约翰·许是机械工程师弗里德里克·弗里茨·普林茨实验室的一名研究科学家，他们两人以为下一代汽车制造燃料电池而闻名。当新型冠状病毒袭击时，他们寻找方法，他们对电化学过程的深刻理解可能有助于对抗大流行。他们的贡献是一种新型的防护口罩，可以从空气中提取和浓缩氧气，以避免严重的缺氧副作用，同时防止病毒的传播。
2016年获得机械工程博士学位的徐向我们介绍了他们的工作。摘录:
,
你打算解决什么问题?
斯坦福大学的研究科学家John Xu展示了他和他的同事们开发的改良过的N95口罩。(图片来源:Andrew Brodhead)
我们都熟悉了外科口罩在预防感染方面的价值，或者在已经感染的情况下，在防止疾病进一步传播方面的价值。口罩实际上是过滤进出肺部的空气，将病毒和其他微粒困在口罩网中。在经历了covid19危机之后，许多人已经熟悉了N95口罩，它可以过滤掉空气中95%或更多的小颗粒物质，包括病毒。
但在过滤这些微粒的过程中，面罩也让呼吸变得更加困难。据估计，N95口罩可以减少5%到20%的氧气摄入量。这很重要，即使对一个健康的人来说。它会导致头晕目眩。如果你戴口罩的时间太长，会损害肺部。对于呼吸窘迫的病人来说，它甚至可以威胁生命。
,
你是如何解决这个问题的?
Prinz实验室团队已经在研究空气中氧气的电化学转化，用于可持续汽车的能源应用。重要的是要记住，周围的空气只有21%的氧气，所以我们想看看我们是否可以提取更多的氧气来提供一个更集中的流动-我们称之为氧浓缩。这是燃烧和电化学燃料转换的一个常见过程因为你需要氧气来燃烧东西。我们的目标是开发一种便携式设备，利用这些电化学过程从周围空气中获取氧气。
我们正在研究几种实现这一目标的方法。第一种是经典的分裂水的过程。如果你把水收集起来并让电流通过，额外的电子会使水分裂成纯氢和纯氧。氢气可用作燃料，氧气则进入面罩供呼吸。我们正在研究的另一种反应涉及到移动含氧阴离子——一个带负电荷的原子或原子——通过一层膜来隔离一侧的氧气，在那里氧气可以被收集并导向面罩。
,
你有一个工作原型吗?
我们所做的。它是一个小盒子，戴在腰部，一根管子延伸到口罩上。
我们创造的装置实际上产生干净的纯氧，利用这种电化学过程来补充由于掩蔽而造成的氧的损失。我们认为它可以保护长期佩戴口罩的人的呼吸系统，尤其是医护人员和病人。
,
谁是这个装置的主要目标?
我们针对的是那些需要长期戴口罩的人，包括急救人员、医生、护士，甚至是那些不想传染他人的病人。在短期内，我们希望尽快将这些技术应用到医疗工作者身上。我们正在与Allison Okamura和她的博士后Ming Luo合作，使其成为一种可穿戴的气动设备，附加了工程物理和用户体验设计修改。
要阅读关于斯坦福科学的所有故事，请订阅《斯坦福科学文摘》。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.stanford.edu/2020/04/14/stanford-researchers-reengineer-covid-19-face-masks/