来自科技 2020-04-11 16:17 的文章

保护了无数人的N95口罩，竟是华裔科学家和一位

大数据文摘出品

编译：大萌、牛婉杨

在新冠疫情全球大爆发的这几个月，N95口罩成为了家喻户晓的硬通货。关于要不要戴口罩，全球的态度从最初的“坚决不戴”，也变成了“不得不戴”。

N95口罩保护了无数民众和医护人员。但是，绝大多数人并不知道，它的发明者之一是一位美国的华裔科学家，田纳西大学的退休教授Peter Tsai（蔡秉燚）。

在Peter Tsai发明N95口罩的时候，他还遇到了一位“黄金搭档”刘朝宇。二人志趣相同，一拍即合，一起攻克了“在常温常压下电离空气”这一难题。

N95口罩之父：Peter Tsai、刘朝宇

Peter Tsai来自田纳西州大学，是无纺布领域的世界知名专家。

华裔科学家Peter Tsai当时正在田纳西大学纺织系任教。当时，他从同事Roth教授那里得知，他的博士生刘朝宇在等离子体方面颇有研究，于是盛情邀请刘朝宇合作。

二人在田纳西大学实验室合影（左：Peter Tsai；右：刘朝宇）

二人有着相同的科研志趣，合作十分顺利，共同解决了“在常温常压下电离空气”这一难题。

刘朝宇称，“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！”

当时，实验里的实验条件并不是很充分。刘朝宇便亲自动手搭建了部分实验仪器，一心一意为科研。

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。正可谓是功夫不负有心人啊。

刘朝宇的专利证书

Tsai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。

在过滤织物这方面，Tsai主要专攻两大领域：静电充电和熔喷工艺。其中，静电充电是指将永久电荷嵌入纤维中以形成驻极体，从而通过静电吸引提高过滤效率；熔喷工艺是一种无纺布制造工艺，通过在高速空气下分散聚合树脂来将超细纤维制造成无纺布。

他的研究不仅提升并扩大了无纺布的过滤效率和应用领域，还彻底地革新了静电充电和熔喷工艺两大领域。

Tsai与田纳西大学研究基金会的合作超过了25年。在1995年，他获得了5项美国专利，其中一项是无纺布电晕充电技术——N95口罩的核心技术。

Tsai的创新方法是利用电场将中性空气电离，产生离子和电子，再通过电场和电磁感应给无纺布充电。在不增加空气阻力的情况下使用这项创新方法，充电的无纺布过滤空气中粒子的效率是未充电无纺布的十倍。

刘朝宇和Peter Tsai二人为N95口罩的诞生做出了不可磨灭的贡献。

除了口罩，Tsai的技术在过去30年中还应用到了其它的领域，例如HVAC过滤器和医用口罩。仅在过去的六个月中，田纳西大学研究基金会就将他的最新技术非专有授权给了四家公司。

从左至右：Tsai和他的同事，James Murphy, Shuan Stahl以及Jack Wyrick在TANDEC大楼前（摄于2007年）。

就在去年，Tsai发明了一个通过摩擦给织物进行静电充电的新方法。新技术使用极纯净的水浸透无纺布，然后用高压真空将其抽出。这一过程称为水力摩擦生电，通过产生摩擦将电荷高效地传递到织物上，而无需重复进行。通过该种方法处理得到的无纺布过滤效率比未处理的高20倍。

N95口罩也不是万能的

N95型口罩是美国国家职业安全卫生研究所认证的9种颗粒物防护口罩中的一种。N95不是特定的产品名称，而是一种标准。N95型口罩就是对物理直径0.075µm±0.020µm的颗粒的过滤效率达到95%以上的口罩。

N95口罩使用与外科口罩类似的过滤材料，但比普通口罩有更多的层，与脸部更加紧密贴合，以阻挡大部分微粒。

Peter Tsai在解释他的无纺布过滤技术是如何工作的

Peter Tsai发明了大多数医用口罩和N95呼吸器内部的过滤材料，并致力于完善它们。他花了30多年的时间开发新的无纺布，超细纤维织物技术。

Tsai表示，医用口罩由三层组成：外层面纱、一层无纺布过滤布和一层内层面纱。两个面纱保护过滤织物免受磨损。

这种耐用的滤布是由数百万微纤维层层叠加而成的。这些微纤维已被永久静电充电。

“充电后，这种材料一层相当于十层，”Tsai表示，“没有充电的话，就需要使用十倍的材料，这样透气性会降低十倍。”

不过，Tsai也说道，并不是所有口罩都是用来过滤致病病原体的。“N”代表口罩是用来捕捉非油性微粒的，但这并不意味着它适用于所有情况。

为了表彰Peter在商业化过程中的积极贡献，他被授予了2006年B. Otto和Kathleen Wheeley的技术转让卓越奖（B. Otto and Kathleen Wheeley Award for Excellence in Technology Transfer）。Wheeley 奖是田纳西大学研究基金会的最高荣誉奖项，专门授予给将大学基础研究成功应用在商业领域的田纳西大学研究人员。

Tsai在2006年获得Wheeley奖

田纳西大学研究基金会的副主席Maha Krishnamurthy表示，“Peter证明了田纳西大学的研究人员能够通过建立和保持有价值的工业合作来将创新产品推向市场，并产生重大影响。我们感谢他对研究的奉献以及在产品商业化过程中所付出的热情和精力。”

同时致力于理论研究和实际应用的Peter因此丧失了很多机会，因为他需要把大量的时间花在实验室。他孜孜不倦的努力对于全球人民来说肯定没有白费：据估计全球有超过十亿人使用过Peter的技术来保护或改善他们的健康。而在这次疫情汇中，Peter的口罩拯救了无数人免受病毒侵害。