远红外线的物理基础 ,应用

远红外线的物理基础 ,应用 淮阴师范学院毕业论文(设计) 淮阴师范学院 毕 业 设 计 说 明 书 学生姓名 王华 学 号 170803038 院 (系) 物理与电子学院 专 业 光学工程 题 目 远红外技术的物理基础研究 王之国(教授) 指导教师 2012 年 4 月 1 淮阴师范学院毕业论文(设计) 摘 要:本文叙述了红外线的发现过程，说明了经过几个世纪很多科学家努力的发现、研究、开发与应用，红外线技术正作为一个崭新的角色出现在世人身边，逐渐改变着世界，为人民所用，为人民造福。原子的电子轨道跃迁导致产生的红外线比红光具有更大的热作用，穿透能力也很强，这使得它被用来为人类解决疾病和疾病带来的痛苦。更新，更实用的红外线技术也陆续被研究和应用。红外线技术在汽车安全方面的应用也是当下比较热门的话题。未来红外技术必会改变着社会。 关键词: 红外线，“生命光波”，黑体辐射，电磁波，共振，微循环系统，模块化 2 淮阴师范学院毕业论文(设计) Abstract:This paper describes the discovery process of the (Far-)infrared, indicating that the discovery, research, development and application efforts of many scientists over the centuries ，(Far-)infrared technology is as a new role in the world around, gradually changing the world, for the people, for the benefit of the people.Has a greater role in the thermal atomic electronic orbital transition resulted in the (Far-)infrared than red, is also very strong penetrating power, which makes it be used to solve the pain caused by illness and disease to the human.Updated, more practical (Far-)infrared technology are starting to research and application.The application of (Far-)infrared technology in automotive safety is the current hot topic.(Far-)Infrared technology will change society. Keywords:Far-infrared, "Light of life", Blackbody radiation, Electromagnetic waves， Resonance，Microcirculatory system，Modular 3 淮阴师范学院毕业论文(设计) 目 录 1 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2 红外线 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.1 红外线的发现 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2 什么是红外线 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.3 远红外线的发现 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.4 什么是远红外线 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3 红外线的物理基础 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.1 红外线的划分方式 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 3.2 哪里有远红外线 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 3.3 远红外线产生原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 3.4 产生远红外线的方法 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 3.5 常用发生远红外线的材料和产品„„„„„„„„„„„„„„„ 8 3.6 远红外线的特征与作用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.7 生命物质与红外辐射的关系„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.8 远红外线对人体的作用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 4 红外线应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 4.1 保健领域 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 4.2 远红外线衣料带来的温暖„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 16 4.3 远红外丙纶针织物性能的研究与 „„„„„„„„„„„„ 17 4.4 远红外涤纶Viloft氨纶保暖功能服装面料开发 „„„„„„„„ 18 4.5 远红外技术“暗”中相助 夜间驾驶更安全更舒适 „„„„„„„ 18 结论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 20 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 致谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 4 淮阴师范学院毕业论文(设计) 1 绪论 也许太阳光线太平凡了，以至于你会觉得自己很了解它，但是当你拿出三棱镜，就傻了。也许你觉得夏天太热，冬天太冷，太阳就这么简单，但是知道几个世纪来科学家们所获得的相关成果你就会知道什么叫“没有太阳就没有生命”。 2 红外线 2. 1 红外线的发现 红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射,他将太阳光用三棱镜分解开，经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色的光线(光谱)。在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论:太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒界。 2. 2 什么是红外线 太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75,1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1),(2.5-3)μm之间;中红外线，波长为(2.5-3),(25-40) [1]μm之间;远红外线，波长为(25-40),l000μm 之间。 近红外线或称短波红外线，波长0.76,1.5微米，穿入人体组织较深,约5,10毫米;远红外线或称长波红外线，波长1.5,400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。 红外线属于电磁波的范畴，是一种具有强热作用的放射线。肉眼看不到红外线，任何物体都发射着红外线。热物体的红外线辐射比冷物体强。 2. 3 远红外线的发现 公元1666年牛顿发现光谱并测量出3,900埃,7,600埃(400nm,700nm)是可见光的 5 淮阴师范学院毕业论文(设计) 波长。西元1800年德国科学家"霍胥尔"发现太阳光中的红外线外侧所围绕著一种用肉眼无法看见的光源，波长介於5.6-1000UM的「远红外线」，经过这种光源照射时，会对有机体产生放射、穿透、吸收、共振的效果。美国太空总署(NASA)研究指出，在红外线内，对人体有帮助4-14微米的远红外线，能渗透人体内部15CM，从内部发热，从体内作用促进微血管的扩张，使血液循环顺畅，达到新陈代谢的目的，进而增加身体的免疫力及治愈率。 但是根据黑体辐射理论，一般的材料要产生足够强度的远红外线，并不容易，通常必须藉助特殊物质作能量的转换，将它所吸收的热量经由内部分子的振动再发放较长波长 [2]的远红外线出来。1800年4月24日英国伦敦皇家学会(ROYAL SOCIETY)的威廉?赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不可见的延伸光谱，具有热效应。紫外线是1801年由RITTER用氯化银(Silver chloride)感光剂所发现的。底片所能感应的近红外线波长是肉眼所能看见光线波长的两倍，用底片可以记录到的波长上限是13,500埃，如果再加上其它特殊的设备，则最高可以达到20,000埃，再往上就必须用物理仪器侦测了。 2. 4 什么是远红外线 太阳光线大致可分为可见光及不可见光。可见光经三棱镜后会折射出紫、蓝、青、绿、黄、橙、红颜色来。红光外侧的光线是不可见光,波长由0.76-1000微米,称为红外光。当中4-400微米的波长称为远红外光,其中90%的波长介乎8-14微米,科学家称之为生命光线,因为这段波长的光线,与人体发射出来的热能波长相近,同时具备了渗透性、分子共振性、能促进动物及植物的生长。 远红外线是一种电磁波，类似于微波和X射线，但不同的是每一种波所携带的能量的不同，其中远红外线占据太阳辐射能量的72%。远红外线的波长范围为4μm-1000μm,科学家将不同波长范围的红外线分为近红外、中红外和远红外区域，称为近红外线、中红外线及远红外线。远红外线是红外线范围波段最宽的。(如下图所示) 6 淮阴师范学院毕业论文(设计) 几十年前，航天科学家对处于真空、失重、超低温、过负荷状态的宇宙飞船内的人类生存条件进行调查研究，得知太阳光当中波长为8~14微米的远红外线是生物生存必不可少的因素。因此，人们把这一段波长的远红外线称为“生命光波”。这一段波长的光线，与人体发射出来的远红外线的波长相近，能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共振”，同时具备了渗透性能，有效地促进动物及植物的生长。 3 红外线的物理基础 3. 1 红外线的划分方式 红外线分类 近红外线区 中间红外线区 远红外线区 按大气的三个波段划分 1,3微米 3,5微米 8,14微米 按红外光谱划分 1,3微米 3,40微米 40,1000微米 医学领域 0.76,3微米 3,30微米 30,1000微米 医用红外线可分为两类:近红外线与远红外线。近红外线或称短波红外线，波长0.76,1.5微米，穿入人体组织较深,约5,10毫米;远红外线或称长波红外线，波长1.5,400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。(但在实际应用中通常把2.5微波以 [3]上的红外线通称为远红外线。) 3. 2 哪里有远红外线 自然界有无数的远红外放射源:宇宙星体、太阳、地球上的海洋、山岭、岩石、土壤、 7 淮阴师范学院毕业论文(设计) 森林、城市、乡村、以及人类生产制造出来的各种物品，凡在绝对零度(-273?)以上的环境，无所不有地发射出不同程度的红外线。现代物理学称之为热射线。由能量守恒定律得知，宇宙的能量不能发生，也不会消失，只可以改变能量的方式。热能便是宇宙能量的一种，可以用放射(辐射)、传导和对流的方式进行转换。在放射的过程中，便有一部份热能形成红外线。红外线放射速度与可见光线相同，而且能够像光一样直线前进;如果使用反射板，便能改变它的传导方向。 3. 3 远红外线产生原理 远红外线是电磁波的一种，它来自太阳光线及远红外线辐射性物质而来，当远红外辐射物质的分子吸收外界能量之后，外层电子受到激发并释放远红外线。 当稳定状态的原子受到加热或电磁照射后，会因外界赋予能量产生电子激发，此时电子由i=k轨道移动到i=L轨道，再移回i=k轨道，期间会释放出能量。而特定物质会以放射红外线形式释放出能量。(下图所示) 任何物质于绝对零度(-273 ?)以上，皆会吸收与发放远红外线，但其波长及强度各异。唯充当加热用之远红外发射物质，首要条件需能耐高温、吸高热能，而且放射率要高。 [3]放射体的温度愈高或其放射率愈大，则放射能量也就愈高。 3. 4 产生远红外线的方法 产生远红外线主要方法选择热交换能力强、能放射特定波长远红外线的材料，然后加工制造成各种形式、各种用途的的产品。远红外线纤维产品所采用的材料能有效放射5.6um-15um的远红外线，占整体波长90%以上。 3. 5 常用发生远红外线的材料和产品 常用发生远红外线的材料和产品有如下种类: 8 淮阴师范学院毕业论文(设计) 1(生物炭 例如高温竹炭、备长炭、竹炭粉、竹炭粉纤维以及各种制品等。 2(碳纤维制品 例如用来取暖的碳纤维地暖片、碳纤维发热电缆、碳纤维暖气片等，通电后的碳纤维中的碳分子做“布朗运动”，在产生热量的同时，会产生85%左右的远红外线来辐射热量。 3、电气石 例如电气石原矿、电气石颗粒、电气石粉、电气石微粉纺织纤维以及各种制品等。 4、远红外陶瓷 例如利用电气石、神山麦饭石、桂阳石、火山岩等高负离子、远红外材料按照不同的比例配各种用途的陶瓷材料，再烧制成各种用途的产品。 5、远红外陶瓷制品 例如远红外陶瓷球、陶瓷装饰建材、陶瓷涂料、陶瓷酒具餐具、陶瓷灯具、陶瓷工艺品、陶瓷微粉纺织纤维、陶瓷能量板、家用电器陶瓷元件等等。 6、玉石 含有各种微量元素，如钙，镁，锌，硒，锰等对人体有益矿物质，加热后具有更多的有益于人体的远红外线。中国自古就有“人养玉，玉养人”之说。 7、金属氧化物及碳化硅 致密多孔的金属氧化物薄膜如氧化铝、氧化铜、氧化银，以及疏松多孔的碳化硅物质，在温度高于150摄氏度时发出的远红外线，波长主要集中在8~13微米，是石英管)红外线灯泡)线管之类产品始终无法达到的。 广西地区地质结构奇特，远古时代火山活跃，稀散矿物和特种矿物资源极其丰富。随着当今世界环保和健康潮流的兴起，各种性能奇特的非金属矿物材料已经成为当前热门的远红外材料家族的主要成员。 3. 6 远红外线的特征与作用 1.远红外线是一种不可视光线,是太阳光中一种较长的电磁波。2.远红外线具有光线的直进性、屈折性、反射性、穿透性。它的辐射能力很强,可对对象物直接加热而不使空间的气体或其它物体升温。 3.远红外线能被与其波长范围相一致的各种物体吸收,产生共振效应与温热效应。 4.远红外线具有较强的渗透性,它能渗透到人体皮下1毫米处,然后通过介质传导和血液循环使热量深入到细胞组织深处。 5.据日本资料所载,美国太空总署(NASA)等机构研究表明,远红外线中4—16微米波长 9 淮阴师范学院毕业论文(设计) 带的频率与生物细胞中水分子律动频率相同,极易被吸收,从而由内向外辐射热能活化细胞组织。根据研究人员多年的研究结果发现4—16微米波长的温热效应较高,比较理想。 [3]能够将能量100%转换为电磁波能量之物质(即:无能量之损失)，称之为黑体。所谓发放率(通常以ε表示)，算式是在同一条件下比较其物质与黑体发放量之比值: [5]而实际情况係0<ε<1 之关係。ε愈接近1，表示能量对电磁波之转换愈理想。 当4μm~14μm波长的电磁波照射大水分子团，会诱使大水分子团共震分散，造成大 [3]水分子团细化。 4μm~14μm电磁波对人体与水分子的影响 当电磁波能量终止，细化后的水分子团或单水分子将会慢慢回復聚成水分子团。 3. 7 生命物质与红外辐射的关系 1.合成脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸的原料三磷酸腺苷分子中的高能磷酸键所释 [4]放的量子能量为42-50千焦耳(0.44eV)，恰好与2-3微米红外的光子能量相当。 2.占人体重量60%-70%的体液中的水分子的氢键键能，相当于2-7微米的红外光子的能量。而氢键在生命物质中至关重要，它对于生命物质结构和性能的稳定，维持正常生命 [4]活动具有重要意义。 3.人体细胞生长繁殖是以脱氧核糖核酸即DNA的合成、复制为基础的。而作为生物大分子的DNA是双螺旋结构，其中含有大量氢键。DNA的分解或合成由其氢键的断裂或结合所引起，而此两种氢键能约为0.48eV和0.28eV，相应波长分别为26微米和44微米，相 [4]应的光子能量也正好处在红外光谱范围内。 4.蛋白质酶等生物大分子中含氢化学键的伸缩振动的光谱吸收峰也在25微米红外区[4]。 10 淮阴师范学院毕业论文(设计) 5.遗传物质DNA分子中的激发态的能量也处于红外波段。2-3微米的红外光子容易产生频率相同而方式多样的激发。这种激发有利于DNA进行复杂灵活、精确而又谐调的能量 [4]转移，在遗传信息的储存和传递，分子特异性的表达中发挥重要作用。 6.人体组织中的O--H键伸展，C--H键伸展，C-C、C=C、C-O、C=O、键及H2O键弯曲 -6微米波段。相应的红外辐射的振动，上述这些生物键的对应的谐振波长长大部分落在3 [4]可以有选择地激活单个的分子组织。并引起极复杂的变化过程。 3. 8 远红外线对人体的作用 科学家们发现世上任何物体都能发射红外线，只是发射波长不一样。生命科学研究证实，人体本身所发射5.6um-15um远红外线占总能量的整个人体50%以上。所以当远红外线照射人体时，其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时，引起共振效应，促进身体健康。 红外线是在所有太阳光中最能够深入皮肤和皮下组织的一种射线。远红外线还对于血液循环和微循环障碍引起的多种疾病均具有改善和防治作用。 此外，对人体内的一些有害物质，例如食品中的重金属和其它有毒物质、乳酸、游离脂肪酸、脂肪和皮下脂肪、钠离子、尿酸、积存在毛细孔中化妆品残余物等，就能够藉助代谢的方式，不必透过肾脏，直接从皮肤和汗水一起排出，可避免增加肾脏的负担。 一般来说，燃料燃烧、电热器具热源等放出的红外线多属于近红外线，由于波长较短，因此产生大量的热效应，长期照射人体后会产生灼伤皮肤及眼睛水晶体等伤害。波长更短的其它电磁波如紫外线、X射线及γ射线等，会使原子上的电子产生游离，对人体更有伤害作用。远红外线则不然，由于波长较长，能量相对较低，所以使用时相对较少烫伤之危害。 远红外线和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01至0.1厘米，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。 1(令水分子活性化，提高身体的含氧量 人体约70%是水分(血液的水分比率更高达80% 若血气不足，血液中的水分子便集结成惰性水(即四个氢分子和一个氧分子结合)，不能通过细胞膜。远红外线能使水分子产生共振，变成独立水分子(即两个氢分于和一个氧分子结合)，提高身体的含氧量，细胞 11 淮阴师范学院毕业论文(设计) 因而能恢复活力，精神更畅旺、头脑更灵活(进而能提高抗病能力，延缓衰老。 2.激活了生物大分子的活性，使生物体的分子处于较高振动状态 这样便激活了核酸蛋白质等生物大小分子的活性，从而发挥了生物大分子调节机体代谢、免疫等活动的功能，有利于机能的恢复和平衡，达到防病治病的目的。 3.改善微循环系统 独立水分子可自由出入细胞之间，远红外作用于皮肤后，再透过共鸣共振，转化为热能，令皮下深层的温度微升，刺激皮肤内热感受器，通过丘脑反射，使血管平滑肌松弛，血流速度加快，微丝血管扩张;微丝血管开放愈多，心脏的压力便可减少，微丝血管的功能是向人体60兆个细胞供应氧气和营养，同时将新陈代谢产生的废物排出体外。另一方面，由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力降低，浅小动脉，浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环加快，血液循环得以改善。若微循环系统出现毛病，会导致多种毛病，包括高血压、心血管疾病、肿瘤、关节炎、四肢冰冷麻痹等。成年人微丝血管的总长度可围绕地球三周，被称为人体的第二个心脏，可见其重要。 4(促进新陈代谢 微循环系统若得到改善，新陈代谢产生的废物便可迅速排出体外，减轻肝脏及肾脏的负担。这些废物包括引致癌症的重金属:引致疲劳及老化的乳酸、游离脂肪酸和皮下脂肪;引致高血压的钠离子，以及引致疼痛的尿酸。如果人体的新陈代谢发生紊乱，引起体内外物质的交换失常，那么，各种疾病将会不约而至，诸如水和电解质代谢的紊乱，将给生命带来危险;糖代谢紊乱所致的糖尿病;脂代谢紊乱引起的高脂血症，肥胖症;蛋白质代谢紊乱引起痛风等等。通过远红外热效应,可以增加细胞的活力调整神经液机体,加强新陈代谢，使体内外的物质交换处于平稳状态。 5(平衡身体的酸碱度 远红外线能净化血液，改善皮肤质素、预防因尿酸过高而引致骨络关节疼痛。 远红外线的产品包括内衣裤、护腰、护膝、床垫、枕垫和被等。主要的功能是促进身体不同部位的的血液循环，预防酸痛不适，消除疲劳，以及预防疾病，例如风湿性关节炎、骨质增生、肩周炎、颈椎炎、腰痛、手脚麻痹等。 有出血倾向者应禁用:怀疑有恶性肿瘤的部位应慎用远红外线治疗;心血管功能不全者穿着有远红外线的保暖内衣，还有可能引发心律不齐或心绞痛:新伤疤疤痕也要避免接触远红外线，否则会促进其增生。 6(提高人体免疫功能 免疫是人体的一种生理保护反应，它包括细胞免疫和体液免疫两种，对人体防御功能 12 淮阴师范学院毕业论文(设计) 和抗感染作用有极其重要的作用。经临床观察，远红外保健品确有提高机体的巨噬细胞吞噬功能，增强人体的细胞免疫和人体液免疫功能，有利于人体的健康。 7.具有消炎，消肿的作用 远红外的热作用，通过神经体液的回答反应，消除了炎症的病理过程，原来遭到破坏的生理平衡状态得到恢复，提高了局部和全身的抗病能力，激活了免疫细胞功能，加强了白细胞和网状内皮细胞的吞噬功能，达到消炎抑菌的目的。 远红外的热效应，使皮肤温度增加，交感神经能力减低，使血管活性物质释放，血管扩张，血流加快，血循环改善，增强了组织营养，活跃了组织代谢，提高了细胞供氧量，改善了病灶区的供血氧状态，加强了细胞再生能力，控制了炎症的发展并使其局限化，加速了病灶修复。 远红外的热效应，改善了微循环，建立了侧枝循环，增强了细胞膜的稳定性，调节了离子的深度，促进了有毒物质的代谢及废物的排泄，加速了渗出物质的吸收，导致炎症水肿的消退。 8(镇痛作用 远红外的热效应，降低了神经末梢的兴奋性，血液循环的改善，水肿的消退，减轻了神经末梢的化学和机械刺激。以上种种原因，均起到缓解疼痛的作用。 远红外线由于以上功能和作用，所以对于治疗和辅助治疗的范围是非常广泛的，尤其是对于一些慢性疑难病症，效果极佳。 万物生长靠太阳,人类生存同样离不开阳光,尤其是阳光中的远红外线的照射,更是人类生存每天都离不了的。虽然我们用肉眼看不到它,但天天都受它的恩惠,生命科学证实,人体是一个远红外辐射源,发射的远红外线波长约为5—25微米,最佳吸收波段为4—16微米,构成人体血液中水分子占60%—70%。远红外线极易被水分子吸收,所以当远红外线照射人体时,能量就被生物体所吸收,使皮下组织深层部位温度升高,产生的热效应使水分子被活化,处于高能状态,加速人体所需要的生物酶的合成,同时活化蛋白质等生物大分子,从而增强机体名疫功能,增强人体的生物细胞组织再生能力,加速微循环,加还供给养分和酵素,促进身体健康。 总之，红外对人体生命活动过程起着特殊的作用，能给人体生命活动补充特殊的能量，人的生命一刻也离不开红外 4 红外线应用 红外线在家庭生活中已逐渐占据地位，所谓家电中红外线技术的应用，是指它通过特殊的设计将煤气燃烧所产生的热量转化为无焰燃烧红外线热所辐射传递，由于燃烧方式与 13 淮阴师范学院毕业论文(设计) 传统机理上的革命，使红外线具有普通燃气灶所无可比拟的显著优势:高效节能，环保健康，洁净卫生，安全可靠。就像微波炉，微波炉又称微波烤箱，顾名思义，是一种利用微波辐射来加热食品的烤箱，在炉子的上方侧面装有磁电管，通电后产生微波，微波穿通食物，使食物内分子产生高温振荡、摩擦生热。微波炉比一般烤箱烹制更快捷，并带有温度 —1毫米，最多穿调控系统和定时器。还有一种长波红外线，穿透皮肤的深度一般在0.05透3—5毫米，而短波红外线穿透力强，一般在1厘米。短波红外线如不加防护对人体的眼睛有伤害，可使晶体混浊，蛋白质变化。 由于远红外线具有较好的热效应，会引起一系列的生理效应。如:1、改善人体微循环;2、提高免疫力，提高机体血液中吞噬细胞的吞噬功能，从而提高人体的免疫力和抗病能力;3、具有消炎、消肿的作用;4、有活血镇痛的作用;5、激活生物大分了的活性，活化组织细胞。就像现在市场上的中脉远弘保健内衣就是利用这个原理。 红外线是一种人的肉眼看不见的光线，最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。开始应用到生产上，并形成了一门崭新的技术—红外技术 1887年，人们在实验室中成功地产生了红外线，使人们认识到:可见光、红外线和无线电波在本质上都是一样的。到了20世纪，由于生产实践的需要，推动了各项新技术的发展，红外科学也从实验室走出来，开始应用到生产上，并形成了一门崭新的技术—红外技术。 最近二三十年来，初露头角的红外技术，在各个领域里获得了广泛的应用。 红外线比红光具有更大的热作用，穿透能力也很强，用它来烘干东西既快又好。因此人们常常利用它来干燥飞机、轮船和汽车的油漆。过去，自然干燥常常使油漆物的表面形成一个硬壳，里面的湿气散发不出去，形成一个气泡，影响油漆质量。利用红外线干燥油漆，就没有这个弊病了。红外线穿透能力很强，可以利用它来染合成纤维织物。比如，红外线高温渗透到锦纶织物内部以后，会使锦纶织物的结构发生变化，使得颜料很容易进到纤维内部，把颜料固定在织物上，并把它烘干。这样，人们就能利用红外线把锦纶织物染成各种鲜艳的颜色。 1.远红外技术主要应用于12大产业 (1)电器(发热煮食、人体保暖、发热电器、健康、个人护理及美容) (2)生产机械(利用热力:如注塑机、铸造机械) (3)电子部件(印刷电路板、元件、部件) (4)制衣纺织业，内衣内裤，衣服(发热手套、背心、毛毯、软垫) (5)食品(制作/加工)农产品和渔产品 14 淮阴师范学院毕业论文(设计) (6)油漆(金属/塑胶/木制品) (7)塑胶/橡胶/皮革 (8)木材/纤维/纸张(印刷) (9)陶瓷/玻璃/建筑物料陶瓷粉/模型制品 10)医疗系统 ( (11)农业催生器 (12)融雪系统 4. 1 保健领域 低温远红外地暖、健康坊温热理疗仪、健康坊电位治疗仪、远红外线光波浴房、电气石汗蒸房、生物频谱能量屋等。 4. 1. 1 远红外线光波疗房功能介绍 现代医学证明远红外线具有预防人体的癌、肿瘤的发生，高血压、糖尿病及许多心脑血管、风湿等疾病，这些疾病都与微循环障碍有很大关系 ，微循环重要的生理功能作用，被当今医学界称为人类的第二心脏。而远红外线通过深入人体，改善人体的微循环系统达到预防的作用。 适用人群 (1)减轻妇女小腹胀痛、痛经等症; (2)缓解人体各种神经性疼痛; (3)消除人体风寒湿症，缓解腰颈及关节痛; (4)美容养颜，排出毒素; 远红外线光波功效 (1)远红外线结合现全科学技术，使产品具有防电磁波危害、防静电等功能。 (2)采用碳纤维作为发热元件 ，能产生5.6-14微米波长渗透到人本细胞中，改善人本的微循环，提高 人体的免疫功能。 (3) 能有效地调整人体睡眼时的阴阳方位。并使超长波磁力线直接通透人体深处的脊髓神经，激活脑细胞，提高智商。 (4)经中外医学界研究证明，该产品对高血脂、高血糖、肥胖、动脉硬化有明显的抑 制作用，对颈椎痛、肩痛、腰痛、风温关切痛、痛经、老年便秘等无名病疾显著的辅 助疗效，对解除疲劳、神经衰弱、失眠有实效。 15 淮阴师范学院毕业论文(设计) 4. 1. 2 保健皮带 防治风湿性关节炎、对心脑血管疾病的防治有奇效(由于远红外线可以渗透到人体皮下2英寸(约50毫米)深度，因此它能对深层肌肉组织和内脏器官产生共振发热效果，使身体下丘脑感应式心脏排量和心率增强作出反应。有益于缓解或减轻心脏压迫，很好地调节和改善心脏血管功能)。能防治肌肉骨骼疾病、健康美白肌肤、抗衰老、防治生殖泌尿系统功能、燃烧脂肪、消减速腰复间赘肉及啤酒肚。 4. 1. 3 远红外饰品等也有相同的保健作用。 4. 2 远红外线衣料带来的温暖 寒冷时,穿衣服的作用一是为了装饰身体,二是保暖。因此这就称之为保暖的断热效果。衣服的材质有棉,丝,羊毛，化学纤维等。但是体温的保温效果与衣服材质的比热，热容量，热传导，及身体及衣服间能源授受方面的波动曲线适合性都有联系。 图,(皮肤和木棉的放射率曲线(,):皮肤(,):木棉 16 淮阴师范学院毕业论文(设计) 图,(,,?时放射发散度曲线(,):皮肤(,):木棉 图,是皮肤和木棉的分光远红外线放射率曲线图。图,是体温,,度时，能源的授受关系图。图中表示出皮肤与木棉的能源授受方面的适合性是极高的。另外在远红外线衣服领域的利用，为提高材质的热能源授受关係，在化学纤维等里面添加高效率红外线放射陶瓷及远红外线放射陶瓷微粒的纤维织成衣服。这些利用远红外线做成的衣服能保暖，给身体很舒服的感觉。但是要持续这种效果的话，必须要有储蓄能源不被散发的结构。其中最 [3]有效果的是远红外线衣料带来的温暖。 4. 3 远红外丙纶针织物性能的研究与分析 远红外丙纶针织品具有强身健体的保健作用，且使用方便，满足人们的保健需求，具有很大的生命力和潜力。 目前，国内外的研究只针对远红外丙纶的纺制及常规服用性能，而对远红外丙纶针织物的研究，尤其对远红外丙纶针织物温升性能和热湿舒适性能的系统研究以及经多次洗涤后的综合性能的系统研究还很缺乏。因此，本文采用远红外丙纶长丝、远红外丙纶短纤纱和普通丙纶长丝编织针织内衣产品中常见的平针、罗纹针织物，并对其温升性能和热舒适性能作系统研究与分析。本课题采用远红外丙纶长丝、远红外丙纶短纤纱和普通丙纶长丝，分别编织纬平针和罗纹针织物，首次研究纱线种类、针织物组织结构、纱线特数、织物密度及编织过程中牵拉张力等因素的变化对远红外丙纶针织物温升性能的影响。运用正交试验法，通过改变远红外丙纶针织物的织物密度、纱线特数、编织过程中牵拉张力等编织工艺参数进行正交设计，编织大量织物，研究分析各影响因素对远红外丙纶针织物温升性能影响的显著性，最终找出最优化工艺参数。经研究发现，织物密度、纱线特数对远红外丙纶针织物温升性能影响显著，而编织过程中牵拉张力的变化对远红外丙纶针织物温升性能基本没有影响。而后将采用正交分析获得的最优化工艺参数所编织的远红外丙纶针织物，研究其纱线种类、织物组织结构、织物密度的改变对远红外丙纶针织物的导湿性、润湿性、透湿性、透气性和保暖性等热湿舒适性能的影响关系，并做灰色聚类分析。 实验结果表明，远红外丙纶针织物改善了吸湿性能，保暖性好，透气透湿性好，穿着舒适，适用于保暖保健产品。远红外丙纶长丝的热湿舒适综合性能良好，适用于冬季保暖内衣，而远红外丙纶短纤纱针织物则适用于护腕、护膝等保健类产品。并再次利用正交分析获得的最优化工艺参数所编织的远红外丙纶针织物，进行洗涤前后温升性能和热湿舒适性能的研究与分析。 通过实验，我们发现，洗涤过程中远红外丙纶纤维表面的颗粒并不会脱落。但洗涤30次后远红外丙纶针织物的温升性能和热湿舒适性能有所下降，远红外丙纶长丝的性能变化 17 淮阴师范学院毕业论文(设计) 微小，而远红外丙纶短纤纱的性能变化相对很明显，这是因为远红外丙纶长丝针织物的性能变化主要是由于织物结构经洗涤后变松散引起的;而远红外丙纶短纤纱针织物的性能变化，却是由于多次洗涤后织物结构变松散以及远红外短纤纱在洗涤过程中易脱落的双重因 [5]素引起的。 4. 4 远红外涤纶Viloft氨纶保暖功能服装面料开发 远红外纤维内具有发射远红外线的陶瓷及一些氧化物的超细微粒，能将人体向外散发的热量吸收并发射回人体最需要的波长4μm-14μm的红外线[1]。远红外纤维织物具有保暖、促进人体新陈代谢、增强免疫力等功能，同时还具有抗菌、防臭、消毒等效果。它的保暖性是普通织物的3倍-5倍[2]，且织物手感柔软舒适，因而受到越来越多消费者的喜爱。VILOFT纤维是由木质素制成的再生纤维素纤维，所用的木材是专门经过生态培育的。其纤维具有独特的扁平截面，手感柔软舒适;织物中有大量的空间气囊，具有一定的保暖性，能抵御寒冷的强裂袭击;具有优良的芯吸、湿气调节功能，赋予织物良好的吸湿透气性[3]，穿着轻盈且透气性和保暖性优于天然棉纤维。用该纤维制成的内衣，舒适、美观、 [6]保暖，同时穿着轻盈、洗涤打理方便，给人以轻松自在的感觉。 4. 5 远红外技术“暗”中相助 夜间驾驶更安全更舒适 一直以来，夜间驾驶都被视为最危险的驾驶状态之一。以往的事故统计表明，其风险系数明显高于日间驾驶。因此，对夜间驾驶问题给予更多的重视是绝对必要的，夜视系统及远光辅助系统的研发和应用，使驾驶者在夜间驾驶车辆的安全性和舒适性达到前所未有的高度。 夜视系统是一套创新的驾驶者辅助系统。这套感测接收系统基于远红外线(FIR)技 18 淮阴师范学院毕业论文(设计) [7]术，以模块化的方式集成在车辆已有的电子环境中。 在采用远红外线技术的系统中，热成像摄像头直接以探测到的物体和行人的热辐射作为影像数据的来源，而无需车辆提供额外的红外线光源。处理器将这种热量信息转化为影像并显示在车辆的显示屏上。有别于近红外线(NIR)系统对车辆当前所处的交通场景进行完全的描绘，采用远红外线技术的系统集中于最重要的信息，不会被一些无关紧要的细节所干扰。在作为驾驶者界面的显示屏上，热影像的图形化描述方法使信息大大精简，进而使潜在的危险更加突出，驾驶者探测行人和动物时信息处理速度更快。 基于远红外线技术的夜视系统在探测范围方面超过其他技术多达一倍以上，其摄像头具有比其他系统更广的探测角度，以及更长的探测距离。在车速为100公里/小时的情况下，与只使用远光相比，探测范围多达300米的夜视系统能够提前5秒发现道路前方的物体。 此外，远红外线系统不会被“眩光”干扰，不会受到对面驶来车辆的大灯、交通信号灯、路灯及交通指示牌这样的强反光表面的影响。而且具有远红外线系统的车辆不会相互干扰。 该夜视系统安装只需增加热成像摄像头和控制单元两个硬件部件。热成像摄像头安装在前保险杠左侧的独立壳体中，由防撞玻璃和一个精细的格栅提供保护。摄像头清洗器喷头能够随挡风玻璃清洗系统一起启动，始终确保影像清晰。 19 淮阴师范学院毕业论文(设计) 结论 红外线比红光具有更大的热作用，穿透能力也很强，这使得红外线在现代社会很实用、方便。不但解决人们生活生产方面的问题，而且帮助人们摆脱疾病的痛苦，帮助提高身体机能，保护生命安全。当是总的红外线的研究和产品的开发任然比较局限，还有待安全化、全面化、开放化。 20 淮阴师范学院毕业论文(设计) 参考文献 [1] Hildrum KI,Isaksson T,Naes T,et al. Nearinfrared spectroscopy bridging the gap between data analysis and NIR application[M]. New York: Ellis Horwood,1994: 153. [2] 电子工程世界，2010: [3] 中国远红外门户网 [4] 金博网，2011.03.22 [5] 张珺，中国知网，2007 [6] 中国纺织经济信息网，2011.5.9 [7] 新民晚报,2007.03.28. 15:33 21 淮阴师范学院毕业论文(设计) 致 谢 22