一种石墨烯智能温控可拆卸婴儿睡袋

张奇奇

（常熟理工学院纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）

一、探究石墨烯结构的特性

石墨烯（Graphene）是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料[1]。石墨烯是“碳材料家族”中的一员，是目前发现的最薄、最坚硬、导电导热性能最好的一种新型纳米材料，被称为“黑金”和“新材料之王”[2]。

作为新型材料，石墨烯带给我们的惊喜在北京冬奥会中就已出现。在本届冬奥会上，应用石墨烯柔性发热技术研发了发热围巾、发热手套、发热坐垫、发热暖手宝等等，该材料极强的导热性能，让服装、服饰在极短的时间内迅速升温，以达到保暖效果。

智能温控婴儿睡袋主要依托于北京爱尚家科技股份有限公司所研发的第三代石墨烯柔性发热材料，主要是一种三维石墨烯基复合导热材料。该材料柔软轻薄，厚度犹如一张纸，一般嵌在服装的面里料中间。一件服装可以放置多个石墨烯发热材料，用一个电路将其连接在一起，由一个插头进行控制；通过实验发现其耐水洗强，一般可水洗100 次以上；材料安全、透气，可随意弯折，即使受到损坏，也不会影响其他部分的使用。

石墨烯柔性发热材料的纺织工艺以及电路设计也是它的一大亮点，不同于镶嵌在服装纤维里的石墨烯面料，其恒温、升温效果以及其远红外线所带来的理疗效果也更加显著，32%热能＋68%红外光能，比传统碳系材料的能量提升了30%，远远优于其他发热材料，安全性也比其他金属加热片更高，在柔性发热领域优势明显。

二、研究现状

在功能性婴儿睡袋的研究方面，目前市场现有的设计都离不开其通用功能、健康检测等形式[3]，在结构与面料优化的基础上，实现穿脱方便、穿着舒适的效果。目前在石墨烯智能温控儿童服装或是婴幼儿服装方面都没有过多的研究，可以参考的研究是已有的恒温睡袋，可探究恒温睡袋的优缺点来分析石墨烯在其基础上的应用问题。通过文献搜集，主要了解到恒温睡袋之所以恒温，是因为夹棉的纤维里包裹一种变相材料的微胶囊，这种微胶囊是微米到纳米级别的尺寸，人的肉眼是无法观测的。基于相变材料，在人体热的时候，包裹在微胶囊里的相变材料会融化吸收热量，冷的时候，会凝固放出热量，通过这种循环方式来形成恒温的效果。但其温度控制无法解决夜间睡眠所带来的温度降低等问题，因此石墨烯智能温控系统就有了优势。

三、设计思路

选择婴儿睡袋这一思路开展研究，主要源于睡眠是儿童生长发育的重要保证，尤其对婴幼儿而言，完善的睡眠对中枢神经系统的发育和成熟有着非常重要的作用。婴幼儿时期睡眠占据了其一半以上的时间，且婴幼儿的生长发育、器官成熟都是在睡眠期间完成的。婴幼儿在睡觉时手脚好动，尤其是下肢的活动范围很大，并不能保持相对稳定的睡姿，采用婴幼儿睡袋是解决婴幼儿睡眠问题的最好方法。同时，0-1 岁的婴幼儿成长极为重要，父母将更多的时间花费在孩子的饮食、活动、心理活动上，在夜间由于父母需要睡眠无法时刻照看孩子，以致于孩子容易着凉、感冒发烧。这样一款设计就可以很好地改善目前存在的问题，解决很多父母忧虑的问题。将整件婴儿睡袋设计成可拆卸形式，夏季冬季均可使用。石墨烯发热薄膜与婴儿睡袋相结合，同时采用嵌入式的方法来实现紧固，这样在使用时不需要较长的导线，贴合度较高[4]，表面设计用竹纤维等天然面料，里料采用可拆卸蚕丝面料，具有防霉防蛀和透气舒适的功能。

四、设计过程

本文从功能性与时尚性相结合的角度开发了这款石墨烯可拆卸智能温控婴儿睡袋，其示意图见图1。

图1 婴儿睡袋

如图1 所示，产品主要款式设计亮点在于可拆卸、两用型睡袋。开口方式采用拉链设计，与传统婴儿睡袋不同的是在拉链里层加入一层垫布，防止婴儿皮肤的划伤；袖子上运用可拆卸设计，连接方式上采用暗扣设计，可根据不同季节需求进行穿戴，暗扣设计也使孩子在穿脱上更安全，不会造成皮肤擦伤。帽子、脚口的可拆卸装置可以保证婴儿头部、脚的保暖，在日常穿着时，将其拆卸下来穿着即可。为满足婴幼儿的体型特征以及生理需求，将裆部下落，保证其穿着纸尿裤的舒适度，同时为实现婴儿睡袋的多功能性，产品设计成两用型。白天穿着时运用分腿式设计，夜间为保证婴儿睡眠质量可运用被式设计。在婴儿睡袋的腹部、脚部、背部运用石墨烯发热片，保证了重要部位的保暖性，同时降低成本，将加热片通过一根USB接口进行衔接，在睡袋的右侧腿部处设置密封性口袋放置充电宝，由于这个时期的婴儿主要动作为爬行、反转，因此该设计在这里不会对婴幼儿造成过大的负担。在面料的里层加入感温条设计，方便家长实时监控孩子的体温、舒适性以判断是否需要加衣、减衣等等。

五、结语

本文对石墨烯智能温控可拆卸婴儿睡袋进行了详细的分析，通过智能温控与可拆卸功能的结合，实现了健康监测、保暖轻便、穿脱方便的三合一。