Juuksed aitavad meil kuuma ilmaga jahedana hoida, näitab infrapunauuring – Physics World

Juuksed jahutavad kuuma ilmaga pead, hoides samal ajal peanaha külmas soojana – selgub uuest uuringust, mis käsitleb juuste ja infrapunakiirguse vastasmõju. Uuringu viisid läbi Lõuna-Korea teadlased, kes loodavad, et nende töö inspireerib uute optimeeritud kiirgusomadustega tekstiilide väljatöötamist.

Vaatamata sellele, et pea moodustab vaid 2% tüüpilise inimese massist, kulutab pea umbes 20% keha ainevahetusega põletatavast energiast. Peanaha temperatuur võib olla üle 2°C soojem kui mujal kehas, seega on hea soojusjuhtimine ülioluline – eriti siis, kui päike langeb peanahale.

Juuksed on evolutsiooniline kohanemine, et kaitsta pead nii kahjustava päikesekiirguse kui ka külma eest. Esmapilgul võib tunduda, et selle kaitse hind piirab keha võimet hoida kuumadel päevadel pead jahedana, kiirgades peanahast soojust.

Kiirgusomadused

Nüüd aga materjaliteadlane Gunwoo Kim ja tema kolleegid Korea tööstustehnoloogia instituut Yeongcheonis on selle seisukoha vaidlustanud, uurides juuste kiirgusomadusi. Lisaks juuste infrapuna omadustele ülevaate saamisele on meeskond uurinud ka seda, kuidas need mõjutavad peanaha soojendamist ja jahutamist erinevatel välistemperatuuridel.

Juuksed koosnevad kolmest radiaalsest kihist, millest keskmine kiht (koor) on ülekaalukalt kõige paksem. Ajukoor koosneb põimunud kimpudest, mis on valmistatud peamiselt keratiinvalgust ja õhutaskutest, mis annavad juustele mehaanilised omadused, näiteks tugevuse. Välimist kihti nimetatakse küünenahaks, mis koosneb mitmest õhukeste lamedate rakkude kihist, mis kattuvad nagu katusekivid.

Peamine päikesekiirguse neelaja juustes (ja nahas) on pigment melaniin. See on orgaanilise aminohappe polümeer, millel on rõngad, mis neelavad laia spektri kiirgust lähi-infrapuna ja ultraviolettkiirguse vahel.

Juuksemudelid

Kimi töörühm uuris, kuidas juuste füüsikalised ja keemilised omadused mõjutavad nende neelduvust (mis on sama, mis on nende emissioon vastavalt Kirchoffi soojuskiirguse seadusele), peegeldusvõimet ja läbilaskvust erinevatel lainepikkustel. Seda tehti matemaatilisi mudeleid kasutades ja kohalikust salongist saadud mustade juustega (mis on rikas melaniiniga).

Nad leidsid, et juukseproovid neelasid ligikaudu 80% langevast valgusest infrapuna lainepikkusel 1 μm, mis on päikesekiirguse maksimaalne intensiivsusega lainepikkus. Töörühm uuris ka juukseproove, millest melaniin oli pleegitamise teel eemaldatud. Nendes proovides oli neeldumine umbes 40%. Meeskond kordas oma mõõtmisi infrapunavalguse jaoks 10 μm juures, mis ei ole päikesevalguse oluline komponent. Pärast melaniini pleegitamist leidsid nad, et neelduvus (ja emissioon) jäi sellel lainepikkusel ligikaudu 90%. Seda seetõttu, et kiirguse neeldumine sellel lainepikkusel on suuresti tingitud keemilistest sidemetest muudes molekulides kui melaniini – molekulides nagu keratiin.

Järgmisena leotasid teadlased karvu vees. Nad leidsid, et neeldunud päikese lainepikkusega kiirguse osakaal langes märkimisväärselt, samas kui 10 μm juures neeldunud kiirguse osakaal oli suhteliselt muutumatu.

Pooride hajutamine

"Inimese juuste poorid on peaaegu 1 μm," ütleb Kim, "Need poorid on infrapuna-lähedases piirkonnas hajumiseks väga spetsiifilised... Päikesekiirguse täielikuks blokeerimiseks vajame suure pikkusega juukseid, aga kui me hajutame kiirguse sees. materjali saame kiirguse täielikult blokeerida, ilma et oleks vaja sellist materjali mahtu."

Pooride ja servade täitmine veega oli ära hoidnud murdumisnäitaja järsud muutused ja seeläbi vähendanud hajumist, mis on vajalik lähiinfrapunakiirguse teepikkuse suurendamiseks juustes. Pikematel lainepikkustel, mida inimkeha tõenäoliselt soojusena kiirgab, ei hajunud lained, vaid neeldusid ja kiirgasid uuesti. Meeskond otsustas uurida 10 μm kiirgust, kuna see asub atmosfääri "läbipaistvusakna" keskel. "Me nimetame seda nähtust kiirgusjahutuseks, kuna saame selle kiirguse hõlpsalt kosmosesse kiirata," ütleb Kim.

Jääkaru karusnahk inspireerib päikesesoojustekstiile

Seejärel viisid teadlased läbi välikatsed. Nad leidsid, et külmal päeval oli juustega kaetud sünteetilisest nahast proov soojem kui paljas nahk. Soojal päeval jäi aga karvaga kaetud sünteetiline nahk jahedam. Teadlased soovivad nüüd välja töötada bio-inspireeritud tekstiile, mis põhinevad punktis a kirjeldatud põhimõtetel uurimistööd kirjeldav paber in Riikliku Teaduste Akadeemia menetlus.

Luis Ruiz Pestana on nanostruktureeritud materjalide modelleerimise ekspert USA-s Miami ülikoolis. Ta rääkis Füüsika maailm  et need tulemused on nii muljetavaldavad kui ka mõistatuslikud.

"Tõeliselt ainulaadne pole see, et te neelate UV-valgust, vaid need juuksed näivad infrapunakiirgust väga hästi kiirgavat," ütleb ta. "Nii et põhimõtteliselt saate selle UV-valguse, neelate selle ja vabastate selle infrapunaspektris."

Ta on aga hämmeldunud külma temperatuuri käitumisest, mille kohta teadlased annavad andmeid, kuid vähe selgitusi: "Ma ei saanud üldse aru, [kuidas] juuste arhitektuur võimaldab infrapunal naha ja atmosfääri vahele jääda." ta ütleb: "Nii et esimene osa on väga selge, teine ​​​​osa mitte nii selge."

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/