一種石墨烯智能溫控可拆卸嬰兒睡袋

張奇奇

（常熟理工學院紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

一、探究石墨烯結構的特性

石墨烯（Graphene）是一種以sp2雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的新材料[1]。石墨烯是“碳材料家族”中的一員，是目前發現的最薄、最堅硬、導電導熱性能最好的一種新型納米材料，被稱為“黑金”和“新材料之王”[2]。

作為新型材料，石墨烯帶給我們的驚喜在北京冬奧會中就已出現。在本屆冬奧會上，應用石墨烯柔性發熱技術研發了發熱圍巾、發熱手套、發熱坐墊、發熱暖手寶等等，該材料極強的導熱性能，讓服裝、服飾在極短的時間內迅速升溫，以達到保暖效果。

智能溫控嬰兒睡袋主要依托于北京愛尚家科技股份有限公司所研發的第三代石墨烯柔性發熱材料，主要是一種三維石墨烯基復合導熱材料。該材料柔軟輕薄，厚度猶如一張紙，一般嵌在服裝的面里料中間。一件服裝可以放置多個石墨烯發熱材料，用一個電路將其連接在一起，由一個插頭進行控制；通過實驗發現其耐水洗強，一般可水洗100 次以上；材料安全、透氣，可隨意彎折，即使受到損壞，也不會影響其他部分的使用。

石墨烯柔性發熱材料的紡織工藝以及電路設計也是它的一大亮點，不同于鑲嵌在服裝纖維里的石墨烯面料，其恒溫、升溫效果以及其遠紅外線所帶來的理療效果也更加顯著，32%熱能＋68%紅外光能，比傳統碳系材料的能量提升了30%，遠遠優于其他發熱材料，安全性也比其他金屬加熱片更高，在柔性發熱領域優勢明顯。

二、研究現狀

在功能性嬰兒睡袋的研究方面，目前市場現有的設計都離不開其通用功能、健康檢測等形式[3]，在結構與面料優化的基礎上，實現穿脫方便、穿著舒適的效果。目前在石墨烯智能溫控兒童服裝或是嬰幼兒服裝方面都沒有過多的研究，可以參考的研究是已有的恒溫睡袋，可探究恒溫睡袋的優缺點來分析石墨烯在其基礎上的應用問題。通過文獻搜集，主要了解到恒溫睡袋之所以恒溫，是因為夾棉的纖維里包裹一種變相材料的微膠囊，這種微膠囊是微米到納米級別的尺寸，人的肉眼是無法觀測的。基于相變材料，在人體熱的時候，包裹在微膠囊里的相變材料會融化吸收熱量，冷的時候，會凝固放出熱量，通過這種循環方式來形成恒溫的效果。但其溫度控制無法解決夜間睡眠所帶來的溫度降低等問題，因此石墨烯智能溫控系統就有了優勢。

三、設計思路

選擇嬰兒睡袋這一思路開展研究，主要源于睡眠是兒童生長發育的重要保證，尤其對嬰幼兒而言，完善的睡眠對中樞神經系統的發育和成熟有著非常重要的作用。嬰幼兒時期睡眠占據了其一半以上的時間，且嬰幼兒的生長發育、器官成熟都是在睡眠期間完成的。嬰幼兒在睡覺時手腳好動，尤其是下肢的活動范圍很大，并不能保持相對穩定的睡姿，采用嬰幼兒睡袋是解決嬰幼兒睡眠問題的最好方法。同時，0-1 歲的嬰幼兒成長極為重要，父母將更多的時間花費在孩子的飲食、活動、心理活動上，在夜間由于父母需要睡眠無法時刻照看孩子，以致于孩子容易著涼、感冒發燒。這樣一款設計就可以很好地改善目前存在的問題，解決很多父母憂慮的問題。將整件嬰兒睡袋設計成可拆卸形式，夏季冬季均可使用。石墨烯發熱薄膜與嬰兒睡袋相結合，同時采用嵌入式的方法來實現緊固，這樣在使用時不需要較長的導線，貼合度較高[4]，表面設計用竹纖維等天然面料，里料采用可拆卸蠶絲面料，具有防霉防蛀和透氣舒適的功能。

四、設計過程

本文從功能性與時尚性相結合的角度開發了這款石墨烯可拆卸智能溫控嬰兒睡袋，其示意圖見圖1。

圖1 嬰兒睡袋

如圖1 所示，產品主要款式設計亮點在于可拆卸、兩用型睡袋。開口方式采用拉鏈設計，與傳統嬰兒睡袋不同的是在拉鏈里層加入一層墊布，防止嬰兒皮膚的劃傷；袖子上運用可拆卸設計，連接方式上采用暗扣設計，可根據不同季節需求進行穿戴，暗扣設計也使孩子在穿脫上更安全，不會造成皮膚擦傷。帽子、腳口的可拆卸裝置可以保證嬰兒頭部、腳的保暖，在日常穿著時，將其拆卸下來穿著即可。為滿足嬰幼兒的體型特征以及生理需求，將襠部下落，保證其穿著紙尿褲的舒適度，同時為實現嬰兒睡袋的多功能性，產品設計成兩用型。白天穿著時運用分腿式設計，夜間為保證嬰兒睡眠質量可運用被式設計。在嬰兒睡袋的腹部、腳部、背部運用石墨烯發熱片，保證了重要部位的保暖性，同時降低成本，將加熱片通過一根USB接口進行銜接，在睡袋的右側腿部處設置密封性口袋放置充電寶，由于這個時期的嬰兒主要動作為爬行、反轉，因此該設計在這里不會對嬰幼兒造成過大的負擔。在面料的里層加入感溫條設計，方便家長實時監控孩子的體溫、舒適性以判斷是否需要加衣、減衣等等。

五、結語

本文對石墨烯智能溫控可拆卸嬰兒睡袋進行了詳細的分析，通過智能溫控與可拆卸功能的結合，實現了健康監測、保暖輕便、穿脫方便的三合一。