光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

臧鳳銳

摘 要：本文通過光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例分析與總結(jié)，意在為設(shè)計(jì)人員在探索與應(yīng)用光致變色材料時(shí)提供一定參考的途徑與方法，以此來促進(jìn)設(shè)計(jì)人員對(duì)光致變色材料積極應(yīng)用。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度出發(fā)對(duì)光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中經(jīng)典應(yīng)用案例進(jìn)行分析與總結(jié)。結(jié)合對(duì)經(jīng)典案例進(jìn)行分析與總結(jié)，將光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用劃分為三種設(shè)計(jì)思路，并且這三種設(shè)計(jì)思路是呈層層遞進(jìn)關(guān)系。三種光致變色材料設(shè)計(jì)思路可為設(shè)計(jì)人員在對(duì)光致變色材料設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)提供一定參考，并且在一定程度上防止材料應(yīng)用創(chuàng)新庸俗化。

關(guān)鍵詞：智能材料 材料應(yīng)用 光致變色材料 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 案例分析

智能化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的一大趨勢(shì)，而智能材料的應(yīng)用與設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)智能化的重要組成部分。智能材料最早發(fā)跡于航空航天領(lǐng)域，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步智能材料的應(yīng)用已經(jīng)不僅限于與機(jī)器人技術(shù)、電子技術(shù)和生物制造技術(shù)等技術(shù)相交織應(yīng)用于高科技領(lǐng)域，智能材料開始被應(yīng)用于日常生活中，給產(chǎn)品帶來新的設(shè)計(jì)維度的同時(shí)給予用戶不一樣的體驗(yàn)。

在智能材料中人們通常把對(duì)太陽光刺激作用下產(chǎn)生可見的光學(xué)性質(zhì)變化，并發(fā)生相應(yīng)色彩變化的材料稱為光致變色材料{1}，因其具有對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生色彩響應(yīng)的特點(diǎn)又被許多人稱為“變色龍材料”。在光致變色材料的相關(guān)研究中多是從材料的制備技術(shù)與工藝角度出發(fā)對(duì)材料進(jìn)行探討。雖然近幾年來一些設(shè)計(jì)人員也從會(huì)展設(shè)計(jì)角度{2}、服飾設(shè)計(jì)角度{3}以及建筑設(shè)計(jì)角度對(duì)光致變色材料的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)探索，但在這些探索中主要探討的是如何利用光致變色材料變色效果來提升產(chǎn)品個(gè)性，關(guān)于顯色智能材料如何更好地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品這一重要環(huán)節(jié)少有描述，如何創(chuàng)新應(yīng)用光致變色材料使其避免庸俗化是材料應(yīng)用關(guān)鍵?；谀壳皩?duì)于光致變色材料研究現(xiàn)狀與智能材料應(yīng)用“熱”這兩點(diǎn)，通過分析與總結(jié)相關(guān)經(jīng)典應(yīng)用案例深入挖掘其應(yīng)用方法與途徑，為日后設(shè)計(jì)人員對(duì)光致變色材料設(shè)計(jì)應(yīng)用提供一定參考。

一、光致變色材料簡介與國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.簡介

對(duì)光致變色材料準(zhǔn)確的定義是電磁輻射在一種或兩種方向上，引起具有不同吸收光譜化合物的兩種形式之間的可逆變換{4}，即有太陽光（UV光）照射時(shí)材料呈有顏色的顯色狀態(tài)，無太陽光（UV光）照射時(shí)材料呈無顏色的脫色狀態(tài)，根據(jù)太陽光進(jìn)行兩種狀態(tài)的可逆顏色變化。

現(xiàn)如今市場上多采用微膠囊化光致變色材料進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，不同于其他光致變色材料，微膠囊化技術(shù)采用各種高分子化合物連續(xù)薄膜將光致變色分子完全包裹起來{5}，使光致變色材料具有更好的穩(wěn)定性與耐用性。

2.國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

（1）服飾與包袋領(lǐng)域

在服飾包袋領(lǐng)域，光致變色材料多是與紡織材料制造技術(shù)創(chuàng)新結(jié)合的應(yīng)用方式，其主要應(yīng)用形式為兩種：1.作為紡織印染染料，在服飾與包袋產(chǎn)品上印染具有個(gè)性化的感光變色圖案，并且將常規(guī)染料與變色染料相結(jié)合做出“白描”與“上色”兩種視覺效果;2.將光致變色材料與紡織材料纖維相結(jié)合產(chǎn)出變色紡線并織成光致變色布料以此為原材料來設(shè)計(jì)具有變色效果的服飾與包袋。前者應(yīng)用方式較后者更為簡單且制造成本更低，是現(xiàn)如今主要應(yīng)用手段與呈現(xiàn)形式。

（2）日常消費(fèi)領(lǐng)域

光致變色材料除了被廣泛應(yīng)用于服飾包袋類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，其也被應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪校巛^為常見的汽車車膜、防曬眼鏡、變色手環(huán)飾品、變色指甲油等。光致變色材料的日?；瘧?yīng)用，以顏色的可變性豐富了我們?nèi)粘Ｉ?，使我們生活更為便利的同時(shí)擁有更特別的材料體驗(yàn)感。以太陽眼鏡為例，其可以根據(jù)紫外線照射強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行自我色度調(diào)節(jié)，從而給予使用者便利。

二、光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

材料是創(chuàng)造產(chǎn)品個(gè)性影響產(chǎn)品體驗(yàn)的重要因素，光致變色材料相較于以往傳統(tǒng)材料，它能對(duì)太陽光刺激做出顏色效應(yīng)的變化，打破大家對(duì)材料的顏色只是它本身顏色的認(rèn)識(shí){6}，給人變色前后不一樣的視覺體驗(yàn)感，賦予產(chǎn)品視覺化個(gè)性。在材料功能特性方面，光致變色材料可以對(duì)不同程度紫外線光做出不同程度的顏色強(qiáng)度變化，具有一定監(jiān)測(cè)紫外線傳遞信息的效應(yīng)。當(dāng)光致變色材料置于產(chǎn)品中被使用者在不同環(huán)境（不同強(qiáng)度紫外線）下使用可以產(chǎn)生不同的顯色效應(yīng)，從而將人置于產(chǎn)品和環(huán)境的交互之中，提升互動(dòng)產(chǎn)品的體驗(yàn)感。

三、光致變色材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新應(yīng)用方法

1.豐富材料感官特性內(nèi)涵

現(xiàn)如今市場上大多數(shù)對(duì)光致變色材料應(yīng)用多是將光致變色材料印染或注塑于產(chǎn)品之中，使產(chǎn)品起到一定變色視覺差異，提高產(chǎn)品個(gè)性化從而吸引消費(fèi)者購買。這種應(yīng)用方式只是單純的從材料視覺特性角度出發(fā)給予用戶一定感官體驗(yàn)，這種感官體驗(yàn)層級(jí)是較為淺顯的，并未通過視覺感官體驗(yàn)引起用戶在使用產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生情感共鳴。優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)是在給予用戶良好的感官感知的同時(shí)引發(fā)用戶關(guān)于對(duì)產(chǎn)品的思考、喜悅、滿足等情感。

與國內(nèi)相比，國外設(shè)計(jì)師對(duì)光致變色材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用多將光致變色材料的變色特性與產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念深深融合在一起，使產(chǎn)品具有趣味性的同時(shí)還傳達(dá)出設(shè)計(jì)師所想表達(dá)的設(shè)計(jì)內(nèi)涵，讓使用者在擁有感官體驗(yàn)的同時(shí)還由此產(chǎn)生一定情感聯(lián)系，如2019年以色列設(shè)計(jì)師Saatchi&Saatchi為Shikun&Binui公司設(shè)計(jì)的“太陽能印刷”平面廣告以此來促進(jìn)綠色能源。雜志在無陽光照射時(shí)是一個(gè)單調(diào)的黑白素描，將它們放置陽光下，黑白素描開始呈現(xiàn)出百花盛開的場景并產(chǎn)生一行文字“看看你從中受益多少”。這個(gè)設(shè)計(jì)照應(yīng)綠色能源太陽能能給予人們“彩色生活”設(shè)計(jì)理念，用新穎且具有趣味性的手段呼吁人們對(duì)綠色能源的支持，并引起人們關(guān)于環(huán)保的情感聯(lián)系與思考。

由此經(jīng)典案例可以總結(jié)出在利用光致變色感光變色的材料視覺特性時(shí)，應(yīng)分析材料與產(chǎn)品之間存在何者聯(lián)系。首先，從材料角度出發(fā)分析引起材料變色的機(jī)制，從而分析與此機(jī)制相關(guān)的產(chǎn)品;其次，再從產(chǎn)品角度出發(fā)挖掘所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品所要傳達(dá)的理念;最后，將設(shè)計(jì)理念與材料的感官特性相結(jié)合，根據(jù)設(shè)計(jì)需求具體分析呈現(xiàn)方式。

2.重視材料功能特性，打破常規(guī)應(yīng)用范圍

多數(shù)對(duì)光致變色材料應(yīng)用是從視覺感官角度出發(fā)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用，忽視了光致變色材料變色所帶來的功能性。光致變色材料功能性在產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用可以從兩方面入手：1.通過光致變色感光可以使材料從無色到有色的材料特性，起到一定遮擋陽光的功能;2.通過對(duì)不同等級(jí)的紫外線照射的感應(yīng)產(chǎn)生顏色強(qiáng)度變化，對(duì)紫外線具有一定檢測(cè)功能。雖然對(duì)這兩大功能在太陽眼鏡和防曬服上都有一定應(yīng)用體現(xiàn)，但是這也在某種程度造成了設(shè)計(jì)人員思維定式，認(rèn)為光致變色材料只能在玻璃制品和服裝這兩大范圍中進(jìn)行應(yīng)用。

在2013年，Orproject設(shè)計(jì)公司使用光致變色材料與多邊形透明材料相結(jié)合設(shè)計(jì)出Or2冠層結(jié)構(gòu)，其將光致變色材料兩大功能進(jìn)行整合思考，在對(duì)太陽光線所照射的位置與強(qiáng)度進(jìn)行描述的同時(shí)通過變色起到遮擋陽光的效果。白天冠層結(jié)構(gòu)被陽光照射時(shí)，表面產(chǎn)生色彩并在不同照射角度下產(chǎn)生不同效果，成為一個(gè)遮陽設(shè)備。晚上陽光照射消失時(shí)，冠層結(jié)構(gòu)呈半透明白色，成為一個(gè)枝形吊燈，散發(fā)著白天集成光伏電池所收集的光線。Or2冠層結(jié)構(gòu)在給予人們形式美與感官體驗(yàn)的同時(shí)，也具有一定實(shí)用性。

在東京大學(xué)所設(shè)計(jì)的光致雕塑從另一種角度給人們展示了光致變色材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用可能，變色雕塑主要由兩部分組成：一是表現(xiàn)部分，其由涂有光敏變色材料圖案的透明板構(gòu)成;二是光控部分，在需要時(shí)提供紫外線光源。當(dāng)紫外線照射表現(xiàn)部分產(chǎn)生色彩圖案，反之紫外線被遮擋時(shí)，彩色圖案重新脫色變?yōu)橥该鳌Ｍㄟ^改變紫外線的投射方式，可以產(chǎn)生不同圖案{7}。該雕塑利用二維光致變色平面創(chuàng)造出一種三維立體效果。此種設(shè)計(jì)不僅可以應(yīng)用展示產(chǎn)品設(shè)計(jì)中還可以運(yùn)用于交互設(shè)計(jì)中，并且其可以從本廣告低成本與可持續(xù)顯示技術(shù)角度對(duì)其設(shè)計(jì)應(yīng)用進(jìn)行思考。

對(duì)上述經(jīng)典案例分析總結(jié)得出（如圖7）第二種設(shè)計(jì)思路，即在運(yùn)用光致變色材料進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)光致變色材料變色所帶來的功能性歸納為三種功能：1.遮擋陽光;2.監(jiān)測(cè)紫外線傳遞信息;3.感光變色交互性。運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法對(duì)這三種功能所能涉及的產(chǎn)品進(jìn)行排列，如感光變色交互功能可以運(yùn)用于戶外顯示裝置廣告牌設(shè)計(jì)中，提出節(jié)能、環(huán)保、多角度設(shè)計(jì)理念等，并結(jié)合材料感官特性具體分析一天中陽光照射角度與廣告牌的位置關(guān)系、陽光（UV光）照射強(qiáng)度與光致變色材料顯色強(qiáng)度關(guān)系，以此確定產(chǎn)品最終的變現(xiàn)形式。

相較于上設(shè)計(jì)思路一，設(shè)計(jì)思路二不僅包含了光致變色材料的功能特性還運(yùn)用到設(shè)計(jì)思路一中所得出的方法，是更深層級(jí)的材料應(yīng)用設(shè)計(jì)。

3.重視材料“跨界聯(lián)合”應(yīng)用

2019年具有煉金術(shù)士和神秘學(xué)家之稱的Lauren Bowker設(shè)計(jì)了一系列對(duì)環(huán)境有反應(yīng)的著色劑和混合物組成的產(chǎn)品，其靈感來自于藥用和美學(xué)用途的古老化妝品。在這一系列化妝品中Helio Veil產(chǎn)品結(jié)合光致變色材料，當(dāng)產(chǎn)品噴到皮膚上時(shí)形成隱形雀斑，在陽光下改變顏色提供自然的陽光親吻外觀，給人以回歸自然，自然親近的感覺，創(chuàng)造出一種可以給予陽光親吻的同時(shí)也可以保護(hù)皮膚設(shè)計(jì)理念。

根據(jù)Lauren Bowker設(shè)計(jì)，筆者提出關(guān)于光致變色材料第三種設(shè)計(jì)思路（如圖9）：將光致變色材料與其他材料相結(jié)合，并通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)等方式產(chǎn)出“新材料”具體分析“新材料”的感官特性與功能特性并分別提出其可被應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并對(duì)二者進(jìn)行疊加分析取二者都可涉及到的產(chǎn)品，提出相關(guān)設(shè)計(jì)理念分析具體產(chǎn)品表現(xiàn)形式。

設(shè)計(jì)思路三相較于前兩個(gè)設(shè)計(jì)思路更具有創(chuàng)新意義，這種設(shè)計(jì)思路不僅在一定程度上擴(kuò)大了光致變色材料的應(yīng)用范圍，還拓展其他材料的材料維度，使其變得更加“智能化”。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，材料應(yīng)用形式應(yīng)是多種多樣的，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡可能嘗試對(duì)已有且技術(shù)較為完善的新材料進(jìn)行探索式研究與設(shè)計(jì)，挖掘光致變色材料與其它材料相結(jié)合的可能性，拓寬與豐富材料維度的同時(shí)并對(duì)產(chǎn)出的新材料進(jìn)行創(chuàng)新的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

結(jié)語

智能材料“熱”是未來材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用的一大趨勢(shì)，光致變色材料作為智能材料中具有良好潛力的材料之一，設(shè)計(jì)人員應(yīng)積極抓住這一趨勢(shì)挖掘材料潛力，創(chuàng)新材料跨界聯(lián)合，豐富材料感官內(nèi)涵，提高材料應(yīng)用的功能性，拓寬光致變色材料應(yīng)用領(lǐng)域，設(shè)計(jì)更多具有智能維度的產(chǎn)品。

注釋：

{1}Marinella Ferrara and Murat Bengisu.Materials that Change Color[J]. Springer Cham，2014：81-100.

{2}徐博.淺析光致變色材料在會(huì)展設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].藝術(shù)科技，2017（2）.

{3}黃麗萍，周捷.基于光致變色材料的運(yùn)動(dòng)文胸設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].紡織科技進(jìn)展，2018（7）：50-55.

{4}Heinz Dürr，Henri Bouas-Laurent.Photochromism： Molecules and Systems[M].Elsevier Science Limited：T. H. Bouas-Lauren，2003.

{5}邢穎，李文驍.光致變色防偽材料研究進(jìn)展[J].染料與顏料，2017（6）.

{6}Anthony Dunne.Hertzian Tales： Electronic Products，Aesthetic Experience and Critical Design[M].The MIT Press，2008.

{7}Tomoko Hashida，Photochromic sculpture： volumetric color-forming pixels[C]. Emerging Technologies Proceedings，2001.