن از دسته تا سر استفاده می‌کند. این امکان انتقال انرژی بهتر و قدرت ضربه زدن به توپ را بسیار شدیدتر از همیشه، بدون هیچ گونه شانسی برای شکستن راکت فراهم می کند. جایگزینی گرافن با فیبر کربن و آلیاژ تیتانیوم در ساختار قاب، نسل دوم راکت‌های گرافنی Head تا 20 درصد سبک‌تر از راکت‌های معمولی با وزن نوسانی مشابه هستند. این بدان معناست که بازیکنان راکت سریع‌تری پشت توپ دارند اما با همان احساس مقاومت. در آینده می‌توانیم انتظار داشته باشیم که گرافن کاربردهای بیشتری در ورزش‌هایی پیدا کند که تجهیزات باید در برابر تأثیرات قابل توجهی مقاومت کنند و آن‌ها را جذب کنند.

• کلاه دوچرخه سواری

شرکت ورزشی اسپانیایی Catlike از گرافن در کلاه های دوچرخه سواری تقویت شده استفاده کرده است. کلاه ایمنی Catlike Mixino که با نانوالیاف گرافن در رول کیج طراحی شده است، از جمجمه دوچرخه سواران با حداکثر دوام و حداقل وزن محافظت می کند. نسخه‌های گرافنی Catbird که از کلاه‌های ایمنی قبلی ساخته شده بودند، نه تنها قوی‌تر و سبک‌تر هستند، بلکه به لطف قابلیت‌های انتقال حرارت منحصر به فرد گرافن، تهویه بهتری نیز دارند.

•  اسکی

جایگزینی گرافن به جای بخشی از چوب اسکی که به طور سنتی با الیاف چوب و شیشه ساخته می‌شود، به اسکی‌های جدید، لایه‌های تایتانال بیشتری می‌دهد و به اسکی‌ها اجازه می‌دهد سفت اما انعطاف‌پذیر باشند. حساسیت و واکنش پذیری افزایش یافته گرافن به این نسل جدید اسکی اجازه می دهد سبک تر، کنترل آسان تر و متعادل تر باشد.

به لطف سازگاری گرافن به عنوان یک ماده کامپوزیتی، ما تازه شروع یک انقلاب در تجهیزات ورزشی را می بینیم. با نسبت استحکام به وزن بیشتر، استحکام و دوام بیشتر، و قابلیت‌های انتقال حرارت عالی، زمان آن است که گرافن در چندین کاربرد تجهیزات ورزشی دیگر عرضه شود.

منبع:

https://www.potterclarkson.com/insights/olympic-material-graphene-in-sports