光致变色材料在产品设计中的运用

臧凤锐

摘 要：本文通过光致变色材料在产品设计案例分析与总结，意在为设计人员在探索与应用光致变色材料时提供一定参考的途径与方法，以此来促进设计人员对光致变色材料积极应用。从产品设计角度出发对光致变色材料在产品设计中经典应用案例进行分析与总结。结合对经典案例进行分析与总结，将光致变色材料在产品设计中的应用划分为三种设计思路，并且这三种设计思路是呈层层递进关系。三种光致变色材料设计思路可为设计人员在对光致变色材料设计应用时提供一定参考，并且在一定程度上防止材料应用创新庸俗化。

关键词：智能材料 材料应用 光致变色材料 产品設计 案例分析

智能化是当今社会发展的一大趋势，而智能材料的应用与设计是实现智能化的重要组成部分。智能材料最早发迹于航空航天领域，但随着技术的不断进步智能材料的应用已经不仅限于与机器人技术、电子技术和生物制造技术等技术相交织应用于高科技领域，智能材料开始被应用于日常生活中，给产品带来新的设计维度的同时给予用户不一样的体验。

在智能材料中人们通常把对太阳光刺激作用下产生可见的光学性质变化，并发生相应色彩变化的材料称为光致变色材料{1}，因其具有对周围环境产生色彩响应的特点又被许多人称为“变色龙材料”。在光致变色材料的相关研究中多是从材料的制备技术与工艺角度出发对材料进行探讨。虽然近几年来一些设计人员也从会展设计角度{2}、服饰设计角度{3}以及建筑设计角度对光致变色材料的应用进行相关设计探索，但在这些探索中主要探讨的是如何利用光致变色材料变色效果来提升产品个性，关于显色智能材料如何更好地转化为产品这一重要环节少有描述，如何创新应用光致变色材料使其避免庸俗化是材料应用关键。基于目前对于光致变色材料研究现状与智能材料应用“热”这两点，通过分析与总结相关经典应用案例深入挖掘其应用方法与途径，为日后设计人员对光致变色材料设计应用提供一定参考。

一、光致变色材料简介与国内应用现状

1.简介

对光致变色材料准确的定义是电磁辐射在一种或两种方向上，引起具有不同吸收光谱化合物的两种形式之间的可逆变换{4}，即有太阳光（UV光）照射时材料呈有颜色的显色状态，无太阳光（UV光）照射时材料呈无颜色的脱色状态，根据太阳光进行两种状态的可逆颜色变化。

现如今市场上多采用微胶囊化光致变色材料进行设计应用，不同于其他光致变色材料，微胶囊化技术采用各种高分子化合物连续薄膜将光致变色分子完全包裹起来{5}，使光致变色材料具有更好的稳定性与耐用性。

2.国内应用现状

（1）服饰与包袋领域

在服饰包袋领域，光致变色材料多是与纺织材料制造技术创新结合的应用方式，其主要应用形式为两种：1.作为纺织印染染料，在服饰与包袋产品上印染具有个性化的感光变色图案，并且将常规染料与变色染料相结合做出“白描”与“上色”两种视觉效果;2.将光致变色材料与纺织材料纤维相结合产出变色纺线并织成光致变色布料以此为原材料来设计具有变色效果的服饰与包袋。前者应用方式较后者更为简单且制造成本更低，是现如今主要应用手段与呈现形式。

（2）日常消费领域

光致变色材料除了被广泛应用于服饰包袋类产品设计中，其也被应用于我们日常生活之中，如较为常见的汽车车膜、防晒眼镜、变色手环饰品、变色指甲油等。光致变色材料的日常化应用，以颜色的可变性丰富了我们日常生活，使我们生活更为便利的同时拥有更特别的材料体验感。以太阳眼镜为例，其可以根据紫外线照射强度等级进行自我色度调节，从而给予使用者便利。

二、光致变色材料在产品设计中的优势

材料是创造产品个性影响产品体验的重要因素，光致变色材料相较于以往传统材料，它能对太阳光刺激做出颜色效应的变化，打破大家对材料的颜色只是它本身颜色的认识{6}，给人变色前后不一样的视觉体验感，赋予产品视觉化个性。在材料功能特性方面，光致变色材料可以对不同程度紫外线光做出不同程度的颜色强度变化，具有一定监测紫外线传递信息的效应。当光致变色材料置于产品中被使用者在不同环境（不同强度紫外线）下使用可以产生不同的显色效应，从而将人置于产品和环境的交互之中，提升互动产品的体验感。

三、光致变色材料在产品设计中的创新应用方法

1.丰富材料感官特性内涵

现如今市场上大多数对光致变色材料应用多是将光致变色材料印染或注塑于产品之中，使产品起到一定变色视觉差异，提高产品个性化从而吸引消费者购买。这种应用方式只是单纯的从材料视觉特性角度出发给予用户一定感官体验，这种感官体验层级是较为浅显的，并未通过视觉感官体验引起用户在使用产品时产生情感共鸣。优秀的产品设计应是在给予用户良好的感官感知的同时引发用户关于对产品的思考、喜悦、满足等情感。

与国内相比，国外设计师对光致变色材料的设计应用多将光致变色材料的变色特性与产品设计理念深深融合在一起，使产品具有趣味性的同时还传达出设计师所想表达的设计内涵，让使用者在拥有感官体验的同时还由此产生一定情感联系，如2019年以色列设计师Saatchi&Saatchi为Shikun&Binui公司设计的“太阳能印刷”平面广告以此来促进绿色能源。杂志在无阳光照射时是一个单调的黑白素描，将它们放置阳光下，黑白素描开始呈现出百花盛开的场景并产生一行文字“看看你从中受益多少”。这个设计照应绿色能源太阳能能给予人们“彩色生活”设计理念，用新颖且具有趣味性的手段呼吁人们对绿色能源的支持，并引起人们关于环保的情感联系与思考。

由此经典案例可以总结出在利用光致变色感光变色的材料视觉特性时，应分析材料与产品之间存在何者联系。首先，从材料角度出发分析引起材料变色的机制，从而分析与此机制相关的产品;其次，再从产品角度出发挖掘所设计的产品所要传达的理念;最后，将设计理念与材料的感官特性相结合，根据设计需求具体分析呈现方式。

2.重视材料功能特性，打破常规应用范围

多数对光致变色材料应用是从视觉感官角度出发对其进行设计应用，忽视了光致变色材料变色所带来的功能性。光致变色材料功能性在产品设计应用可以从两方面入手：1.通过光致变色感光可以使材料从无色到有色的材料特性，起到一定遮挡阳光的功能;2.通过对不同等级的紫外线照射的感应产生颜色强度变化，对紫外线具有一定检测功能。虽然对这两大功能在太阳眼镜和防晒服上都有一定应用体现，但是这也在某种程度造成了设计人员思维定式，认为光致变色材料只能在玻璃制品和服装这两大范围中进行应用。

在2013年，Orproject设计公司使用光致变色材料与多边形透明材料相结合设计出Or2冠层结构，其将光致变色材料两大功能进行整合思考，在对太阳光线所照射的位置与强度进行描述的同时通过变色起到遮挡阳光的效果。白天冠层结构被阳光照射时，表面产生色彩并在不同照射角度下产生不同效果，成为一个遮阳设备。晚上阳光照射消失时，冠层结构呈半透明白色，成为一个枝形吊灯，散发着白天集成光伏电池所收集的光线。Or2冠层结构在给予人们形式美与感官体验的同时，也具有一定实用性。

在东京大学所设计的光致雕塑从另一种角度给人们展示了光致变色材料的设计应用可能，变色雕塑主要由两部分组成：一是表现部分，其由涂有光敏变色材料图案的透明板构成;二是光控部分，在需要时提供紫外线光源。当紫外线照射表现部分产生色彩图案，反之紫外线被遮挡时，彩色图案重新脱色变为透明。通过改变紫外线的投射方式，可以产生不同图案{7}。该雕塑利用二维光致变色平面创造出一种三维立体效果。此种设计不仅可以应用展示产品设计中还可以运用于交互设计中，并且其可以从本广告低成本与可持续显示技术角度对其设计应用进行思考。

对上述经典案例分析总结得出（如图7）第二种设计思路，即在运用光致变色材料进行设计时可以对光致变色材料变色所带来的功能性归纳为三种功能：1.遮挡阳光;2.监测紫外线传递信息;3.感光变色交互性。运用头脑风暴法对这三种功能所能涉及的产品进行排列，如感光变色交互功能可以运用于户外显示装置广告牌设计中，提出节能、环保、多角度设计理念等，并结合材料感官特性具体分析一天中阳光照射角度与广告牌的位置关系、阳光（UV光）照射强度与光致变色材料显色强度关系，以此确定产品最终的变现形式。

相较于上设计思路一，设计思路二不仅包含了光致变色材料的功能特性还运用到设计思路一中所得出的方法，是更深层级的材料应用设计。

3.重视材料“跨界联合”应用

2019年具有炼金术士和神秘学家之称的Lauren Bowker设计了一系列对环境有反应的着色剂和混合物组成的产品，其灵感来自于药用和美学用途的古老化妆品。在这一系列化妆品中Helio Veil产品结合光致变色材料，当产品喷到皮肤上时形成隐形雀斑，在阳光下改变颜色提供自然的阳光亲吻外观，给人以回归自然，自然亲近的感觉，创造出一种可以给予阳光亲吻的同时也可以保护皮肤设计理念。

根据Lauren Bowker设计，笔者提出关于光致变色材料第三种设计思路（如图9）：将光致变色材料与其他材料相结合，并通过相关实验等方式产出“新材料”具体分析“新材料”的感官特性与功能特性并分别提出其可被应用的相关产品设计，并对二者进行叠加分析取二者都可涉及到的产品，提出相关设计理念分析具体产品表现形式。

设计思路三相较于前两个设计思路更具有创新意义，这种设计思路不仅在一定程度上扩大了光致变色材料的应用范围，还拓展其他材料的材料维度，使其变得更加“智能化”。在产品设计中，材料应用形式应是多种多样的，设计人员应尽可能尝试对已有且技术较为完善的新材料进行探索式研究与设计，挖掘光致变色材料与其它材料相结合的可能性，拓宽与丰富材料维度的同时并对产出的新材料进行创新的设计应用。

结语

智能材料“热”是未来材料在产品设计应用的一大趋势，光致变色材料作为智能材料中具有良好潜力的材料之一，设计人员应积极抓住这一趋势挖掘材料潜力，创新材料跨界联合，丰富材料感官内涵，提高材料应用的功能性，拓宽光致变色材料应用领域，设计更多具有智能维度的产品。

注释：

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

{2}徐博.淺析光致变色材料在会展设计中的运用[J].艺术科技，2017（2）.

{3}黄丽萍，周捷.基于光致变色材料的运动文胸设计与应用[J].纺织科技进展，2018（7）：50-55.

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

{5}邢颖，李文骁.光致变色防伪材料研究进展[J].染料与颜料，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.