救命的N95口罩,离不开这位成电人的硬核技术!

——记“第二届百名华侨华人专业人士杰出创业奖”获奖者刘朝宇校友

文:王晓刚 / 来源:新闻中心 / 2020-03-29 / 点击量:16311

在新冠肺炎疫情全球暴发的这几个月, N95口罩成为了硬核“武器”,帮助许多人特别是医护人员隔离病毒。

近日,N95口罩关键材料的发明人之一、华裔科学家蔡秉燚(Peter Tsai)应邀在美国田纳西州诺克斯维尔市《新闻哨兵报》上介绍口罩的使用方法以及N95口罩的“前世今生”。

记者了解到,20多年前,当蔡秉燚发明N95口罩的时候,他还有一位“黄金搭档”,就是电子科技大学校友、时任田纳西大学等离子体研究中心研究员、博士研究生、现任美国弗吉尼亚州纽波特纽斯市美中友好协会主席刘朝宇先生。

“黄金搭档”:两位华裔科学家首次携手

30年前,刘朝宇从电子科技大学原物理电子学院硕士毕业后,赴美国田纳西大学攻读工学博士学位。

当时,年轻的华裔科学家蔡秉燚正在田纳西大学纺织系任教。他从刘朝宇的导师罗斯(Roth)教授处得知刘朝宇在等离子体方面颇有研究,就盛情邀请刘朝宇合作。

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刘朝宇和蔡秉燚在田纳西大学实验室合影

蔡秉燚有一个科研项目,是为美国3M公司(全称是明尼苏达矿务及制造业公司)研制空调及口罩的过滤材料。如何提升过滤效率,是研究的重点和难点。

蔡秉燚来自中国台湾,到田纳西大学纺织系之前学的是电子专业。刘朝宇来自中国大陆,两人在语言文化方面没有任何障碍,而且具有共同的学术背景,因此合作非常顺畅。

共同的科研志趣,也使刘朝宇和蔡秉燚从此建立了几十年的友谊。

攻克难题:在常温常压下电离了空气

“我们都知道‘静电吸附’的现象,但怎么把它用到纺织物上面,提升吸附效率,这对我们两人都是一个新的考验和尝试!”刘朝宇说。

要利用“静电吸附”现象需要解决两个重要问题:其一是要在常温常压下电离空气;其二是要把电离后的等离子体“长期储存”到无纺布等织物上。其中,前者是由刘朝宇主要完成的。

通常,空气的原子或分子都是不带电的。在某些外界因素的作用下,如强电压、强磁场、高温度等,空气中的气体或原子的外层电子逸出,就产生了空气正、负离子。

虽然自然界就有空气电离的现象,人们也有很多方法可以电离空气,但是,要在空调等日常生活用品上使用,就必须探索能够在常温常压等日常条件下产生空气离子的方法。

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刘朝宇手拿美国专利证书(左)和田纳西大学颁发的获奖证书

当时,实验里的实验条件不够充分。为此,刘朝宇亲自动手搭建了部分实验仪器。

功夫不负有心人。1993-1994年,他们在“稳态辉光放电等离子体”(Steady-state,Glow Discharge Plasma)研究方面取得重要进展,并共同申请了数个美国专利。

1995年,田纳西大学科技中心对刘朝宇作为主要完成人所做的“常压辉光放电等离子体处理高分子材料的方法和装置”等两项专利给予了表彰奖励。

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刘朝宇的美国专利

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田纳西大学颁发给刘朝宇的奖牌

产业转化:把空调过滤技术应用到口罩上

解决电离问题之后,刘朝宇和蔡秉燚还想办法解决了让离子“储存”在无纺布上的关键技术。

他们所开创的这项技术,通过与3M公司的合作,成功地应用到了空调过滤系统,大大提高了过滤效率,也为此后制造过滤效率更高的N95口罩奠定了基础。

毕业后,刘朝宇就离开了田纳西大学,主要致力于研究智慧校园和大数据医疗应用。因此,把“稳态辉光放电等离子体”迁移到口罩上的产业化应用工作,主要是蔡秉燚完成的。

蔡秉燚一直都在研究外科口罩和N95呼吸机内的过滤织物,并致力于完善它们,目前已花了30多年时间开发新的无纺布、超细纤维织物技术。

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田纳西大学材料中心N95口罩关键材料上电实验装置

后来,随着美国制造业尤其是纺织产业向中国转移,相关技术也传播到了中国。刘朝宇多次和蔡秉燚来中国大陆交流。

2003年,“非典”爆发。江浙一带成为N95口罩的主要产区,在战胜“非典”中起到了重要作用。期间,蔡秉燚担任了多家口罩企业的技术指导。

2009年至2010年,在刘朝宇的邀请和牵线下,蔡秉燚访问了电子科技大学和成都纺织高等专科学校(西南地区唯一的一所纺织学校),并到成都纺专洽谈合作,共同受聘担任成都纺专客座教授。

洽谈的一个项目就是希望在成都纺专建设一条N95口罩的教学生产线,平时用来教学和科研,到了需要口罩的时候,可以随时生产成品投放市场。可惜,该项目终因资金问题搁浅。

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2010年,刘盛纲院士(前排右5)、蔡秉燚(前排右4)等在成都参加研讨会。前排右2为刘朝宇)

心系祖国:愿做中美民间文化交流合作的桥梁

多年来,刘朝宇一直与田纳西大学、克里斯托弗·纽波特大学、威廉玛丽学院等美国高校保持着密切的学术合作。同时,他也和母校保持密切联系。

作为美国弗吉尼亚州纽波特纽斯市美中友好协会主席,刘朝宇致力于推动中美两国的大学、学者的互访交流,不断推动双方的科研、教学合作,荣获2009年国务院侨务办公室颁发的“第二届百名华侨华人专业人士杰出创业奖”。

在他的牵线下,2011年电子科技大学和威廉玛丽学院建立了姊妹校关系。2015年8月27日,电子科技大学代表团访问威廉玛丽学院,签署了两校新一轮姊妹校合作协议。

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我校青年教师赴美国威廉玛丽学院进行海外教学培训(前排右1为刘朝宇)

2018年以来,他已经协助电子科技大学和威廉玛丽学院开展了4期电子科技大学青年教师教学能力提升培训班。

如今,美国疫情正在蔓延,刘朝宇积极组织华人华侨开展防疫抗疫工作。他说:“十分欣慰,我20多前的科研工作和专利为N95口罩做出了成电贡献,今天要继续为抗击新冠肺炎和中美友好做出贡献!”           



编辑:何乔  / 审核:何乔  / 发布者:陈伟