【跨國專訪】N95口罩核心技術發明人蔡秉燚 求知若渴，博士班狂修500個學分
林佳誼
2020-04-09
本周，一篇N95口罩發明人來自台灣的文章瘋傳全台。《天下雜誌》找到這位核心技術發明人，他求知若渴的故事，更令人動容。
新冠疫情讓口罩成為全球戰備物資，尤其N95口罩更是各國醫護人員保命關鍵。一篇N95口罩技術發明人來自台灣的文章，過去幾天瘋傳全台。
《天下雜誌》找到這位N95核心技術的發明人、去年剛從美國田納西大學退休的教授Peter Tsai（蔡秉燚），進行越洋視訊採訪，才發現他不僅來自台灣，更與台灣紡織業有著千絲萬縷的牽繫。
擁有全世界12項專利、同時曾任多達170幾家公司顧問的蔡秉燚，其實來自台中清水農家。
接受專訪時說，農家出身的他，小時得幫家裡賺錢，沒有太多時間念書，清水高中畢業後，便選擇就讀台北工專纖維科化纖組。想法很單純，就是希望學個一技之長。
民國64年從台北工專畢業，蔡秉燚趕上台灣紡織業蓬勃發展的黃金年代，當時紡織業出口值高過電子業，一技之長確實讓他很快找到第一份工作，在紡織研究中心（即後來的紡織產業綜合研究所）為工業局做整個紡織行業的品質管制的管理，隨後又到業界一家染整廠任職。
不想只知道怎麼生產，決定出國讀書
然而一段時間下來，他逐漸認知到，台灣紡織產業的設備、技術都來自於歐美或日本，本地只知道怎麼生產，對於技術背後的原理卻了解不深，也沒有太多研發，工作內容非常固定規律。久而久之，他萌生了一股強烈的求知慾。
「當時一直在做，但是道理都不太知道，沒有辦法滿足你的心靈需求。你想要知道到底是什麼？到底為什麼他要這樣做？」蔡秉燚說，「所以我就一個念頭，應該到美國去好好學習，把這些道理都弄懂。」
來自台灣中部的他，也選擇落腳美國中部。「我到美國以後就重新開始，用一些台北工專學的底子，然後再擴大、再扎實、再深入，」蔡秉燚說。
他在堪薩斯州立大學（Kansas State University），重新開始學習數理學術基本工，不僅學工程，也到數學系修課、擔任助教，目標是打好數理基礎，工程各方面學問就可以鑽研更深。
別人博士班修90個學分，他修500個
數理底子練好了，卻仍填不滿他瘋狂的求知慾。他到處修課，包含電機、機械、化工、物理，儘管本科是材料工程，但只要他感興趣的，就一股腦全選修。別人博士班只要90個學分，他卻足足修了驚人的約500個學分，相當於可唸5個博士。
直到他終於感覺到自己基本知識足夠了，正好指導教授到田納西大學研究熔噴製程，他也追隨前往，一腳踩進纖維材料技術研發領域，就是35年時間。
問他為何求知若渴至此？
蔡秉燚說，「當時也沒有太多想法，只是有一股勁一直想要學習，一直學，學了很多，也花了很長時間。」然而，當他把這些博士班課程全學過，真正應用時就發揮功能，也成就日後N95口罩的誕生。
嚴格來說，蔡秉燚發明的不是N95口罩，而是口罩的核心中間層熔噴布的製程，這一製程運用到熔噴（melt blown）與靜電充電（electrostatic charging）兩個關鍵技術。
一方面通過熔噴（melt blown）工藝將纖維製成超細熔噴不織布（nonwoven fabrics），纖維細度可以達到約1～2微米，相當於人類毛髮的1/100。
另一方面則以靜電充電，將電荷嵌入纖維，形成駐極體（electret），使其可吸附捕捉病毒細菌，過濾效果可以提高10倍。
N95口罩技術發明人蔡秉燚展示經過靜電充電的不織布，會呈現極易黏附的特性。（林佳誼攝）
N95是跨學科發明
熔噴與靜電充電技術牽涉理工工程與材料開發領域，正因蔡秉燚涉獵廣泛，又能將所學融合，一個人同時解決不織布熔噴工藝，以及纖維駐極處理的問題，才協助所在的田納西大學研究團隊將技術開發成功，他也因此在2006年首度獲頒田納西大學極負盛名的惠利獎（B. Otto and Kathleen Wheeley Award）。
田大設立惠利獎的初衷，是旨在表彰做出卓越產業化研究貢獻的教職員，這也是蔡秉燚投注極大力氣之所在。由於在熔噴與靜電充電技術是世界權威，蔡秉燚從很早開始，就通過田大向全世界轉移技術，在各國推廣。
最初是美國，後來延伸到整個北美、歐洲，以及亞洲、澳洲，都有他的客戶。他也經常與台灣廠商在世界各地相遇，本次口罩國家隊的台灣業者，有不少就是他的多年好友。
2006年蔡秉燚首度獲頒田納西大學惠利獎。（圖片來源：UTRF）
蔡秉燚告訴《天下》，今日N95口罩普遍運用的靜電充電技術，是他在1990年代初期就已發明不織布電暈靜電荷加電（corona electrostatic charging）。
當時研究團隊試過各種不同方式、各種不同電極結構，來為纖維充電，直到最後才找到電暈加電方式，經過極高的電場將游離的空氣加速，再加進纖維使其帶電。
通過這一製程生產出來的不織布，過濾效果是原來10倍，且織品厚薄適中，所以不僅是N95口罩，一般醫療口罩也廣泛運用。
退休前一年，還發明了新專利
而蔡秉燚仍不滿足，持續鑽研靜電充電技術，2018年又近一步研發出「水力摩擦帶電」（hydro triboelectrification）技術，以超純水浸透不織布，再用高壓真空將水抽去，經由此過程產生摩擦，並將靜電荷更高效地傳遞到織物纖維上。此一技術可使織物過濾效果提升20倍，等於較先前的電暈加電又增加了一倍的效果。
蔡秉燚表示，目前水力摩擦帶電技術較多用於空氣清淨機的高效濾網，也就是一般所謂的HEPA濾網（High-Efficiency Particulate Air），因為空氣清淨機為求降噪，對空氣阻力要求更高，所以更快採用水力摩擦技術。
未來若廣泛應用在N95口罩上，不織布阻力可降低一半就能達到同樣過濾效果，那麼就能減輕醫護人員長時間配戴的不適感。
先進材料製程開發是一個漫長的過程，反覆無數次的實驗與失敗是司空見慣，之所以能夠成功，往往是仰賴的科學家一股對知識近乎純粹的追求。這一點在蔡秉燚身上展露無遺。去年剛退休的他也因新發明，又在年底二度獲頒惠利獎，寫下田大有史以來唯一第二次拿該奬的紀錄。
沒料到，退休不過幾個月時間，就因為新冠疫情席捲全世界讓他一夕爆紅，他也理所當然退而不休，繼續研究如何提高口罩重複使用效率，不斷寫文章、接受採訪，到處科普口罩知識。
接受《天下》採訪這天，他一晚就接了好幾個電話。這股旺盛熱誠，與40年前他到美國的瘋狂求知與熱度似無二致，只是當年是收，如今是給。
在專訪的最後，蔡秉燚突然拜託《天下》記者一件事，他最近很關心衛福部教大家乾蒸口罩會不會影響口罩效能。他呼籲：「衛福部如果有電鍋蒸口罩的實驗數據，要趕快分享。」（責任編輯：吳凱琳）
N95口罩技術發明人蔡秉燚展示新版口罩研發樣品。 圖片來源：林佳誼攝
Source from CommonWealth Magazine (天下雜誌)
Posted in 04/2020