光致變色材料在產品設計中的運用

臧鳳銳

摘 要：本文通過光致變色材料在產品設計案例分析與總結，意在為設計人員在探索與應用光致變色材料時提供一定參考的途徑與方法，以此來促進設計人員對光致變色材料積極應用。從產品設計角度出發對光致變色材料在產品設計中經典應用案例進行分析與總結。結合對經典案例進行分析與總結，將光致變色材料在產品設計中的應用劃分為三種設計思路，并且這三種設計思路是呈層層遞進關系。三種光致變色材料設計思路可為設計人員在對光致變色材料設計應用時提供一定參考，并且在一定程度上防止材料應用創新庸俗化。

關鍵詞：智能材料 材料應用 光致變色材料 產品設計 案例分析

智能化是當今社會發展的一大趨勢，而智能材料的應用與設計是實現智能化的重要組成部分。智能材料最早發跡于航空航天領域，但隨著技術的不斷進步智能材料的應用已經不僅限于與機器人技術、電子技術和生物制造技術等技術相交織應用于高科技領域，智能材料開始被應用于日常生活中，給產品帶來新的設計維度的同時給予用戶不一樣的體驗。

在智能材料中人們通常把對太陽光刺激作用下產生可見的光學性質變化，并發生相應色彩變化的材料稱為光致變色材料{1}，因其具有對周圍環境產生色彩響應的特點又被許多人稱為“變色龍材料”。在光致變色材料的相關研究中多是從材料的制備技術與工藝角度出發對材料進行探討。雖然近幾年來一些設計人員也從會展設計角度{2}、服飾設計角度{3}以及建筑設計角度對光致變色材料的應用進行相關設計探索，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品個性，關于顯色智能材料如何更好地轉化為產品這一重要環節少有描述，如何創新應用光致變色材料使其避免庸俗化是材料應用關鍵?；谀壳皩τ诠庵伦兩牧涎芯楷F狀與智能材料應用“熱”這兩點，通過分析與總結相關經典應用案例深入挖掘其應用方法與途徑，為日后設計人員對光致變色材料設計應用提供一定參考。

一、光致變色材料簡介與國內應用現狀

1.簡介

對光致變色材料準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）照射時材料呈有顏色的顯色狀態，無太陽光（UV光）照射時材料呈無顏色的脫色狀態，根據太陽光進行兩種狀態的可逆顏色變化。

現如今市場上多采用微膠囊化光致變色材料進行設計應用，不同于其他光致變色材料，微膠囊化技術采用各種高分子化合物連續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定性與耐用性。

2.國內應用現狀

（1）服飾與包袋領域

在服飾包袋領域，光致變色材料多是與紡織材料制造技術創新結合的應用方式，其主要應用形式為兩種：1.作為紡織印染染料，在服飾與包袋產品上印染具有個性化的感光變色圖案，并且將常規染料與變色染料相結合做出“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合產出變色紡線并織成光致變色布料以此為原材料來設計具有變色效果的服飾與包袋。前者應用方式較后者更為簡單且制造成本更低，是現如今主要應用手段與呈現形式。

（2）日常消費領域

光致變色材料除了被廣泛應用于服飾包袋類產品設計中，其也被應用于我們日常生活之中，如較為常見的汽車車膜、防曬眼鏡、變色手環飾品、變色指甲油等。光致變色材料的日?；瘧?，以顏色的可變性豐富了我們日常生活，使我們生活更為便利的同時擁有更特別的材料體驗感。以太陽眼鏡為例，其可以根據紫外線照射強度等級進行自我色度調節，從而給予使用者便利。

二、光致變色材料在產品設計中的優勢

材料是創造產品個性影響產品體驗的重要因素，光致變色材料相較于以往傳統材料，它能對太陽光刺激做出顏色效應的變化，打破大家對材料的顏色只是它本身顏色的認識{6}，給人變色前后不一樣的視覺體驗感，賦予產品視覺化個性。在材料功能特性方面，光致變色材料可以對不同程度紫外線光做出不同程度的顏色強度變化，具有一定監測紫外線傳遞信息的效應。當光致變色材料置于產品中被使用者在不同環境（不同強度紫外線）下使用可以產生不同的顯色效應，從而將人置于產品和環境的交互之中，提升互動產品的體驗感。

三、光致變色材料在產品設計中的創新應用方法

1.豐富材料感官特性內涵

現如今市場上大多數對光致變色材料應用多是將光致變色材料印染或注塑于產品之中，使產品起到一定變色視覺差異，提高產品個性化從而吸引消費者購買。這種應用方式只是單純的從材料視覺特性角度出發給予用戶一定感官體驗，這種感官體驗層級是較為淺顯的，并未通過視覺感官體驗引起用戶在使用產品時產生情感共鳴。優秀的產品設計應是在給予用戶良好的感官感知的同時引發用戶關于對產品的思考、喜悅、滿足等情感。

與國內相比，國外設計師對光致變色材料的設計應用多將光致變色材料的變色特性與產品設計理念深深融合在一起，使產品具有趣味性的同時還傳達出設計師所想表達的設計內涵，讓使用者在擁有感官體驗的同時還由此產生一定情感聯系，如2019年以色列設計師Saatchi&Saatchi為Shikun&Binui公司設計的“太陽能印刷”平面廣告以此來促進綠色能源。雜志在無陽光照射時是一個單調的黑白素描，將它們放置陽光下，黑白素描開始呈現出百花盛開的場景并產生一行文字“看看你從中受益多少”。這個設計照應綠色能源太陽能能給予人們“彩色生活”設計理念，用新穎且具有趣味性的手段呼吁人們對綠色能源的支持，并引起人們關于環保的情感聯系與思考。

由此經典案例可以總結出在利用光致變色感光變色的材料視覺特性時，應分析材料與產品之間存在何者聯系。首先，從材料角度出發分析引起材料變色的機制，從而分析與此機制相關的產品;其次，再從產品角度出發挖掘所設計的產品所要傳達的理念;最后，將設計理念與材料的感官特性相結合，根據設計需求具體分析呈現方式。

2.重視材料功能特性，打破常規應用范圍

多數對光致變色材料應用是從視覺感官角度出發對其進行設計應用，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品設計應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.通過對不同等級的紫外線照射的感應產生顏色強度變化，對紫外線具有一定檢測功能。雖然對這兩大功能在太陽眼鏡和防曬服上都有一定應用體現，但是這也在某種程度造成了設計人員思維定式，認為光致變色材料只能在玻璃制品和服裝這兩大范圍中進行應用。

在2013年，Orproject設計公司使用光致變色材料與多邊形透明材料相結合設計出Or2冠層結構，其將光致變色材料兩大功能進行整合思考，在對太陽光線所照射的位置與強度進行描述的同時通過變色起到遮擋陽光的效果。白天冠層結構被陽光照射時，表面產生色彩并在不同照射角度下產生不同效果，成為一個遮陽設備。晚上陽光照射消失時，冠層結構呈半透明白色，成為一個枝形吊燈，散發著白天集成光伏電池所收集的光線。Or2冠層結構在給予人們形式美與感官體驗的同時，也具有一定實用性。

在東京大學所設計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計應用可能，變色雕塑主要由兩部分組成：一是表現部分，其由涂有光敏變色材料圖案的透明板構成;二是光控部分，在需要時提供紫外線光源。當紫外線照射表現部分產生色彩圖案，反之紫外線被遮擋時，彩色圖案重新脫色變為透明。通過改變紫外線的投射方式，可以產生不同圖案{7}。該雕塑利用二維光致變色平面創造出一種三維立體效果。此種設計不僅可以應用展示產品設計中還可以運用于交互設計中，并且其可以從本廣告低成本與可持續顯示技術角度對其設計應用進行思考。

對上述經典案例分析總結得出（如圖7）第二種設計思路，即在運用光致變色材料進行設計時可以對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.監測紫外線傳遞信息;3.感光變色交互性。運用頭腦風暴法對這三種功能所能涉及的產品進行排列，如感光變色交互功能可以運用于戶外顯示裝置廣告牌設計中，提出節能、環保、多角度設計理念等，并結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系、陽光（UV光）照射強度與光致變色材料顯色強度關系，以此確定產品最終的變現形式。

相較于上設計思路一，設計思路二不僅包含了光致變色材料的功能特性還運用到設計思路一中所得出的方法，是更深層級的材料應用設計。

3.重視材料“跨界聯合”應用

2019年具有煉金術士和神秘學家之稱的Lauren Bowker設計了一系列對環境有反應的著色劑和混合物組成的產品，其靈感來自于藥用和美學用途的古老化妝品。在這一系列化妝品中Helio Veil產品結合光致變色材料，當產品噴到皮膚上時形成隱形雀斑，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，創造出一種可以給予陽光親吻的同時也可以保護皮膚設計理念。

根據Lauren Bowker設計，筆者提出關于光致變色材料第三種設計思路（如圖9）：將光致變色材料與其他材料相結合，并通過相關實驗等方式產出“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用的相關產品設計，并對二者進行疊加分析取二者都可涉及到的產品，提出相關設計理念分析具體產品表現形式。

設計思路三相較于前兩個設計思路更具有創新意義，這種設計思路不僅在一定程度上擴大了光致變色材料的應用范圍，還拓展其他材料的材料維度，使其變得更加“智能化”。在產品設計中，材料應用形式應是多種多樣的，設計人員應盡可能嘗試對已有且技術較為完善的新材料進行探索式研究與設計，挖掘光致變色材料與其它材料相結合的可能性，拓寬與豐富材料維度的同時并對產出的新材料進行創新的設計應用。

結語

智能材料“熱”是未來材料在產品設計應用的一大趨勢，光致變色材料作為智能材料中具有良好潛力的材料之一，設計人員應積極抓住這一趨勢挖掘材料潛力，創新材料跨界聯合，豐富材料感官內涵，提高材料應用的功能性，拓寬光致變色材料應用領域，設計更多具有智能維度的產品。

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展設計中的運用[J].藝術科技，2017（2）.

{3}黃麗萍，周捷.基于光致變色材料的運動文胸設計與應用[J].紡織科技進展，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.