Lasje nam pomagajo ohranjati hladnost v vročem vremenu, razkriva infrardeča študija – Physics World

Lasje hladijo glavo v vročem vremenu, medtem ko ohranjajo lasišče toplo v mrazu – glede na novo študijo o interakciji človeških las z infrardečim sevanjem. Raziskavo so izvedli znanstveniki iz Južne Koreje, ki upajo, da bo njihovo delo navdihnilo razvoj novih tekstilij z optimiziranimi lastnostmi sevanja.

Čeprav glava predstavlja le 2 % tipične človeške mase, porabi približno 20 % energije, ki jo porabi telesna presnova. Temperatura kože glave je lahko več kot 2 °C višja kot drugje po telesu, zato je dobro upravljanje toplote ključnega pomena – še posebej, ko sonce pripeka v lasišče.

Lasje so evolucijska prilagoditev za zaščito glave pred škodljivim sončnim sevanjem in mrazom. Na prvi pogled se morda zdi, da je cena te zaščite omejitev sposobnosti telesa, da v vročih dneh z oddajanjem toplote iz lasišča hladi glavo.

Sevalne lastnosti

Zdaj pa znanstvenik za materiale Gunwoo Kim in sodelavci na Korejski inštitut za industrijsko tehnologijo v Yeongcheonu so izpodbijali to stališče z raziskovanjem sevalnih lastnosti las. Poleg pridobivanja vpogleda v infrardeče lastnosti las je ekipa preučevala tudi, kako ti vplivajo na segrevanje in hlajenje lasišča pri različnih temperaturah okolja.

Las je sestavljen iz treh radialnih plasti, od katerih je srednja plast (skorja) daleč najdebelejša. Korteks je sestavljen iz prepletenih snopov, ki so večinoma sestavljeni iz beljakovine keratina in zračnih žepkov, ki dajejo lasem mehanske lastnosti, kot je njihova moč. Zunanja plast se imenuje povrhnjica, ki je sestavljena iz več plasti tankih ravnih celic, ki se prekrivajo kot strešniki.

Glavni absorber sončnega sevanja v laseh (in koži) je pigment melanin. To je polimer organske aminokisline z obroči, ki absorbirajo širok spekter sevanja med bližnjim infrardečim in ultravijoličnim.

Modeli las

Kimova skupina je raziskovala, kako se fizikalne in kemične lastnosti las združujejo, da vplivajo na njihovo absorpcijsko sposobnost (kar je isto kot njegova emisijska sposobnost po Kirchoffovem zakonu toplotnega sevanja), odbojnost in prepustnost pri različnih valovnih dolžinah. To je bilo narejeno z uporabo matematičnih modelov in s poskusi na črnih laseh (ki so bogati z melaninom), pridobljenih v lokalnem salonu.

Ugotovili so, da so vzorci las absorbirali približno 80 % vpadne svetlobe pri infrardeči valovni dolžini 1 μm, kar je največja intenzivnost valovne dolžine sončnega sevanja. Ekipa je preučevala tudi vzorce las, iz katerih je bil melanin odstranjen z beljenjem. V teh vzorcih je bila absorbanca okoli 40 %. Ekipa je ponovila svoje meritve za infrardečo svetlobo pri 10 μm, ki ni pomembna komponenta sončne svetlobe. Po beljenju melanina so ugotovili, da je absorpcijska (in emisivnost) pri tej valovni dolžini ostala okoli 90 %. To je zato, ker je absorbanca sevanja pri tej valovni dolžini v veliki meri posledica kemičnih vezi v molekulah, ki niso melanin – molekule, kot je keratin.

Nato so raziskovalci dlake namočili v vodo. Ugotovili so, da se je delež absorbiranega sevanja sončne valovne dolžine znatno zmanjšal, medtem ko je delež sevanja, absorbiranega pri 10 μm, ostal relativno nespremenjen.

Razpršene pore

»Človeški lasje imajo pore, ki merijo skoraj 1 μm,« pravi Kim, »Te pore so zelo specifične za sipanje v bližnjem infrardečem območju ... Za popolno blokiranje sončnega sevanja potrebujemo veliko dolžino las: če pa sevanje razpršimo v notranjost material, s katerim lahko popolnoma blokiramo sevanje, ne da bi potrebovali takšno količino materiala.

Polnjenje por in robov z vodo je preprečilo nenadne spremembe lomnega količnika in s tem zmanjšalo sipanje, potrebno za povečanje dolžine poti skoraj infrardečega sevanja v laseh. Pri daljših valovnih dolžinah, ki jih človeško telo verjetno oddaja kot toploto, pa valovi niso bili razpršeni, temveč absorbirani in ponovno oddani. Ekipa se je odločila za študij sevanja 10 μm, ker je v središču atmosferskega "prosojnega okna". »Ta pojav imenujemo sevalno hlajenje, ker lahko to sevanje zlahka oddajamo v vesolje,« pravi Kim.

Krzno polarnega medveda navdihuje sončno-toplotne tekstilije

Raziskovalci so nato izvedli terenske poskuse. Ugotovili so, da je bil na hladen dan vzorec sintetične kože, prekrite z dlakami, na koncu toplejši od gole kože. V toplem dnevu pa je z dlakami prekrita sintetična koža ostala hladnejša. Raziskovalci zdaj želijo razviti bio-navdihnjene tekstilije, ki temeljijo na načelih, opisanih v a prispevek, ki opisuje raziskavo in Zbornik Nacionalne akademije znanosti.

Luis Ruiz Pestana je strokovnjak za modeliranje nanostrukturnih materialov na Univerzi v Miamiju v ZDA. Povedal je Svet fizike  da so ti rezultati hkrati impresivni in begajoči.

"Resnično edinstvena stvar ni, da absorbirate UV svetlobo, ampak se zdi, da so lasje res dobri pri oddajanju v infrardečem sevanju," pravi; "Torej v bistvu dobiš to UV svetlobo, jo absorbiraš in sprostiš v infrardečem spektru."

Vendar pa je zbegan zaradi obnašanja pri nizkih temperaturah, za kar raziskovalci zagotavljajo podatke, vendar le malo pojasnil: "Sploh nisem razumel [kako] arhitektura las omogoča, da infrardeči žarki ostanejo ujeti med kožo in ozračjem," pravi: "Torej, prvi del je zelo jasen, drugi del pa ne tako jasen."

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/