2018-10-12

從物理學的角度看，人體是個天然紅外輻射源 (infrared radiator)，其輻射頻帶很寬。無論膚色如何，活體皮膚的發射率為 98%，而人體表面的熱輻射波長在 2.5-15μm 範圍，峯值波長約在 9.3μm 處，其中 8-14μm 波段的輻射約佔人體總輻射能量的 46%。又根據 Kirchhoff『s law 可知，人體同時也是良好的紅外吸收體 (infrared absorber)，吸收波長以 8-14μm 為主。紅外輻射吸收的機制主要是光譜匹配共振吸收 (resonant absorption)，即當輻射源的輻射波長與被輻射物的吸收波長相一致時，該物體就會吸收大量的紅外輻射。(註：根據維恩位移定律，2897/9.3-273=38.5℃)

紅外輻射的波長較長，量子能力 (quantum energy) 低，因此其主要效應是「熱」，對人體來說，「熱」是能量到達或進入人體組織溫度升高而引起的感覺。在紅外輻照下，人體吸收紅外輻射的部分主要是皮膚和皮下組織，用長、短波紅外輻射輻照人體發現，人的皮膚與皮下組織升溫程度較肌肉多將近一倍 (8℃vs 4℃)，但以皮膚與皮下組織進一步比較，皮膚吸收較多長波紅外輻照 (遠紅外、8-12μm)。從另個角度去比較，皮膚在長、短波輻照後有 3℃ 的差別，但皮下組織和肌肉 (10mm以下深度) 兩者的熱效應並無明顯差別。這是因為紅外輻射主要到達皮膚層，短波紅外輻射可能是直接透過皮下組織，到達血管、淋巴管、神經末梢及其它組織，而長波紅外輻射則是藉助於傳導和血液循環方式到達深部組織。研究還顯示，輻照停止後，肌肉和皮下組織的溫度還繼續上升，這是由於被加熱的皮膚繼續向深部組織傳遞熱量導致。可知各種波長的紅外輻射輻照人體時，其能量能在皮膚和皮下組織中被吸收轉變成為熱。

補充這些信息並非全面否定我先前提出：遠紅外線穿透深度小，恐效果不彰的答案！畢竟這是以紅外線直接照射人體皮膚的實驗，跟做成化學纖維穿在身體的情境是不一樣的，再加上衣物不見得完全貼身。我們再根據：吸收能＝發射能+透射能＝入射能-反射能的公式，當吸收太陽能時，假定第一層纖維的發射率為 88%，第二層皮膚的發射率是 98%。這裡涉及光子的「吸收再發射」的原理，第一層纖維的透射率通過以往物理實驗得知，遠紅外線對於 1mm 的玻璃之透射率約為 8%、而單層棉質布料也僅有 5% 的透射率，這樣就可以推導出反射率在 100%-88%-5% = 7%。

所以說，遠紅外線纖維的能量來源大部分是來自人體肌膚髮射出來的紅外線，其作用機理是人體肌膚散發熱能，能量經紡織品的遠紅外線材料吸收後，轉化並釋出遠紅線，再回補至人體肌膚。不過，這時候又得考慮「熱量平衡」的問題，在溫度不同的物體之間，熱量總是由高溫物體向低溫物體傳遞。人體溫度在 36.8±0.4℃，這種能量等級跟太陽直接照射差很大，所以我才會說遠紅外織物做服裝，一般來說只能使人的體感溫度升高 2-5℃ 的真正原因 (再跟上面計算的 38.5℃ 做比較，差異不到 2℃)。這還不包括因衣物厚度及如果不是貼身使用時，遠紅外線紡織品仍會吸收少量產的體熱，但轉化釋放出的遠紅外線卻會受到阻隔，無法回補到人體，導致降低遠紅外線之強度衰減的問題呢！所以大家不要被不肖業者忽悠了，遠紅外線產品要能有效，還是得靠外部能量供給像是照射式遠紅外線儀器，我自己就買一臺來照射我的十字韌帶斷裂癥狀。

另外，遠紅外線纖維及織物的保健性能測試較為複雜，涉及內容很多，包括皮膚、皮下組織、肌肉及血液循環系統等在遠紅外輻射下的各種生理變化。實際上，遠紅外線對人體的作用很複雜且是多方面的，因此，遠紅外纖維及織物的保健作用的測試，最好是在醫療機構的幫助下完成纔有公信力。但我可以確定的是，通過微商販售的遠紅外線產品絕對不靠譜，至少他們拿不出像樣的測試報告來，又收得那麼貴，這不是做死石墨烯產業嗎？

後記：

假設大氣層不存在，地球接收到的太陽短波輻射等於放射出去的長波輻射，則地球平均溫度約為 -18℃。但是實際上地球平均地面溫度是 15℃，為什麼？這是因為大氣中氣體會吸收長波輻射，所以並非所有地表放射的長波輻射都進入太空。大氣及雲層會吸收地表放出的長波輻射，再將一部份能量向下輻射為下層大氣或地表所吸收。低層大氣吸收較多輻射，所以大氣溫度隨高度遞減。此種作用稱為「大氣效應」( atmospheric effect)，俗稱「溫室效應」(greenhouse effect )。大氣效應是因為空氣不太吸收短波輻射，因此大部分太陽輻射可為地面吸收，但是空氣吸收長波輻射，換句話說，入賬多、出賬少。而溫室內溫度較高，並不是玻璃 (或其他透明材料) 只吸收長波，不吸收短波。真正原因是，溫室內的空氣被加熱後無法與外面較冷空氣混合。但是媒體以訛傳訛，對一般人而言，大氣效應就是溫室效應，這是錯誤的！