(華南理工大學(xué) 廣東 廣州 510000)

一、緒論

(一)設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)

(二)設(shè)計(jì)目標(biāo)

(1)明確適合人體飲用的水的溫度范圍；

(2)了解感溫變色材料的變色特性；

(3)了解市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品；

(4)為保溫杯設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便的溫度提醒方式。

二、市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品分析

(一)物理變色水杯

圖1所示為塑料感溫變色水杯，左側(cè)的水杯是放入常溫水或者未倒入水時(shí)的狀態(tài)，右側(cè)的水杯是倒入一半熱水之后的狀態(tài)。倒入熱水后，塑料外殼內(nèi)深色涂層的顏色褪去，露出下面的圖案。

圖1 塑料感溫變色水杯

圖2 陶瓷感溫變色馬克杯

圖2所示為陶瓷材質(zhì)的感溫變色馬克杯，在倒入熱的液體后，其表面圖案有較大變化。

上述兩款依靠產(chǎn)品材質(zhì)本身的感溫變色特性的水杯，在倒入熱水后，表面顏色出現(xiàn)較大變化，能夠?qū)κ褂谜哂幸欢ǖ奶嵝炎饔?。并且這種感溫變色是由于材料本身性質(zhì)產(chǎn)生的，產(chǎn)品的成本也較低。但產(chǎn)品偏重于趣味性，并不能讓使用者很清楚地了解水溫是否適合飲用。

心理壓力又稱心理應(yīng)激、心理緊張，是個(gè)體在生活適應(yīng)過程中的一種身心緊張狀態(tài)。由環(huán)境要求和自身應(yīng)對(duì)能力不平衡而產(chǎn)生，這種緊張狀態(tài)傾向于通過非特異的心理和生理反應(yīng)表現(xiàn)出來。它是個(gè)體“察覺”到環(huán)境刺激對(duì)生理、心理和社會(huì)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)過重時(shí)出現(xiàn)的整體現(xiàn)象所引起的反應(yīng)[1]。

(二)電子感溫水杯

如圖3所示，這款感溫水杯在下方可以直接顯示水溫，在上方愛心形狀處可以顯示出三種顏色，分別對(duì)應(yīng)不同范圍的水溫。

圖3 電子感溫水杯一

圖4 電子感溫水杯二

圖4所示的這款感溫水杯在開啟處設(shè)置有LED燈，可以顯示三種顏色，對(duì)應(yīng)不同的水溫范圍。顯示紅色時(shí)，代表水溫高于55℃；顯示綠色時(shí)，代表水溫介于55℃與28℃之間，說明水的溫度是在可以放心飲用的范圍內(nèi)的；顯示藍(lán)色時(shí)，代表水溫低于28℃。

這兩款感溫水杯通過電子元件感溫，并通過顏色、數(shù)字等方式直觀地提醒消費(fèi)者水溫是在適合飲用的范圍內(nèi)的。但由于其感溫是通過電子元件實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)品的價(jià)格也較高。

三、方案設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)定位

(1)目標(biāo)用戶定位

我們這款保溫杯的目標(biāo)用戶定位在學(xué)生群體。大學(xué)生獲取飲用水大多是從宿舍、教學(xué)樓等處的開水房獲取，而接水后又無法準(zhǔn)確了解水溫，直接飲用很容易造成燙傷。中小學(xué)生有些是從家中灌好熱水，運(yùn)動(dòng)后急于補(bǔ)充水分，喝水時(shí)如未加注意也容易造成燙傷。

(2)產(chǎn)品定位

由于產(chǎn)品面向的是學(xué)生群體，產(chǎn)品的價(jià)格要較為低廉，因而我們選擇利用材料本身性質(zhì)感溫變色，來達(dá)到提醒使用者的目的。同時(shí)，保溫杯的外觀要時(shí)尚美觀，以吸引年輕的學(xué)生群體。

(二)設(shè)計(jì)依據(jù)

(1)適宜飲用的水的溫度

35℃至38℃是最佳飲水溫度，這一溫度最接近人體體溫。對(duì)于熱飲來說，沖蜂蜜水的最佳溫度為50℃；熱牛奶、熱湯等在60℃時(shí)味道最好[1]。

(2)感溫變色材料

感溫變色材料是指一些物質(zhì)材料在感受外界環(huán)境溫度變化的同時(shí)自身的顏色發(fā)生變化，顏色變化伴隨著自身物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致其光譜性質(zhì)的轉(zhuǎn)變，從而表現(xiàn)出宏觀顏色的變化[2]。

感溫變色材料主要包括不可逆感溫變色材料、無機(jī)可逆感溫材料、有機(jī)感溫變色材料和液晶型感溫變色材料四種。其中，有機(jī)感溫變色材料最為常用，廣泛用于服裝、日用品、墻體涂料甚至家具的設(shè)計(jì)中。該種材料在特定溫度下，因電子轉(zhuǎn)移而使其分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)顏色轉(zhuǎn)變。

本文選擇了一家致力于變色原料生產(chǎn)的企業(yè)的官方網(wǎng)站對(duì)這種材料進(jìn)行了解。其產(chǎn)品包括一種感溫微膠囊粉，這是一種顏料，有很好的耐溶劑性和分散性，適用于油墨、涂料、塑料射出等領(lǐng)域。另一種產(chǎn)品是感溫色母粒，可直接用于塑料射出。該企業(yè)不同材料的變色范圍至多是-15℃到70℃，并有15種基本顏色可供選擇[3]。感溫變色材料的顏色可以根據(jù)需要調(diào)配，變色的溫度范圍也會(huì)隨著不同顏色材料配比比例的變化而變化。

(三)方案草圖

根據(jù)前文可知，35℃至38℃是最佳飲水溫度，我們對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，確定30℃至40℃是建議飲水溫度。

本文根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，以及色彩的冷暖關(guān)系，選擇了圖5所示的變色方式[3]作為本文的技術(shù)依據(jù)，即低溫時(shí)為藍(lán)色，隨著溫度的升高，逐漸變?yōu)榧t色，最后變?yōu)辄S色；這種顏色變化與人們對(duì)溫度變化的感受相一致，即藍(lán)色給人寒冷的感覺，當(dāng)顏色逐漸變?yōu)榧t色、黃色時(shí)，人們感到溫度也在逐漸升高。本文據(jù)此設(shè)計(jì)出的色帶如圖6所示，色帶上不同顏色的色塊對(duì)應(yīng)不同的溫度，每個(gè)小色塊對(duì)應(yīng)5℃的范圍，五個(gè)小色塊對(duì)應(yīng)的范圍從20℃到45℃，在這五個(gè)色塊左右兩側(cè)的色塊分別表示低于20℃和高于45℃；30℃至40℃的建議飲水溫度則對(duì)應(yīng)第三和第四個(gè)小色塊所在區(qū)間；每個(gè)色塊對(duì)應(yīng)的溫度范圍將被告知消費(fèi)者并體現(xiàn)在說明書上。此色帶則在后文中被應(yīng)用到保溫杯的參考色環(huán)上。

圖5本文所選的變色方式圖6本設(shè)計(jì)所使用的色帶

示溫防燙保溫杯設(shè)計(jì)的方案草圖如圖7所示，在保溫杯下部設(shè)有一塊運(yùn)用感溫變色涂料的示溫區(qū)域，此處可以感知內(nèi)部水的溫度，并通過顏色顯示出來；在其上方有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的參考色環(huán)，旋轉(zhuǎn)色環(huán)匹配下方感溫變色區(qū)域，就可以知道保溫杯中水溫的大致范圍，以及是否適合飲用。在使用者使用本產(chǎn)品一段時(shí)間后，就可以了解哪種顏色對(duì)應(yīng)的水溫是自己感覺最舒服的。

圖7 方案設(shè)計(jì)草圖

四、詳細(xì)設(shè)計(jì)

(一)產(chǎn)品效果圖

如圖8所示是產(chǎn)品的效果圖。

圖8 產(chǎn)品效果圖

(二)產(chǎn)品使用情境圖

如圖9所示，使用者轉(zhuǎn)動(dòng)色環(huán)匹配變色材料的顏色，就能夠得知保溫杯中水的大致溫度；待熱水的水溫降到合適區(qū)間時(shí)，就可以放心飲用了。

圖9 使用情境圖

(三)產(chǎn)品尺寸圖

如圖10所示是產(chǎn)品的尺寸圖，保溫杯底端的直徑是80mm，頂端直徑是70mm，總高是160mm。杯蓋高度是10mm，杯蓋上有凹槽便于擰開。參考色環(huán)的高度是8mm，色環(huán)上分布著一些小的凸起，便于旋轉(zhuǎn)。

圖10 產(chǎn)品尺寸圖

(四)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

如圖11所示是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖。

圖11 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

五、總結(jié)

本文利用感溫變色材料設(shè)計(jì)了一款示溫防燙保溫杯。這款保溫杯能夠?qū)⒈兴疁赜妙伾姆绞匠尸F(xiàn)出來，并搭配可旋轉(zhuǎn)的參考色環(huán)，提示使用者當(dāng)前杯中水的溫度區(qū)間，防止因不了解水溫而造成誤飲燙傷。此外，本文還給出了30℃至40℃這一建議飲水溫度，而這一區(qū)間正好能夠?qū)?yīng)參考色環(huán)的兩個(gè)色塊，便于使用者掌握適宜的水溫。這款保溫杯的目標(biāo)用戶是學(xué)生群體，其區(qū)別于市場(chǎng)現(xiàn)有產(chǎn)品的突出特點(diǎn)是，不僅能夠較為準(zhǔn)確地顯示水溫，還采用非電子式的示溫方式，降低了產(chǎn)品成本且更為環(huán)保，因此將具有相對(duì)低廉的價(jià)格，以滿足學(xué)生群體的需求。