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超全！一文盘点7大智能CMF材料及应用，你都了解哪些？

主编 Diudi CMF设计军团号
2024-09-27
产业的发展离不开CMF（色彩、材料、工艺）



随着智能化与科技的不断发展，CMF设计行业也在发生着变革！传统的产品色彩、材料及工艺逐渐在与智能电子相融合，实现更新奇、更酷炫、更具有市场竞争力的产品设计。这些都离不开不同类型智能材料的加持，本文笔者为大家盘点CMF设计领域中用到的7大智能材料，并附其产品应用案例，看看你都了解哪些？



在材料介绍之前，我们有必要先来简单定义一下产品CMF领域中的智能材料。笔者认为：这类材料是CMF设计未来发展必备的独特板块之一。是指材料本身可以感知外部刺激，比如声、光、力、电、热等，并根据外部变化可以做出相应的反应。同时，CMF领域中的智能材料应当是与产品外观相连带的，比如对色彩、表面功能性亦或是形态等产生影响，本文介绍的材料也是属于这个范畴内。主要包括：


一、光导纤维材料

二、EC电致变色薄膜

三、智能织物？

四、智能玻璃

五、形状记忆型材料（金属与聚合物）

六、光致变色材料

七、透光智能表皮（皮革织物金属木皮）



如果您也从事“光导纤维”、“电致变色”、“智能织物玻璃”等相关行业，欢迎长按下方二维码或加群主微信18565727094入群，群内将围绕“智能”、“电子科技”、“CMF设计”等内容做行业交流及资源对接。旨在共同学习，结识人脉，探讨未来发展！


 一、光导纤维材料 


光导纤维材料也叫光纤，是一种由玻璃或塑料制成的纤维。制作过程复杂，需要提前设计好。独立的光纤一般会设计在表皮层（比如织物）中，形成“智能表面”，包覆在产品结构层上。


图 光导纤维星空面板制作


这类智能材料是近两年才逐渐走进大众视野，从汽车跨度到家电，都有应用。以汽车和家电行业中两款比较经典案例，为大家详解CMF设计。一个是劳斯莱斯星空车门；一个是卡萨帝星空系列家电。


劳斯莱斯在2022年发布的首款纯电动量产车闪灵中，首次将星空效果做到车门、饰板、车顶等部位上。极大提升了内饰设计档次，有一种置于浩瀚星空的沉浸式体验感。



这款车的星空顶一般都是手工制作，其过程很复杂，首先是要提前设计好，然后需要工匠师傅们在真皮上穿出1400-1600个小孔，每一个都要精心计算好；接着通过手工修剪光纤线，并将独立的光纤装入孔中。其由六个紧凑型光源照亮，每颗星星都由一根光缆照亮，使其具有闪烁效果。整个过程需要把大量的光导纤维穿过车顶，制作一个普通版星空顶需要约9个小时以上，如果要定制个性化的图案则需要专属的模板，同时耗时也将成倍增长。一般来说，制作成型的星空顶由玻璃纤维、泡沫和真皮三层压制，光导纤维由针孔透出。星光的强度可以由纤维长度及上面的刻痕来决定控制，进而实现星光强弱的变化。


而在家电行业中，光导纤维材料首次在高端家电品牌卡萨帝中出现，所打造的星空系列家电产品十分惊艳，推出的智能发光面料CMF设计，一时激起家电行业新风向。这种家电产品的“智能表面”通过编程传感器与用户互动，一般来说要融入大量的光纤。光效的冷暖强弱、呼吸渐变调试、合成织物面料选择、光纤编织工艺试验、交互体验编程、多层材质表面精密覆盖工艺等环节均非常重要，同时也是首次尝试应用。这种情感化的交互设计极大提升了用户的使用体验，突破了目前家电产品设计的瓶颈，打破了同质化的局面。





 二、EC电致变色薄膜 


这是目前手机及汽车等行业应用比较多的电致变色材料及方案。oppo最早的量产电致变色手机后盖就是采用的这种，其柔性电致变色膜片是一种凝胶态的有机小分子材料；极氪001很早就使用了智能变色天幕，可通过中控大屏进行自主无极渐变式变色调光。一般来说，整个膜层结构是：两个微米级薄膜+一层纳米级电致变色层+电解质层+纳米级离子层。可通过卷对卷高速涂布技术制作。原理则是通过氧化还原反应进而改变材料微观光学性能，直接或间接实现变色效果。




目前，电致变色技术已经应用很广泛，并逐步从汽车跨度到手机、平板等3C行业。越来越多的知名主机厂都有将电致变色融入到产品CMF设计中。


图 智能变色玻璃


阿维塔12采用智能光感全景天幕与前风挡设计。采用了柔性电致变色技术。膜层结构大体为：内层玻璃+PVB层*2+EC膜+外层玻璃”5层夹层玻璃及“内层玻璃+镀银层*2+PVB层*2+EC膜+外层玻璃”7层夹胶天幕镀银隔热玻璃。固态柔性电致变色薄膜采用了涂布技术生产。



蔚来EC7超大面积前后贯穿式全景天幕，采用了最新一代柔性全固态EC薄膜技术，可以实现超大面积曲面调光，同时兼顾通透与高级质感。



自2023年以来，越来越多的汽车主机厂都在采用电致变色全景天幕设计，由于篇幅有限，这里就不过多介绍了。想深度交流的朋友们可以加笔者微信13713875667


联想今年首次在平板上采用新一代电致变色技术。背板可在两种视觉效果下切换，使用过程中可以看到动态的变化过程，包括色彩与纹理的双重变化。



OPPO Reno 5 Pro+，首款量产的电致变色手机。




 三、智能织物？


智能织物作为一种创新型智能材料，是电子科技与CMF融合的经典设计玩法。既有织物本身的柔软触感及透气舒适等特性，还有各种各样的电子化功能性。是集合纺织、电子、化学、生物、医学等多学科知识综合开发的具有高智能化的纺织品。



智能织物的分类有很多种，我们按照侧重的功能性不同，可分为：智能变色织物、智能温控织物、形状记忆织物、防水透气织物、电子信息智能织物等。


图 纤维发光电子织物


图 发光织带智能织物


图 温变织物材料


图 冷却背心，采用智能温控织物打造


图 单向导湿智能织物


图 电子信息智能织物



 四、智能玻璃 


智能玻璃的定义范围及应用领域比较宽泛，比如发光玻璃、内雕图案玻璃等。这里我们以汽车智能玻璃为例介绍。汽车智能玻璃也叫调光玻璃，是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间，经高温高压胶合后一体成型的夹层结构的新型特种光电玻璃产品。这是汽车行业新趋势及技术升级下的必然产物！


按实现方式可分为电控（PDLC、SPD、EC等）、温控、光控、压控等类型。其中电控型是目前应用较多比较主流的一种。



汽车智能玻璃融合了很多电子科技，拥有了诸多性能。包括保护隐私、投影、触控交互、更安全、隔热隔音、防紫外线等等。也因此被各大汽车主机厂纷纷采用。比如全景天幕、智能车窗、调光后视镜等位置，其中EC（电致变色）技术更为主流。


图 EC光感天幕


图 自动防眩目后视镜的内部结构，电致变色后视镜


宝马BMW iVISION Dee概念车采用双工艺Gauzy PDLC和SPD智能玻璃技术，前风挡实现HUD为所有乘客提供宽视角的虚拟图像，侧窗支持动态隐私、遮阳、氛围管理等功能。



伟巴斯特可调光玻璃天幕




 五、形状记忆型材料 


形状记忆材料大体分几种：金属、聚合物、陶瓷等。是一种拥有“记忆能力”的材料。由于篇幅有限，这里仅介绍记忆金属与记忆聚合物。


1. 记忆金属


记忆金属其实是一种特殊的合金材料，主要以镍钛合金为主，它可以在一定的温度下像塑料一样发生塑性形变，但在某种温度又可以恢复成原状，具备一定的“记忆能力”。


图 随温度变化，材料发生形变


变形原理说的通俗一点就是，这种金属材料的晶体结构在随着温度而变化（主要是马氏体和奥氏体之间的转换），因而导致在不同温度段，材料整体的形状发生变化。比如镍钛合金，在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，因此温度变化时，合金就会收缩或膨胀，使得它的形态发生变化。



目前记忆金属应用在很多产品领域，比如军工、航天、医疗、消防、生活消费电子、汽车等。


合肥为先利用记忆合金曾设计过一款产品：防烫吸管。利用了镍钛记忆金属对温度变化的感知，拥有形变能力。当温度高于50℃时，使饮用者无法吸到热水，水温合适时恢复原状，从而达到防烫功效。



记忆金属在医疗行业中，其特性可以减少病人痛苦，且TiNi合金的生物相容性很好，目前成功应用的案例已经很多了，包括血栓过滤器、脊柱矫形棒、牙齿矫形丝、脑动脉瘤夹、接骨板等。


图 记忆合金在人体中的应用


2. 记忆聚合物


形状记忆聚合物可通过聚合物的常规制备方法获得初始形状（具有塑料成型特点）。在外部刺激条件（如温度）下，它可相应地改变形状（具有变形功能），去除刺激后，可固定其变形状态（具有定形功能）如果外界环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们便可逆的恢复至起始状态（具有恢复功能）。



这种材料可以个性化变形、定形，目前创维，万魔、中兴等公司均已布局，联合供应商共同开发一些智能产品。


形状记忆聚合物的应用十分广泛，涉及航空航天、医疗保健、纺织服装、玩具科教、工程应用、汽车、电子电气、包装应用、增材制造、建筑等各个领域。比如采用形状记忆聚合物水溶液配制的形状记忆熨烫宝解决服装熨烫的烦脑。形状记忆聚合物4D打印耗材可适应常规FDM 3D打印设备，赋予材料和产品具有自我组装，自我变形功能。可以应用于手扳样品制作、个性化适应制品、大尺寸自组装器件等应用场景，特别是在在医疗护具、玩具、服装、鞋业、军事、汽车、动画等领域具有重要应用前景。




 六、光致变色材料 


光致变色是在电致变色基础上，色彩变化的进一步升级，具体体现如下：


  • 对标电致变色，它本身不耗电无电量方面的负担，通过光照射来进行色彩变化稳定性相对更高；。

  • 从变化的角度来说不在一个量级，首先它是在本身渐变幻彩的基础上实现的变化，其次，它突破了单一的色彩变化，不再受到局限性，可以通过照射强度的不同来实现色彩的深浅变化，进而实现百变颜色的效果，更为丰富；

  • 还有一个革新性的突破就在于通过变色的玩法颇多，通过色彩实现了消费者与产品的互动体验，非常有趣味性。比如可以搭配不同遮挡物（比如手指、手掌的把玩等）或是控制光的照射范围，可以实现不同的色彩后盖图案变化效果


所谓的光致变色材料就是一种智能感光材料。会根据紫外光的照射作用发生变化，一般都是可逆的。


在手机等3C电子产品上的应用最早追溯到vivo S10，采用了vivo新型光变有机材料，即新型光分子开关，猜测是通过对材料内部分子结构设计改造后，（材料作为上色载体）通过膜层叠加的方式融合于后盖上。这种光变材料面临工艺上的挑战难度非常高，比如色彩的纯度实现需要溶质溶液的精确配比等等。


图 vivo S10，光照实现冰蓝幻彩色与克莱因蓝之间的变化


紧接着，传音旗下手机品牌推出创新版光致变色技术，将多色（矩阵化色彩）设计与光致变色进行极致融合，实现单色到多色的更多色彩变化。原理是利用感光分子键在紫外光作用下键链的断裂和复原，整个过程是由无色基团变为显色基团，再重新变回无色基团。简单来说就是材料的光变可逆性，由内部分子结构的可逆变换实现产品外观色彩的可逆变化，可实现不同区块的显色。


图 材料内部无色基团在光照情况下，变成显色基团的过程


图 光致变色应用到皮革材质


vivo后面又推出玉石质感光致变色手机：S16。玉石的纹理与色泽是通过了精心的设计打造，采用了青白玉料作为底色，在变色之前的整体色泽处于白色与淡青色之间。


图 变色前后的效果



 七、透光智能表皮 


透光智能表皮材料是目前各个行业中实现智能表面的关键性材料之一！以汽车内饰及家电家居面板等领域应用最多。一般有透光皮革、透光木皮、透光金属、透光织物等，拥有轻量化、智能、奢华、设计自由度高等诸多优势，既可以作为氛围灯表面装饰材料，也可以集成触控及显示等功能性。下面通过案例来感受这种科技与设计融合的魅力！


图 透光智能表皮


透光皮革是在传统皮革基础上，通过激光镭雕工艺+LED+光导等处理，使得皮革材质本身在点亮时可以实现酷炫的外观效果（未点亮时跟传统皮革无差异），同时根据需求部分位置还可实现触控交互显示等功能。值得一提的是，这里指的皮革，也可以是仿皮材质，比如PVC、PU、TPO、硅胶等。工艺一般多样化，比如传统包覆、膜外装饰（TOM等）等。


图 可以智能显示的皮革面板


图 皮革-实现触控滑动等功能


比亚迪X-Dream，⽅向盘采⽤可透光⽪⾰取代数字显示屏效果。



长安深蓝SL03副仪表台位置的氛围灯便采用了透光革的方案。



长城第三代哈弗H6，实现透光PVC仿皮材质（透光皮革）首次应用。



除此之外，还包括透光木皮、透光金属、透光织物等，均可采用类似设计方案。可以实现表面装饰+集成功能性（触控、显示、发光等）。


透光木皮


图 具有触控功能的木质表皮


图 可以通过手势控制的木质材料


图 智能显示木质材料


透光金属（一般是激光微孔工艺，孔隙小于0.1。）


图 可以手势触控的金属面板


图 智能透光显示的金属面板


透光织物（前面智能织物里有介绍）


图 可发光且具有显示功能的织物


图 可触控交互的织物


除此之外，还有导电油墨、智能储能材料等，由于篇幅有限，不过多介绍了，感兴趣额朋友们可以加笔者微信13713875667深度交流，同时笔者将拉您进入智能科技CMF行业交流群，与更多的专业人士沟通~~



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大会嘉宾及议题

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往届回顾

2022国际CMF设计大会.绿色环保

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