打破砂鍋問到底–#1.石墨烯遠紅外線纖維有用嗎？

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2016-03-21

想了很久，我決定自廢武功，協助大家更了解現有石墨烯產品的功與過，其實這些石墨烯同業做的功課嚴重不足，讓消費者對於石墨烯產生誤解，最終還是傷了石墨烯產業。所以，我決定做壞人，希望能匡正大家對石墨烯的真正認識。

這篇就延續我在前面系列文章：「石墨烯距離商品化的時間還有多久」之光熱篇提到的「石墨烯遠紅外線纖維」開始。那些不去謹慎研究個中機理就胡言亂語的同業可得小心，我已經有備而來，準備接受各方的挑戰了。

我從一開始就斷言現有石墨烯纖維是「發熱纖維」，而不是「遠紅外線纖維」。因為提到「遠紅外線」會涉及理療更要加倍謹慎，不能隨便講講。要了解遠紅外線機理及石墨烯擔任的角色，我們才能宣稱有這個功效。

從醫學的角度講，人體是一個生物體，從物理學的角度看，人體是一個天然的紅外輻射源，其輻射頻帶很寬。無論膚色如何，活體皮膚的發射率為 98%。人體表面的熱輻射波常在

2.5~15μm 範圍，峰值波長約在 9.3μm 處，其中 8-14μm 波段的輻射約佔人體輻射能量的 46%，或許這就是 DOI:10.1038/nphoton.2013.57. 所謂：石墨烯能吸收高達於 40% 遠紅外線及微波頻率範圍的光。

根據 Kirchhoff』s Law 可知，人體同時又是良好的紅外吸收體，吸收波以 8~14μm 為主，剛好是在遠紅外線波段。紅外輻射吸收的機制是通過人體組織中 C－H、O－H鍵伸縮振動，C－C、C＝C、C－O、C＝O 鍵及C－H、O－H 鍵彎曲振動對應的諧振波，大部分在 3~6 μm 波段。若輻射能促進上述的伸縮和彎曲振動的話，大約 2~20.3 μm 波長的遠紅外輻射效果最好。

身體的熱﹦熱的產生﹣熱蒸散＋（幅射＋傳導）。代謝過程所產生的熱主要靠輻射及熱蒸散，熱蒸散約佔總散熱量的 20％，人體體溫很少是以傳導的方式散失到外界。人體的表面積約為 2 平方米，皮膚和大多數衣物（非金屬材質）中，遠紅外線熱發射率基本相同。人體的體度是恆定的，其體內溫度維持在 37℃，皮膚的溫度大概為 33℃，但在約為 20℃ 的環境溫度影響下，衣物會使體表溫度降為大約 28℃。

以人體一天所放出的總能量大約為 9000 KJ (或 2000Kcal)，人體消耗的熱量中「基礎代謝率」約佔人體總熱量消耗的 65~70％，約等於一名 70 公斤的人，1 天需要的基礎熱量消耗是 1440 Kcal（以2平方米為基準）。

另外，身體組織的比熱為 0.83 Kcal╱kg╱℃，若一個人的體重為 70 公斤，則必須儲存 58

Kcal 的熱，才能增加體溫 1℃。在 R = 0.82 時，一升氧的消耗可產生 4.83 Kcal 的熱。因此，安靜時代謝的熱產生大約每分鐘為 1.45Kcal (= 0.3L*4.83 Kcal╱LO2) 或 87 Kcal╱hr。如果熱不散發，體溫可能在一小時內上升 1.5℃。註：R為輻射熱交換熱 (Kcal╱hr)。

我們首先來計算人體發射的輻射能量。若以石墨烯吸收高達於 40% 遠紅外線 (事實上因為摻雜率低，效果並不太可能好)，則 1400 Kcal * 40% * 0.98 = 548.8 Kcal

以目前陶瓷遠紅外線纖維一般可使人的體表溫度升高 2~5℃ 計 (取 4℃)，則
70 kg * 0.83 Kcal╱kg╱℃ * 4℃ = 337.6 Kcal
但如果以體度 37℃ 散熱降到體表溫度 28℃ 來看，則
70 kg * 0.83 Kcal╱kg╱℃ * 9℃ = 522.9 Kcal

理論上，人體發射輻射能若完全經過遠紅外線纖維吸收、再發射是可以滿足能量平衡狀態的。但由於熱蒸散損失的部分，所以不足的能量需要從燈光或太陽光來補充。

市面上遠紅外線治療機通常用 250W、距離 20 公分照射 20 分鐘來達到遠紅外線理療功效，通常體表溫度會達到40℃，所以才會說遠紅外線纖維效果根本很有限。而且體表溫度要高於 35℃ 才會吸收遠紅外線。問題來了，這麼高的溫度如果不通風穿著一天，誰會受得了呢？所以，不要再迷信遠紅外線內衣了，至於遠紅外線護腰也是要穿戴一天才有效果，一樣的道理你會買嗎？