一種石墨烯智能溫控可拆卸嬰兒睡袋

張奇奇

（常熟理工學(xué)院紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

一、探究石墨烯結(jié)構(gòu)的特性

石墨烯（Graphene）是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的新材料[1]。石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最好的一種新型納米材料，被稱為“黑金”和“新材料之王”[2]。

作為新型材料，石墨烯帶給我們的驚喜在北京冬奧會(huì)中就已出現(xiàn)。在本屆冬奧會(huì)上，應(yīng)用石墨烯柔性發(fā)熱技術(shù)研發(fā)了發(fā)熱圍巾、發(fā)熱手套、發(fā)熱坐墊、發(fā)熱暖手寶等等，該材料極強(qiáng)的導(dǎo)熱性能，讓服裝、服飾在極短的時(shí)間內(nèi)迅速升溫，以達(dá)到保暖效果。

智能溫控嬰兒睡袋主要依托于北京愛尚家科技股份有限公司所研發(fā)的第三代石墨烯柔性發(fā)熱材料，主要是一種三維石墨烯基復(fù)合導(dǎo)熱材料。該材料柔軟輕薄，厚度猶如一張紙，一般嵌在服裝的面里料中間。一件服裝可以放置多個(gè)石墨烯發(fā)熱材料，用一個(gè)電路將其連接在一起，由一個(gè)插頭進(jìn)行控制；通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其耐水洗強(qiáng)，一般可水洗100 次以上；材料安全、透氣，可隨意彎折，即使受到損壞，也不會(huì)影響其他部分的使用。

石墨烯柔性發(fā)熱材料的紡織工藝以及電路設(shè)計(jì)也是它的一大亮點(diǎn)，不同于鑲嵌在服裝纖維里的石墨烯面料，其恒溫、升溫效果以及其遠(yuǎn)紅外線所帶來(lái)的理療效果也更加顯著，32%熱能＋68%紅外光能，比傳統(tǒng)碳系材料的能量提升了30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他發(fā)熱材料，安全性也比其他金屬加熱片更高，在柔性發(fā)熱領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯。

二、研究現(xiàn)狀

在功能性嬰兒睡袋的研究方面，目前市場(chǎng)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)都離不開其通用功能、健康檢測(cè)等形式[3]，在結(jié)構(gòu)與面料優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)穿脫方便、穿著舒適的效果。目前在石墨烯智能溫控兒童服裝或是嬰幼兒服裝方面都沒有過多的研究，可以參考的研究是已有的恒溫睡袋，可探究恒溫睡袋的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)分析石墨烯在其基礎(chǔ)上的應(yīng)用問題。通過文獻(xiàn)搜集，主要了解到恒溫睡袋之所以恒溫，是因?yàn)閵A棉的纖維里包裹一種變相材料的微膠囊，這種微膠囊是微米到納米級(jí)別的尺寸，人的肉眼是無(wú)法觀測(cè)的?；谙嘧儾牧希谌梭w熱的時(shí)候，包裹在微膠囊里的相變材料會(huì)融化吸收熱量，冷的時(shí)候，會(huì)凝固放出熱量，通過這種循環(huán)方式來(lái)形成恒溫的效果。但其溫度控制無(wú)法解決夜間睡眠所帶來(lái)的溫度降低等問題，因此石墨烯智能溫控系統(tǒng)就有了優(yōu)勢(shì)。

三、設(shè)計(jì)思路

選擇嬰兒睡袋這一思路開展研究，主要源于睡眠是兒童生長(zhǎng)發(fā)育的重要保證，尤其對(duì)嬰幼兒而言，完善的睡眠對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和成熟有著非常重要的作用。嬰幼兒時(shí)期睡眠占據(jù)了其一半以上的時(shí)間，且嬰幼兒的生長(zhǎng)發(fā)育、器官成熟都是在睡眠期間完成的。嬰幼兒在睡覺時(shí)手腳好動(dòng)，尤其是下肢的活動(dòng)范圍很大，并不能保持相對(duì)穩(wěn)定的睡姿，采用嬰幼兒睡袋是解決嬰幼兒睡眠問題的最好方法。同時(shí)，0-1 歲的嬰幼兒成長(zhǎng)極為重要，父母將更多的時(shí)間花費(fèi)在孩子的飲食、活動(dòng)、心理活動(dòng)上，在夜間由于父母需要睡眠無(wú)法時(shí)刻照看孩子，以致于孩子容易著涼、感冒發(fā)燒。這樣一款設(shè)計(jì)就可以很好地改善目前存在的問題，解決很多父母憂慮的問題。將整件嬰兒睡袋設(shè)計(jì)成可拆卸形式，夏季冬季均可使用。石墨烯發(fā)熱薄膜與嬰兒睡袋相結(jié)合，同時(shí)采用嵌入式的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)緊固，這樣在使用時(shí)不需要較長(zhǎng)的導(dǎo)線，貼合度較高[4]，表面設(shè)計(jì)用竹纖維等天然面料，里料采用可拆卸蠶絲面料，具有防霉防蛀和透氣舒適的功能。

四、設(shè)計(jì)過程

本文從功能性與時(shí)尚性相結(jié)合的角度開發(fā)了這款石墨烯可拆卸智能溫控嬰兒睡袋，其示意圖見圖1。

圖1 嬰兒睡袋

如圖1 所示，產(chǎn)品主要款式設(shè)計(jì)亮點(diǎn)在于可拆卸、兩用型睡袋。開口方式采用拉鏈設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)嬰兒睡袋不同的是在拉鏈里層加入一層墊布，防止嬰兒皮膚的劃傷；袖子上運(yùn)用可拆卸設(shè)計(jì)，連接方式上采用暗扣設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同季節(jié)需求進(jìn)行穿戴，暗扣設(shè)計(jì)也使孩子在穿脫上更安全，不會(huì)造成皮膚擦傷。帽子、腳口的可拆卸裝置可以保證嬰兒頭部、腳的保暖，在日常穿著時(shí)，將其拆卸下來(lái)穿著即可。為滿足嬰幼兒的體型特征以及生理需求，將襠部下落，保證其穿著紙尿褲的舒適度，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)嬰兒睡袋的多功能性，產(chǎn)品設(shè)計(jì)成兩用型。白天穿著時(shí)運(yùn)用分腿式設(shè)計(jì)，夜間為保證嬰兒睡眠質(zhì)量可運(yùn)用被式設(shè)計(jì)。在嬰兒睡袋的腹部、腳部、背部運(yùn)用石墨烯發(fā)熱片，保證了重要部位的保暖性，同時(shí)降低成本，將加熱片通過一根USB接口進(jìn)行銜接，在睡袋的右側(cè)腿部處設(shè)置密封性口袋放置充電寶，由于這個(gè)時(shí)期的嬰兒主要?jiǎng)幼鳛榕佬小⒎崔D(zhuǎn)，因此該設(shè)計(jì)在這里不會(huì)對(duì)嬰幼兒造成過大的負(fù)擔(dān)。在面料的里層加入感溫條設(shè)計(jì)，方便家長(zhǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控孩子的體溫、舒適性以判斷是否需要加衣、減衣等等。

五、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)石墨烯智能溫控可拆卸嬰兒睡袋進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過智能溫控與可拆卸功能的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了健康監(jiān)測(cè)、保暖輕便、穿脫方便的三合一。