在生态环境问题日益严峻的今天，可持续发展的环保设计成为产品和包装领域的重要趋势之一。在首饰领域，国际首饰设计高校联盟于2019年发布了《IJCA设计宣言》——全球首饰设计与可持续发展行动纲领：呼吁在全球化背景下，首饰产业的各环节需要将可持续视为新契机、新动力、新机会。本研究以珊瑚生态保护为切入点，运用新型复合感温材料对珊瑚白化现象过程进行动态模拟，以首饰作品为载体，向公众展示宣传以提高对珊瑚礁生态资源的保护意识，同时通过设计探索为首饰行业的创新与发展，为新材料、可持续、互动性首饰等现代首饰设计提供思路方法。

1.   海洋珊瑚生态系统现状

珊瑚生态系统是由造礁珊瑚群体组成的特殊生态系统，具有很高的生态多样性^[1]。虽然珊瑚礁仅仅只占海洋面积的1%左右，但它却是全球海洋生态系统中最基础、最重要的组成部分，它为海洋中超过25%的生物提供赖以生存的生态环境。珊瑚礁的破坏与死亡，是对海洋生态系统的巨大挑战。

近几十年来，由于全球气候变暖和人类活动的持续影响，全球的珊瑚礁至少已有1/4严重退化了，还有1/2的珊瑚礁正面临着退化危险。如果按照这种趋势发展，在21世纪内全球大部分的珊瑚礁资源都会丧失^[1]。珊瑚白化现象是珊瑚礁退化和死亡的预警，它是一种由于珊瑚体内失去共生的虫黄藻而导致珊瑚礁变白的生态现象。1997—1998年发生了目前为止涉及范围最广、破坏性最严重的珊瑚白化现象，该事件影响了42个国家，摧毁了全世界约16%的珊瑚礁^[2]。在此之后，珊瑚白化事件发生的更加频繁，因此国际珊瑚礁学会(ICRI)将1997年定为“国际珊瑚礁年”，希望以此提高人们保护珊瑚礁的意识与责任。

2.   艺术领域对珊瑚生态系统保护的关注

艺术作品是传播信息，引起人们关注的一种特殊载体，尤其是在现代，自然环境问题越来越受到人们的关注，一些艺术家也将环境问题作为自己艺术作品的灵感来源，希望通过自己的作品向大众传递保护环境的信息。珊瑚白化现象作为一个已经十分严重的海洋生态现象，也引起了艺术家的关注。

在艺术领域，2019年世界权威色彩公司潘通发布的年度流行色是“活力珊瑚橘”，但这个颜色遭到了一些质疑，一家澳洲的设计工作室Jack and Huei认为“年度流行色”应该反映出社会所关心的问题，目前珊瑚已经面临前所未有的危机，并不是充满活力的，所以该工作室在潘通色卡中找到一个带有蓝色调的白色，并将它命名为“珊瑚白化色”，他们提出应该将“珊瑚白化色”作为2020年的年度流行色。

2.1   以纸质材料表现珊瑚礁的复杂脆弱

法国纸艺雕塑家罗根·布朗(Rogan Brown)的作品《鬼珊瑚颜色变化》(图 1)，使用轻薄的纸材料来表达珊瑚白化现象，试图用简单的纸层来捕捉珊瑚礁的美丽、复杂和脆弱。罗根·布朗的作品主要使用手工切割、激光切割、手工安装和手绘的方法制作，呈现出令人惊叹的精致和复杂。他将切割好的纸张堆叠起来，营造出珊瑚茂密生长的感觉，他还抓住了珊瑚白化前后颜色产生对比的特点，作品中一部分珊瑚使用彩色的纸来制作，与纯白的纸呈现出强烈的色彩对比，十分吸引眼球。罗根·布朗说: “珊瑚礁是一个宏观世界的缩影，除非采取行动，否则今天发生在珊瑚礁上的事情最终将在明天发生在地球上”。他以纸雕作品引起强烈的视觉冲击，希望提醒人们海洋生态系统正在发生的变化。

图  1  罗根·布朗的作品《鬼珊瑚颜色变化》

Figure  1.  Ghost Coral created by Rogan Brown

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2.2   以陶瓷材料模拟珊瑚礁生态系统

考特尼·马蒂森(Courtney Mattison) 是美国洛杉矶的陶瓷雕塑家和海洋倡导者，她的陶瓷雕塑作品巨大而复杂，单独的陶瓷片代表珊瑚、海绵、软体动物、海葵和其他构成珊瑚礁生态系统的生物。他为美国驻雅加达大使馆设计创作的珊瑚礁墙(图 2)，赞美印度尼西亚丰富多彩的珊瑚礁，突出它的脆弱，多样性价值；考特尼·马蒂森之所以选择陶瓷作为表达珊瑚白化的媒介是因为她认为陶瓷的化学结构与天然珊瑚十分相似，碳酸钙既是粘土和釉料中的常见成分，也是造礁珊瑚沉淀形成石质骨骼的物质^[3]，并且作品中经过烧制的那些细小珊瑚枝和海葵触角就如活珊瑚一样脆弱，他有意把作品设计为漩涡状，暗喻珊瑚礁遭受破坏的脆弱，所处的危险境地，激发人们的兴趣，呼吁政府和个人采取行动保护美丽珊瑚礁。

图  2  考特尼·马蒂森作品《我们不断变化的海洋Ⅴ》

Figure  2.  Our Changing Seas designed byCourtney Mattison

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2.3   以树脂材料表现珊瑚白化变色过程

艺术家亚历山德拉·罗西(Alessandra Rossi)创作的海边雕塑《无题珊瑚》(图 3)，罗西的这项雕塑工作探讨了珊瑚白化和变色的过程，作品使用3D打印技术数字制作，材料使用了彩色透明的丙烯酸树脂，这种材料的特点是透光性、耐水性和耐候性好，并且保色性佳不容易变色发黄。该作品将珊瑚化作少女形象，少女头部的上半部分是透明的，头部的下半部分和少女的身体是由浅逐渐加深的蓝色，丙烯酸树脂的高透明性和透光性使整个雕塑与环境融为一体，透明的头部隐秘在天空之中，仿佛少女正在一点点的消失。

图  3  亚历山大德拉·罗西作品《无题珊瑚》

Figure  3.  Coral designed by Alessandra Rossi

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3.   感温变色材料模拟珊瑚生态的实验探索

艺术家们分别使用了三种不同的材料来再现珊瑚生态系统，他们所使用的材料都刚好贴合珊瑚生态系统的某种特征。由此可见，材料的选择对于珊瑚生态的模拟是十分重要的。三个作品的共同点在于它们都是静态的，而珊瑚生态系统却是持续变化的，如果使用可以动态变化的材料来再现珊瑚生态系统是否更恰当，更富有生动性？海水升温而导致珊瑚颜色发生变化，启发我们寻找通过感知温度来变换颜色的材料，由此新兴的感温变色材料介入了实验探索。

3.1   感温变色材料及其应用

感温变色材料又称为“热致变色材料”，是指一些化合物或混合物在受热或者冷却时吸收可见光光谱发生变化的功能材料，它具有随着温度的升高或者降低而改变其颜色的特性^[2]。感温变色材料的应用主要分为两大类：一类是功能性的应用，利用该材料感知温度变换颜色的特性来达到某种特定的功能，主要应用于工业领域，如防伪标记、医疗用品、感温餐具、热敏纸等；另一类是装饰性的应用，利用该材料的变色特点来增加产品的装饰性和趣味性，主要应用于产品、服装领域，如变色服装、变色玩具、感温首饰等。感温变色材料在首饰中的应用主要表现在商业首饰上但目前款式设计较为单一，制作方法也大同小异缺乏创新，在概念性首饰中的应用则较为空白，还有极大的探索发展空间。

3.2   感温变色粉的选定

目前市面上可见的感温变色材料一般以感温变色粉末或感温变色油墨出售。感温变色粉呈粉末质感，无法直接使用，需要加入其他材料(如胶水、树脂、丙烯等)混合使用，其优点是灵活性高，使用者可以根据使用目的选择要混合的材料。感温变色油墨呈油漆质感，可以直接使用，但因为该材料已经是与辅助剂配比组成好的，所以灵活性较低。

感温变色粉按照变色方式分类，可以分为可逆和不可逆两种。可逆就是指该材料在温度升高后变色，温度下降后又会恢复到原来的颜色，这种材料具有颜色记忆功能，可以反复使用^[3]。而不可逆则是指该材料在温度升高变色后不再恢复原来的颜色，其变色效果是一次性的，如制衣时用的遇热消色笔和防伪标签就是不可逆热致变色材料的典型应用。感温变色粉按照组成材料的物质种类分类，又可以分为无机、有机和液晶三大类^[4]。无机感温变色粉的稳定性好，合成工艺简单且制造成本低，但这种材料的变色精度不高，无法控制变色温度和颜色，并且存在着一定的毒性和腐蚀性，所以目前应用相对较少^[5]。有机感温变色粉变色灵敏、颜色种类丰富并且变色温度可以选择，是目前应用最为广泛的感温变色材料，但该材料的缺点是耐溶剂性及耐热性较差，所以在实际应用时加工温度需要控制在200 ℃以下。液晶感温变色粉的颜色变化灵敏，变色误差小且反复性好，但因为其颜色种类少，耐久性差且成本较高而没有广泛应用。

通过对材料的反复比对分析，我们选择了有机、可逆的感温变色粉作为首饰设计的原材料，充分符合绿色环保设计的初衷(图 4)。

图  4  感温变色粉的属性分析

Figure  4.  Analysis of the properties of temperature-sensing color-changing powder

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3.3   感温变色材料实验思路

感温变色粉是一种粉末质感的介质性材料^[7]，无法直接用来制作产品，所以需要尝试将感温变色粉加入滴胶中混合使用。为了研究出感温变色粉与滴胶混合的最佳比例，以及确保混合后颜色的准确和变色效果的稳定，该实验对感温变色粉进行了一系列材料测试。

3.3.1   感温材料显色配比实验

感温变色粉材料颜色丰富多达几十种，由于作品中粉色系使用较多且变色效果较为明显，故选择以粉色为代表色进行显色配比实验，其它颜色在作品中也有涉及，但配比、显示方式和效果基本与粉色一致。将UV滴胶与感温变色粉分别按照10∶1、10∶2、10∶5、10∶10的比例进行混合(UV滴胶的比例为10)，然后将其涂在树脂粘土制成的圆形薄片之上制作做了4个样品(图 5)，分别是样品1—样品4，其中样品1呈较透明，样品4呈完全不透明，样品2和样品3分别呈半透明和微透明，图片显示和肉眼所见略有偏差，肉眼观察样品的透明度更为明显。

图  5  材料配比呈色测试

Figure  5.  Material ratio colour test

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3.3.2   感温材料变色效果实验

对样品进行变色效果测试，将样品分别浸泡在50、80、100 ℃的水温中进行加热，实验结果是水温越高样品的变色速度就越快，变色程度就越彻底，但加热温度不能超过220 ℃，一旦温度超过220 ℃就会破坏材料中的变色物质，失去变色特性。

使用相同的水温(80 ℃)对样品1、2、3、4进行加热，测试不同样品的变色效果(见图 6)，其中样品的变色速度是样品1 >样品2 >样品3>样品4，而样品颜色的恢复速度则正相反，是样品4 >样品3 >样品2 >样品1。样品完成变色后, 样品1的变色效果最好可以完全变为白色，样品2也基本全部变成白色，样品3变色后还残留一些颜色，样品4有较明显的颜色残留(图 5)。

图  6  在80 ℃水温下样品的变色测试

Figure  6.  Discoloration test under 80 ℃water temperature

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根据材料测试，UV滴胶与感温变色粉混合的比例以10∶1~10∶2区间为最佳，该区间的样品混合后的颜色、质感以及变色后的效果都较为理想。根据对感温变色粉的分析和一系列实验，形成了新的复合型感温变色材料，这种新材料既具备感温材料感知温度变换颜色的特性，又具备UV滴胶快速成型的特点，可以直接倒入模具中成型，也可以将其涂在其他材料外部(如粘土、陶瓷、木材、金属等)作外衣。在形成这种新的复合型感温变色材料过程中，感温变色粉与滴胶混合的比例、混合后颜色的准确性以及保证变色效果的稳定性是其一大难点。其它颜色色粉的混合比例及效果都与实验中的粉色大体一致，具体表现见后文实物效果。

4.   新型复合感温变色材料在首饰设计中的实践探索

4.1   与3D打印技术结合的造型实践

将新型复合感温变色材料与3D打印技术结合对不同种类的珊瑚进行了造型模拟，在造型设计上主要以鹿角珊瑚、章鱼足珊瑚、轴孔珊瑚、泡纹珊瑚等品种为原型进行了一系列胸针设计，这些珊瑚种类都对水温比较敏感并容易发生白化现象，更贴合主题，除此之外，这些珊瑚品种相较于脑珊瑚等品种更简单生动，便于进行拆解重组等进一步艺术加工以及首饰实物的制作。

首先手绘首饰设计效果图，模拟珊瑚动态效果，然后通过与3D打印技术结合，利用3D建模制作金属造型和镂空部分，对倒模铸造出来的金属部分进行执模和表面处理，利用树脂粘土塑造珊瑚细小的枝干、触角，达到减重目的，同时增加产品的精致美观度(图 7《消逝的色彩》)。

图  7  首饰设计图《消逝的色彩》

Figure  7.  Jewelry design drawing Fading Colours

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4.2   感温变色互动的趣味性体现

色彩方面，通过对新型复合感温变色材料的不断调配，使首饰作品不仅能够再现珊瑚五彩斑斓的美丽，又能实现动态白化的过程，作品实物在80 ℃加热环境下3分钟内的变色过程见图 8(图 8a为作品加热前颜色效果，图 8b、图 8c为作品变色过程，图 8d为作品加热完成后变色效果)。在变色效果上，该设计可以达到两种变色效果，一种是整体变色，即在均匀受热环境下产品整体颜色发生改变。另一种是局部变色，即在不均匀受热环境下产品局部颜色发生改变。体验者可以通过体温来使产品变色，也可以使用吹风机、热风枪等工具使产品变色，还可以将产品浸泡在热水中来变色等，新型复合感温变色材料赋予了产品多种与人互动的方式，这大大增添了产品的趣味性与可玩性，让佩戴者和观赏者直观的感受珊瑚白化的过程，并在这个过程中以有趣的互动方式向人们普及珊瑚白化现象，从而引起人们对该现象的重视，减少对海洋生态环境的污染与破坏。

图  8  实物作品的变色过程(a-d)及细节展示(e-h)

Figure  8.  Physical colour change process (a-d) and detail display (e-h) of the works

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5.   结语

基于珊瑚生态保护的理念出发，选取感温变色材料，进行首饰设计研究，以期为当下首饰设计领域千篇一律的注重造型、概念之美，而忽略了对首饰材料的研究，提供一个新的创作思路；感温变色材料是一种具有广阔研究和开发应用前景的多功能介质材料，具有很高的实用价值和商业价值，将其应用到首饰设计中可以增加首饰的功能性、实用性、互动性和趣味性，有效提高首饰的附加值，使首饰兼备实用性与艺术创新性。本研究起个抛砖引玉的作用，通过首饰作品引起佩戴者和观赏者的情感共鸣，呼吁人们保护珊瑚，保护自然生态环境。呼吁首饰设计者应该立足生命生活，关注首饰与自然，首饰与人之间的联系。