(华南理工大学 广东 广州 510000)

一、绪论

(一)设计动机

(二)设计目标

(1)明确适合人体饮用的水的温度范围；

(2)了解感温变色材料的变色特性；

(3)了解市场现有产品；

(4)为保温杯设计一种简便的温度提醒方式。

二、市场现有产品分析

(一)物理变色水杯

图1所示为塑料感温变色水杯，左侧的水杯是放入常温水或者未倒入水时的状态，右侧的水杯是倒入一半热水之后的状态。倒入热水后，塑料外壳内深色涂层的颜色褪去，露出下面的图案。

图1 塑料感温变色水杯

图2 陶瓷感温变色马克杯

图2所示为陶瓷材质的感温变色马克杯，在倒入热的液体后，其表面图案有较大变化。

上述两款依靠产品材质本身的感温变色特性的水杯，在倒入热水后，表面颜色出现较大变化，能够对使用者有一定的提醒作用。并且这种感温变色是由于材料本身性质产生的，产品的成本也较低。但产品偏重于趣味性，并不能让使用者很清楚地了解水温是否适合饮用。

心理压力又称心理应激、心理紧张，是个体在生活适应过程中的一种身心紧张状态。由环境要求和自身应对能力不平衡而产生，这种紧张状态倾向于通过非特异的心理和生理反应表现出来。它是个体“察觉”到环境刺激对生理、心理和社会系统负担过重时出现的整体现象所引起的反应[1]。

(二)电子感温水杯

如图3所示，这款感温水杯在下方可以直接显示水温，在上方爱心形状处可以显示出三种颜色，分别对应不同范围的水温。

图3 电子感温水杯一

图4 电子感温水杯二

图4所示的这款感温水杯在开启处设置有LED灯，可以显示三种颜色，对应不同的水温范围。显示红色时，代表水温高于55℃；显示绿色时，代表水温介于55℃与28℃之间，说明水的温度是在可以放心饮用的范围内的；显示蓝色时，代表水温低于28℃。

这两款感温水杯通过电子元件感温，并通过颜色、数字等方式直观地提醒消费者水温是在适合饮用的范围内的。但由于其感温是通过电子元件实现的，产品的价格也较高。

三、方案设计

(一)设计定位

(1)目标用户定位

我们这款保温杯的目标用户定位在学生群体。大学生获取饮用水大多是从宿舍、教学楼等处的开水房获取，而接水后又无法准确了解水温，直接饮用很容易造成烫伤。中小学生有些是从家中灌好热水，运动后急于补充水分，喝水时如未加注意也容易造成烫伤。

(2)产品定位

由于产品面向的是学生群体，产品的价格要较为低廉，因而我们选择利用材料本身性质感温变色，来达到提醒使用者的目的。同时，保温杯的外观要时尚美观，以吸引年轻的学生群体。

(二)设计依据

(1)适宜饮用的水的温度

35℃至38℃是最佳饮水温度，这一温度最接近人体体温。对于热饮来说，冲蜂蜜水的最佳温度为50℃；热牛奶、热汤等在60℃时味道最好[1]。

(2)感温变色材料

感温变色材料是指一些物质材料在感受外界环境温度变化的同时自身的颜色发生变化，颜色变化伴随着自身物理结构或化学结构的变化，物质结构发生变化导致其光谱性质的转变，从而表现出宏观颜色的变化[2]。

感温变色材料主要包括不可逆感温变色材料、无机可逆感温材料、有机感温变色材料和液晶型感温变色材料四种。其中，有机感温变色材料最为常用，广泛用于服装、日用品、墙体涂料甚至家具的设计中。该种材料在特定温度下，因电子转移而使其分子结构发生变化，从而实现颜色转变。

本文选择了一家致力于变色原料生产的企业的官方网站对这种材料进行了解。其产品包括一种感温微胶囊粉，这是一种颜料，有很好的耐溶剂性和分散性，适用于油墨、涂料、塑料射出等领域。另一种产品是感温色母粒，可直接用于塑料射出。该企业不同材料的变色范围至多是-15℃到70℃，并有15种基本颜色可供选择[3]。感温变色材料的颜色可以根据需要调配，变色的温度范围也会随着不同颜色材料配比比例的变化而变化。

(三)方案草图

根据前文可知，35℃至38℃是最佳饮水温度，我们对其进行适当的扩展，确定30℃至40℃是建议饮水温度。

本文根据现有技术，以及色彩的冷暖关系，选择了图5所示的变色方式[3]作为本文的技术依据，即低温时为蓝色，随着温度的升高，逐渐变为红色，最后变为黄色；这种颜色变化与人们对温度变化的感受相一致，即蓝色给人寒冷的感觉，当颜色逐渐变为红色、黄色时，人们感到温度也在逐渐升高。本文据此设计出的色带如图6所示，色带上不同颜色的色块对应不同的温度，每个小色块对应5℃的范围，五个小色块对应的范围从20℃到45℃，在这五个色块左右两侧的色块分别表示低于20℃和高于45℃；30℃至40℃的建议饮水温度则对应第三和第四个小色块所在区间；每个色块对应的温度范围将被告知消费者并体现在说明书上。此色带则在后文中被应用到保温杯的参考色环上。

图5本文所选的变色方式图6本设计所使用的色带

示温防烫保温杯设计的方案草图如图7所示，在保温杯下部设有一块运用感温变色涂料的示温区域，此处可以感知内部水的温度，并通过颜色显示出来；在其上方有一个可以旋转的参考色环，旋转色环匹配下方感温变色区域，就可以知道保温杯中水温的大致范围，以及是否适合饮用。在使用者使用本产品一段时间后，就可以了解哪种颜色对应的水温是自己感觉最舒服的。

图7 方案设计草图

四、详细设计

(一)产品效果图

如图8所示是产品的效果图。

图8 产品效果图

(二)产品使用情境图

如图9所示，使用者转动色环匹配变色材料的颜色，就能够得知保温杯中水的大致温度；待热水的水温降到合适区间时，就可以放心饮用了。

图9 使用情境图

(三)产品尺寸图

如图10所示是产品的尺寸图，保温杯底端的直径是80mm，顶端直径是70mm，总高是160mm。杯盖高度是10mm，杯盖上有凹槽便于拧开。参考色环的高度是8mm，色环上分布着一些小的凸起，便于旋转。

图10 产品尺寸图

(四)产品结构图

如图11所示是产品的结构图。

图11 产品结构图

五、总结

本文利用感温变色材料设计了一款示温防烫保温杯。这款保温杯能够将杯中水温用颜色的方式呈现出来，并搭配可旋转的参考色环，提示使用者当前杯中水的温度区间，防止因不了解水温而造成误饮烫伤。此外，本文还给出了30℃至40℃这一建议饮水温度，而这一区间正好能够对应参考色环的两个色块，便于使用者掌握适宜的水温。这款保温杯的目标用户是学生群体，其区别于市场现有产品的突出特点是，不仅能够较为准确地显示水温，还采用非电子式的示温方式，降低了产品成本且更为环保，因此将具有相对低廉的价格，以满足学生群体的需求。