光致變色材料在服裝染織設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用與實(shí)踐

吳妍妍 王 利 翁郁婷 袁春睿 韓柳倩 張曉寧

光致變色材料是近年來(lái)國(guó)際上出現(xiàn)的一類新型功能性材料，它不僅已應(yīng)用于高科技領(lǐng)域，目前也逐漸朝著民用領(lǐng)域發(fā)展。目前，我國(guó)這種新型變色材料更多地被應(yīng)用在國(guó)防、軍事領(lǐng)域。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)這種材料的關(guān)注與開(kāi)發(fā)，光致變色材料不僅局限于原有的應(yīng)用領(lǐng)域，也逐漸向信息產(chǎn)業(yè)、服裝紡織、塑料制品、裝飾材料、旅游用品、防偽制品等領(lǐng)域發(fā)展。由此，光致變色材料與其他行業(yè)材料的綜合性應(yīng)用研究就變得非常重要。由于這種新型光致變色材料之前在民用領(lǐng)域的應(yīng)用型研究基本處在空白階段，因此光致變色材料作為一種新型的變色材料，在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用相對(duì)空白。同時(shí)，縱觀近年國(guó)內(nèi)外服裝染織行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，新型材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)成為行業(yè)探索的新方向。

一、光致變色材料的特性及變色原理

光致變色材料是通過(guò)紫外線照射使材料原有色彩變化的介質(zhì)性材料。光致變色現(xiàn)象是指某些化合物受到一定波長(zhǎng)的光照射時(shí)，可進(jìn)行特定的化學(xué)反應(yīng)，獲得產(chǎn)出物。由于結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致其吸收光譜發(fā)生明顯變化。而在另一波長(zhǎng)光照射或熱作用下，又能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。也就是光致變色物質(zhì)A在常溫下初始態(tài)，吸收能量為hv1的光子后變化到亞穩(wěn)態(tài)的B。在光子能量為hv2的光照下，狀態(tài)B通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)返回到狀態(tài)A。或者，去掉光照后，在室溫或加熱時(shí)，也能從狀態(tài)B熱弛豫返回狀態(tài)A。通常，光化學(xué)反應(yīng)速率很快而熱弛豫速率相對(duì)比較慢。通過(guò)分子設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)不同弛豫時(shí)間的雙穩(wěn)態(tài)。（圖1）

圖1 光致變色材料變色原理

二、光致變色材料在服裝與服飾產(chǎn)品中的應(yīng)用

目前，光致變色材料通過(guò)與普通服裝紡織行業(yè)的染料與印染技術(shù)相結(jié)合，可以初步應(yīng)用于服染織領(lǐng)域中。例如，服裝、服裝配飾、服飾衍生品。

1.場(chǎng)景化產(chǎn)品

光致變色材料由于其需要陽(yáng)光照射來(lái)改變產(chǎn)品色彩，因此適用于經(jīng)常可以跟隨人或移動(dòng)物體在陽(yáng)光充足和無(wú)陽(yáng)光的場(chǎng)景中不斷轉(zhuǎn)換的產(chǎn)品。基于這種特征光致變色材料更適合與帶有場(chǎng)景化的服裝與服飾品相結(jié)合。例如，光照充足的沙灘服飾產(chǎn)品（沙灘鞋、沙灘裝等），再如光照充足的夏季服飾品（T恤、遮陽(yáng)帽、遮陽(yáng)傘等）。借助特殊場(chǎng)景以及特殊季節(jié)的光照特質(zhì)，可以更好地凸顯光致變色材料的特性，從而凸顯出變色服飾品與普通服飾品的不同，很好地彰顯變色服飾品的特色（圖2、3）。

圖2 變色T恤局部變色效果演示

2.配飾類女性消費(fèi)產(chǎn)品

借助女性消費(fèi)者對(duì)服裝配飾、配件的特別需求，可以將光致變色材料應(yīng)用在一般女性消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域。例如，指甲油、頭飾、絲襪等。在這些女性消費(fèi)者常見(jiàn)的產(chǎn)品中融入變色元素，可以有效地改變?cè)型惍a(chǎn)品的屬性，使之成為新的創(chuàng)新型女性消費(fèi)產(chǎn)品（圖4）。

圖4 變色指甲油

3.功能性產(chǎn)品

光致變色材料的變色原理是持續(xù)吸收紫外線能量后發(fā)生化學(xué)鍵斷裂導(dǎo)致吸收波長(zhǎng)變化從而體現(xiàn)顏色變化，如若沒(méi)有紫外線能量則反應(yīng)終止而回到變色前顏色。這種光致變色材料對(duì)紫外線吸收率可達(dá)到75%以上，對(duì)紫外線反應(yīng)率優(yōu)于絕大多數(shù)防曬產(chǎn)品。基于這種材料對(duì)紫外線的敏感特性，可以應(yīng)用于功能性戶外產(chǎn)品以及防曬產(chǎn)品領(lǐng)域。例如，將光致變色材料與防曬衣、皮膚衣的設(shè)計(jì)結(jié)合，可以起到及時(shí)顯示紫外線強(qiáng)度的功能。同樣的方法也可以應(yīng)用在戶外服飾品以及防曬霜、太陽(yáng)傘等產(chǎn)品中。同時(shí)，光致變色材料還有在變色時(shí)紫外線強(qiáng)度越強(qiáng)顏色越深、紫外線輻射量與顏色色號(hào)呈線性關(guān)系的特性。因此，可以通過(guò)顏色變化直觀顯示紫外線強(qiáng)度，開(kāi)發(fā)紫外線可視化產(chǎn)品，如可應(yīng)用在服飾配件上的紫外顯示卡片、紫外顯示手環(huán)、紫外顯示貼片等。

4.旅游衍生品以及文創(chuàng)產(chǎn)品

目前，隨著人們生活水平的提高和生活方式的改變，人們對(duì)旅游衍生產(chǎn)品以及服飾類文創(chuàng)產(chǎn)品的需求逐漸增加。將光致變色材料應(yīng)用在旅游類以及文創(chuàng)類產(chǎn)品領(lǐng)域，可以較好地提高產(chǎn)品的創(chuàng)意性。利用變色材料在陽(yáng)光照射前后產(chǎn)生的差異，可以為旅游衍生品和文創(chuàng)產(chǎn)品提供差異化的創(chuàng)意方案，并結(jié)合創(chuàng)意設(shè)計(jì)使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)“微動(dòng)畫(huà)”的效果，從而提升衍生品及創(chuàng)意產(chǎn)品的附加值，另外，光致變色材料還可以為衍生產(chǎn)品及文創(chuàng)產(chǎn)品增加防偽功能，保護(hù)創(chuàng)意產(chǎn)品的唯一性（圖5、6、7、8）。

圖5 變色T恤

5.特殊年齡服飾產(chǎn)品

光致變色產(chǎn)品由于其光照前后色彩的變化，增強(qiáng)了產(chǎn)品的趣味性，非常適合應(yīng)用在對(duì)趣味性要求較高的兒童服飾品領(lǐng)域。例如，書(shū)包、學(xué)生服裝等。同時(shí)，還可以延展到親子服飾用品領(lǐng)域。

三、構(gòu)建光致變色材料應(yīng)用色彩管理體系

目前，光致變色材料已經(jīng)與印染技術(shù)結(jié)合初步應(yīng)用在服裝、織物印染領(lǐng)域。隨著光致變色材料進(jìn)一步應(yīng)用實(shí)踐的展開(kāi)，將逐步與紡織紗線相結(jié)合，從而形成服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域的新材料。由于變色材料將產(chǎn)品原有色彩改變?yōu)榱硪环N色彩，因此，在利用這種新型材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)就需要一套新的色彩體系與色彩模型，從而可以準(zhǔn)確有效地保證變色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)用。服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域中原有的色彩體系已經(jīng)不足以滿足變色產(chǎn)品對(duì)傳統(tǒng)色彩體系的使用需求，缺乏變色前后色彩面貌的對(duì)應(yīng)性參考。因此，新型光致變色材料的色彩管理體系以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建也是新型材料更好地應(yīng)用于服裝染織領(lǐng)域的關(guān)鍵。目前，這類的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)、國(guó)際還是一個(gè)空白，所以，新標(biāo)準(zhǔn)的確立對(duì)于服裝、服飾、家用紡織品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，以及設(shè)計(jì)效果的豐富和延展有著非常深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義（圖9）。

圖3 變色沙灘鞋變色效果演示

圖6 變色帽子

圖7 變色帆布包

圖8 變色鑰匙墜

圖9 對(duì)應(yīng)色卡

1.無(wú)色變有色色彩體系

無(wú)色變有色色彩體系是指將原來(lái)無(wú)色的產(chǎn)品變?yōu)橛猩a(chǎn)品的色彩標(biāo)準(zhǔn)和模型。首先，利用涂料原漿與可變色材料（變色粉）進(jìn)行結(jié)合，形成各變色材料的色彩明度的梯次變化，形成標(biāo)準(zhǔn)體系的縱向變化。同時(shí)，組織變色材料的種類、數(shù)量并按色彩排列原理進(jìn)行必要的排序（赤、橙、黃、綠等）。建立出個(gè)體的變色材料與原漿材料結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)色，形成標(biāo)準(zhǔn)可變色原色，體現(xiàn)各色變色材料與原漿材料結(jié)合的最大極限與最終效果。在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)變色原色的明度變化。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)變色原色的準(zhǔn)確數(shù)值，進(jìn)行回復(fù)式（0或1）的計(jì)算，形成等量的原色與原始數(shù)據(jù)之間的梯度數(shù)值。最后對(duì)各新色進(jìn)行直觀比對(duì)，確立每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可變?cè)c原漿之間的不同梯度的準(zhǔn)確數(shù)量（最好達(dá)到每個(gè)原漿與標(biāo)準(zhǔn)可變?cè)g梯度適量的一致）。根據(jù)直觀的變化進(jìn)行必要的微調(diào)，形成整體明度梯度變化的效果。

2.有色變有色色彩體系

有色變有色色彩體系是指將原來(lái)有色的產(chǎn)品變?yōu)榕c原色產(chǎn)品不同的色彩標(biāo)準(zhǔn)和模型。此色彩體系由兩個(gè)不同的部分組成。第一個(gè)部分是建立各標(biāo)準(zhǔn)可變色原色之間的梯度變化，形成第三個(gè)變色衍生色。第二個(gè)部分是建立標(biāo)準(zhǔn)可變色原色所形成的不同明度色之間的衍生色。

第一部分色彩模型的建立首先根據(jù)簡(jiǎn)單色相環(huán)的原理，以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可變?cè)珵榛A(chǔ)，確立兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可變色原色的基色（極色）。并以兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變色原色各50%的數(shù)值關(guān)系，配出兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變色原色的標(biāo)準(zhǔn)中間色（第三色），作為下一步配比試驗(yàn)的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。再以50%的數(shù)值加50%的數(shù)值的中間色（第三色）作為基礎(chǔ)，分別向兩極伸延，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的梯度數(shù)量（也可以用相同的方法實(shí)驗(yàn)配置出新的中間值［色］，并以此類推）。完成相應(yīng)梯度具體數(shù)值的計(jì)算，形成理論層面的相等遞進(jìn)關(guān)系，并根據(jù)不同梯度的具體數(shù)值調(diào)和出不同梯度的色彩（新的第三色）。最后形成標(biāo)準(zhǔn)可變色原色所形成的不同明度色之間的衍生色（第三色）。

第二部分的色彩模型主要依據(jù)色彩原理中鄰近色的模式完成兩個(gè)（基本）鄰近色之間的調(diào)配實(shí)驗(yàn)，構(gòu)成鄰近色的變化體系。同時(shí)，利用單個(gè)基本變色原色所形成的不同明度色，和臨近色彩的選擇，進(jìn)行兩個(gè)臨近變色色漿的配置實(shí)驗(yàn)，模型建立方法和第一部分的方法相一致（圖10）。

圖10 中間色彩度推移實(shí)驗(yàn)

四、光致變色材料在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的前景與發(fā)展趨勢(shì)

1.探求設(shè)計(jì)的新材料和新的表現(xiàn)效果

光致變色材料與用于紡織產(chǎn)品印花染色的化工染料相結(jié)合，以及與服裝紡織品紗線材料相結(jié)合，形成新的紡織品及印花材料體系，豐富現(xiàn)有服裝染織品的種類及設(shè)計(jì)應(yīng)用的效果。為服裝、服飾產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供色彩構(gòu)成方面更為便利的使用條件和更為豐富的視覺(jué)效果變化（圖11）。

圖11 變色服裝面料變色前后效果實(shí)踐

光致變色材料在初步與印染材料結(jié)合的應(yīng)用實(shí)踐基礎(chǔ)上，逐步向服裝與服飾織物領(lǐng)域延伸。將變色材料與紗線結(jié)合，研發(fā)出變色的梭織、針織面料。將這種新材料應(yīng)用于服裝服飾設(shè)計(jì)領(lǐng)域作為服裝面料使用，便可設(shè)計(jì)出整體變色的服飾產(chǎn)品。也可以將變色紗線與刺繡等技術(shù)結(jié)合應(yīng)用在服裝與服飾產(chǎn)品的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中，便可實(shí)現(xiàn)服飾產(chǎn)品中局部的立體變色效果。隨著光致變色材料在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用中不同維度、廣度的逐步深化，可以預(yù)見(jiàn)光致變色材料未來(lái)的更廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，光致變色材料也可以成就服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中新的表現(xiàn)效果的實(shí)現(xiàn)。

2.構(gòu)建新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（新材料的色卡體系）

隨著新型光致變色材料在民用領(lǐng)域應(yīng)用逐漸廣泛，服裝染織產(chǎn)品領(lǐng)域以及文創(chuàng)產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)一種新的產(chǎn)品類別。利用新型的變色材料進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)也將逐漸成為服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新的發(fā)展方向。由于光致變色材料是一種嶄新的科技材料，因此整個(gè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域與其相關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)用參照標(biāo)準(zhǔn)和針對(duì)設(shè)計(jì)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。根據(jù)新的變色材料的特性構(gòu)建新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將是未來(lái)變色材料應(yīng)用在服裝染織產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域最重要的基礎(chǔ)。而基于普通色彩應(yīng)用系統(tǒng)建立的光致變色材料色彩（色卡）體系將是變色產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展的必要條件。這也是變色材料應(yīng)用在民用領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。