光致变色材料在服装染织设计领域中的应用与实践

吴妍妍 王 利 翁郁婷 袁春睿 韩柳倩 张晓宁

光致变色材料是近年来国际上出现的一类新型功能性材料，它不仅已应用于高科技领域，目前也逐渐朝着民用领域发展。目前，我国这种新型变色材料更多地被应用在国防、军事领域。随着国内外对这种材料的关注与开发，光致变色材料不仅局限于原有的应用领域，也逐渐向信息产业、服装纺织、塑料制品、装饰材料、旅游用品、防伪制品等领域发展。由此，光致变色材料与其他行业材料的综合性应用研究就变得非常重要。由于这种新型光致变色材料之前在民用领域的应用型研究基本处在空白阶段，因此光致变色材料作为一种新型的变色材料，在服装染织产品设计领域中的应用相对空白。同时，纵观近年国内外服装染织行业的发展趋势，新型材料的开发与应用已经成为行业探索的新方向。

一、光致变色材料的特性及变色原理

光致变色材料是通过紫外线照射使材料原有色彩变化的介质性材料。光致变色现象是指某些化合物受到一定波长的光照射时，可进行特定的化学反应，获得产出物。由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显变化。而在另一波长光照射或热作用下，又能恢复到原来的状态。也就是光致变色物质A在常温下初始态，吸收能量为hv1的光子后变化到亚稳态的B。在光子能量为hv2的光照下，状态B通过光化学反应返回到状态A。或者，去掉光照后，在室温或加热时，也能从状态B热弛豫返回状态A。通常，光化学反应速率很快而热弛豫速率相对比较慢。通过分子设计可以实现不同弛豫时间的双稳态。（图1）

图1 光致变色材料变色原理

二、光致变色材料在服装与服饰产品中的应用

目前，光致变色材料通过与普通服装纺织行业的染料与印染技术相结合，可以初步应用于服染织领域中。例如，服装、服装配饰、服饰衍生品。

1.场景化产品

光致变色材料由于其需要阳光照射来改变产品色彩，因此适用于经常可以跟随人或移动物体在阳光充足和无阳光的场景中不断转换的产品。基于这种特征光致变色材料更适合与带有场景化的服装与服饰品相结合。例如，光照充足的沙滩服饰产品（沙滩鞋、沙滩装等），再如光照充足的夏季服饰品（T恤、遮阳帽、遮阳伞等）。借助特殊场景以及特殊季节的光照特质，可以更好地凸显光致变色材料的特性，从而凸显出变色服饰品与普通服饰品的不同，很好地彰显变色服饰品的特色（图2、3）。

图2 变色T恤局部变色效果演示

2.配饰类女性消费产品

借助女性消费者对服装配饰、配件的特别需求，可以将光致变色材料应用在一般女性消费产品领域。例如，指甲油、头饰、丝袜等。在这些女性消费者常见的产品中融入变色元素，可以有效地改变原有同类产品的属性，使之成为新的创新型女性消费产品（图4）。

图4 变色指甲油

3.功能性产品

光致变色材料的变色原理是持续吸收紫外线能量后发生化学键断裂导致吸收波长变化从而体现颜色变化，如若没有紫外线能量则反应终止而回到变色前颜色。这种光致变色材料对紫外线吸收率可达到75%以上，对紫外线反应率优于绝大多数防晒产品。基于这种材料对紫外线的敏感特性，可以应用于功能性户外产品以及防晒产品领域。例如，将光致变色材料与防晒衣、皮肤衣的设计结合，可以起到及时显示紫外线强度的功能。同样的方法也可以应用在户外服饰品以及防晒霜、太阳伞等产品中。同时，光致变色材料还有在变色时紫外线强度越强颜色越深、紫外线辐射量与颜色色号呈线性关系的特性。因此，可以通过颜色变化直观显示紫外线强度，开发紫外线可视化产品，如可应用在服饰配件上的紫外显示卡片、紫外显示手环、紫外显示贴片等。

4.旅游衍生品以及文创产品

目前，随着人们生活水平的提高和生活方式的改变，人们对旅游衍生产品以及服饰类文创产品的需求逐渐增加。将光致变色材料应用在旅游类以及文创类产品领域，可以较好地提高产品的创意性。利用变色材料在阳光照射前后产生的差异，可以为旅游衍生品和文创产品提供差异化的创意方案，并结合创意设计使产品实现“微动画”的效果，从而提升衍生品及创意产品的附加值，另外，光致变色材料还可以为衍生产品及文创产品增加防伪功能，保护创意产品的唯一性（图5、6、7、8）。

图5 变色T恤

5.特殊年龄服饰产品

光致变色产品由于其光照前后色彩的变化，增强了产品的趣味性，非常适合应用在对趣味性要求较高的儿童服饰品领域。例如，书包、学生服装等。同时，还可以延展到亲子服饰用品领域。

三、构建光致变色材料应用色彩管理体系

目前，光致变色材料已经与印染技术结合初步应用在服装、织物印染领域。随着光致变色材料进一步应用实践的展开，将逐步与纺织纱线相结合，从而形成服装染织产品设计应用领域的新材料。由于变色材料将产品原有色彩改变为另一种色彩，因此，在利用这种新型材料的设计应用时就需要一套新的色彩体系与色彩模型，从而可以准确有效地保证变色产品的设计应用。服装染织产品设计应用领域中原有的色彩体系已经不足以满足变色产品对传统色彩体系的使用需求，缺乏变色前后色彩面貌的对应性参考。因此，新型光致变色材料的色彩管理体系以及应用标准的构建也是新型材料更好地应用于服装染织领域的关键。目前，这类的应用标准在国内、国际还是一个空白，所以，新标准的确立对于服装、服饰、家用纺织品的设计与开发，以及设计效果的丰富和延展有着非常深远的现实意义（图9）。

图3 变色沙滩鞋变色效果演示

图6 变色帽子

图7 变色帆布包

图8 变色钥匙坠

图9 对应色卡

1.无色变有色色彩体系

无色变有色色彩体系是指将原来无色的产品变为有色产品的色彩标准和模型。首先，利用涂料原浆与可变色材料（变色粉）进行结合，形成各变色材料的色彩明度的梯次变化，形成标准体系的纵向变化。同时，组织变色材料的种类、数量并按色彩排列原理进行必要的排序（赤、橙、黄、绿等）。建立出个体的变色材料与原浆材料结合的标准色，形成标准可变色原色，体现各色变色材料与原浆材料结合的最大极限与最终效果。在此基础上推导出标准变色原色的明度变化。根据标准变色原色的准确数值，进行回复式（0或1）的计算，形成等量的原色与原始数据之间的梯度数值。最后对各新色进行直观比对，确立每个标准可变原色与原浆之间的不同梯度的准确数量（最好达到每个原浆与标准可变原色之间梯度适量的一致）。根据直观的变化进行必要的微调，形成整体明度梯度变化的效果。

2.有色变有色色彩体系

有色变有色色彩体系是指将原来有色的产品变为与原色产品不同的色彩标准和模型。此色彩体系由两个不同的部分组成。第一个部分是建立各标准可变色原色之间的梯度变化，形成第三个变色衍生色。第二个部分是建立标准可变色原色所形成的不同明度色之间的衍生色。

第一部分色彩模型的建立首先根据简单色相环的原理，以现有标准可变原色为基础，确立两个标准可变色原色的基色（极色）。并以两个标准变色原色各50%的数值关系，配出两个标准变色原色的标准中间色（第三色），作为下一步配比试验的基础标准。再以50%的数值加50%的数值的中间色（第三色）作为基础，分别向两极伸延，设计出相应的梯度数量（也可以用相同的方法实验配置出新的中间值［色］，并以此类推）。完成相应梯度具体数值的计算，形成理论层面的相等递进关系，并根据不同梯度的具体数值调和出不同梯度的色彩（新的第三色）。最后形成标准可变色原色所形成的不同明度色之间的衍生色（第三色）。

第二部分的色彩模型主要依据色彩原理中邻近色的模式完成两个（基本）邻近色之间的调配实验，构成邻近色的变化体系。同时，利用单个基本变色原色所形成的不同明度色，和临近色彩的选择，进行两个临近变色色浆的配置实验，模型建立方法和第一部分的方法相一致（图10）。

图10 中间色彩度推移实验

四、光致变色材料在服装染织产品设计领域应用的前景与发展趋势

1.探求设计的新材料和新的表现效果

光致变色材料与用于纺织产品印花染色的化工染料相结合，以及与服装纺织品纱线材料相结合，形成新的纺织品及印花材料体系，丰富现有服装染织品的种类及设计应用的效果。为服装、服饰产品设计提供色彩构成方面更为便利的使用条件和更为丰富的视觉效果变化（图11）。

图11 变色服装面料变色前后效果实践

光致变色材料在初步与印染材料结合的应用实践基础上，逐步向服装与服饰织物领域延伸。将变色材料与纱线结合，研发出变色的梭织、针织面料。将这种新材料应用于服装服饰设计领域作为服装面料使用，便可设计出整体变色的服饰产品。也可以将变色纱线与刺绣等技术结合应用在服装与服饰产品的细节设计中，便可实现服饰产品中局部的立体变色效果。随着光致变色材料在服装染织产品设计领域应用中不同维度、广度的逐步深化，可以预见光致变色材料未来的更广阔的发展空间。同时，光致变色材料也可以成就服装染织产品设计领域中新的表现效果的实现。

2.构建新的行业标准（新材料的色卡体系）

随着新型光致变色材料在民用领域应用逐渐广泛，服装染织产品领域以及文创产品领域将会出现一种新的产品类别。利用新型的变色材料进行新产品的研发与设计也将逐渐成为服装染织产品设计的新的发展方向。由于光致变色材料是一种崭新的科技材料，因此整个设计领域与其相关的设计应用参照标准和针对设计的相关行业标准尚未建立。根据新的变色材料的特性构建新的行业标准将是未来变色材料应用在服装染织产品设计领域最重要的基础。而基于普通色彩应用系统建立的光致变色材料色彩（色卡）体系将是变色产品未来发展的必要条件。这也是变色材料应用在民用领域的未来发展趋势。