Kızılötesi araştırma, saçın sıcak havalarda serin kalmamıza yardımcı olduğunu ortaya koyuyor - Fizik Dünyası

İnsan saçının kızılötesi radyasyonla nasıl etkileşime girdiğine ilişkin yeni bir araştırmaya göre saç, sıcak havalarda kafayı serinletirken, soğukta saç derisini sıcak tutuyor. Araştırma, çalışmalarının optimize edilmiş ışınım özelliklerine sahip yeni tekstillerin geliştirilmesine ilham vereceğini ümit eden Güney Kore'deki bilim adamları tarafından yapıldı.

Tipik bir insan kütlesinin yalnızca %2'sini oluşturmasına rağmen kafa, vücudun metabolizması tarafından yakılan enerjinin yaklaşık %20'sini tüketir. Başın cilt sıcaklığı vücudun diğer yerlerine göre 2°C'nin üzerinde daha sıcak olabilir, bu nedenle iyi bir termal yönetim bu nedenle çok önemlidir - özellikle Güneş kafa derisine vurduğunda.

Saç, kafayı hem zararlı güneş ışınlarından hem de soğuktan koruyan evrimsel bir adaptasyondur. İlk bakışta bu korumanın bedeli, vücudun sıcak günlerde saç derisinden ısı yayarak başı serin tutma yeteneğinin bir sınırı gibi görünebilir.

Radyasyon özellikleri

Ancak şimdi malzeme bilimcisi Gunwoo Kim ve meslektaşları Kore Endüstriyel Teknoloji Enstitüsü Yeongcheon'daki araştırmacılar saçın ışınım özelliklerini araştırarak bu görüşe karşı çıktılar. Ekip, saçın kızılötesi özelliklerine dair bilgi edinmenin yanı sıra, bunların çeşitli ortam sıcaklıklarında saç derisinin ısıtılmasını ve soğumasını nasıl etkilediğini de inceledi.

Saç, orta katmanın (korteks) açık ara en kalın olduğu üç radyal katmandan oluşur. Korteks, esas olarak protein keratinden ve saça dayanıklılık gibi mekanik özellikler kazandıran hava ceplerinden oluşan iç içe geçmiş demetlerden oluşur. Çatı kiremitleri gibi üst üste binen çok sayıda ince, düz hücre katmanından oluşan dış katmana kütikül adı verilir.

Saçtaki (ve derideki) güneş ışınımının ana emicisi melanin pigmentidir. Bu, yakın kızılötesi ve ultraviyole arasında geniş bir radyasyon spektrumunu emen halkalara sahip bir organik amino asit polimeridir.

Saç modelleri

Kim'in grubu, saçın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin bir araya gelerek saçın emiciliğini (ki bu, Kirchoff'un termal radyasyon yasasına göre yayma yeteneğidir), yansımasını ve farklı dalga boylarındaki iletimini nasıl etkilediğini araştırdı. Bu, matematiksel modeller kullanılarak ve yerel bir kuaförden alınan (melanin açısından zengin) siyah saç üzerinde deneyler yapılarak yapıldı.

Saç örneklerinin, güneş ışınımındaki maksimum yoğunluk dalga boyu olan 80 μm kızılötesi dalga boyunda gelen ışığın yaklaşık %1'ini emdiğini buldular. Ekip ayrıca melaninin ağartma yoluyla giderildiği saç örneklerini de inceledi. Bu örneklerde absorbans %40 civarındaydı. Ekip, güneş ışığının önemli bir bileşeni olmayan 10 μm'deki kızılötesi ışık ölçümlerini tekrarladı. Melanin ağartıldıktan sonra bu dalga boyundaki emiciliğin (ve emisyonun) %90 civarında kaldığını buldular. Bunun nedeni, bu dalga boyundaki radyasyonun absorbsiyonunun büyük ölçüde melanin dışındaki moleküllerdeki (keratin gibi moleküller) kimyasal bağlardan kaynaklanmasıdır.

Daha sonra araştırmacılar saçları suya batırdılar. Güneş dalga boyu radyasyonunun emilen oranının önemli ölçüde düştüğünü, oysa 10 μm'de emilen radyasyon oranının nispeten etkilenmediğini buldular.

Saçılma gözenekleri

Kim, "İnsan saçında neredeyse 1 mikronluk gözenekler var" diyor ve şöyle devam ediyor: "Bu gözenekler yakın kızılötesi bölgede saçılmaya çok özeldir... Güneş ışınımını tamamen engellemek için uzun bir saç uzunluğuna ihtiyacımız var: ancak radyasyonu içeriye dağıtırsak malzeme sayesinde bu kadar büyük bir malzemeye ihtiyaç duymadan radyasyonu tamamen engelleyebiliyoruz.”

Gözeneklerin ve kenarların suyla doldurulması, kırılma indeksindeki ani değişiklikleri önledi ve böylece saçtaki yakın kızılötesi radyasyonun yol uzunluğunu artırmak için gerekli saçılmayı azalttı. İnsan vücudu tarafından ısı olarak yayılması muhtemel daha uzun dalga boylarında ise dalgalar dağılmadı, emildi ve yeniden yayıldı. Ekip, atmosferik bir "şeffaflık penceresinin" merkezinde yer aldığı için 10 μm radyasyonu incelemeyi seçti. Kim, "Bu olaya radyatif soğutma adını veriyoruz çünkü bu radyasyonu kolayca uzaya yayabiliyoruz" diyor.

Kutup ayısı kürkü, güneş enerjisiyle çalışan tekstillere ilham veriyor

Araştırmacılar daha sonra saha denemeleri yaptılar. Soğuk bir günde, kıllarla kaplı bir sentetik deri örneğinin çıplak deriden daha sıcak olduğunu buldular. Ancak sıcak bir günde, saçla kaplı sentetik deri daha serin kalıyordu. Araştırmacılar şimdi bir çalışmada özetlenen ilkelere dayanarak biyo-esinli tekstiller geliştirmenin yollarını arıyorlar. araştırmayı anlatan yazı in Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.

Luis Ruiz Pestana ABD'deki Miami Üniversitesi'nde nanoyapılı malzemelerin modellenmesi konusunda uzmandır. Söyledi Fizik dünyası  Bu sonuçların hem etkileyici hem de kafa karıştırıcı olduğunu söyleyebiliriz.

"Gerçekten benzersiz olan, UV ışığını absorbe etmeniz değil, saçın kızılötesi ışık yayma konusunda gerçekten iyi görünmesidir" diyor; "Yani temel olarak UV ışığını alıyorsunuz, emiyorsunuz ve kızılötesi spektrumda salıyorsunuz."

Bununla birlikte, araştırmacıların veri sağladığı ancak çok az açıklama sağladığı soğuk sıcaklık davranışı karşısında şaşkına dönüyor: "Saçın mimarisinin kızılötesi ışının cilt ve atmosfer arasında sıkışıp kalmasına [nasıl] izin verdiğini hiç anlamadım." “Yani ilk kısım çok açık, ikinci kısım o kadar net değil” diyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/