认识到创新

当感染者说话、咳嗽、打喷嚏或唱歌时，COVID-19可以传播，将含有病毒的呼吸道飞沫排出，这些飞沫可以到达以前未感染的人的口、鼻或眼睛。这些水滴往往会迅速离开空气，在地板或地面上蒸发，但一些较小的水滴在到达地面之前就会蒸发，留下病毒核漂浮在空气中。这种微小的气溶胶粒子(或气溶胶)可以在气流中传播数小时，并感染人，尤其是当人们长时间呆在通风不足的室内环境中时。正因为冠状病毒可能通过自由飘浮的气溶胶传播，所以被称为空气传播疾病。

在大流行期间，加州大学圣巴巴拉分校机械工程助理教授朱杨英和她的研究实验室分析了呼吸道飞沫和气溶胶在不同温度和湿度条件下的蒸发和传播。他们发现，在某些条件下，呼吸道飞沫传播的距离超过了美国疾病控制中心(CDC)建议的安全社交距离的6英尺(约1.65米)，而且在更冷、更潮湿的环境中，这种影响会增加。朱说，将她的研究扩展到蒸发动力学和呼吸液滴是很重要的。

“我们很幸运，最近有了疫苗;然而，我们理解呼吸道疾病传播的努力应该继续下去，”朱教授说。他与人合写了一篇关于该项目的论文，发表在《纳米快报》(Nano Letters)杂志上。

由于她在这一领域的创新和非常有前途的研究，朱海霞获得了美国国家科学基金会的“早期职业成就奖”。她的项目名为“通过原位显微拉曼热成像理解相变界面的热传输”，她将在五年内获得50万美元。该奖项是美国国家科学基金会教师早期职业发展计划的一部分，该计划鼓励青年教师从事前沿研究并在教育领域取得卓越成就。

“作为一名初级教员，我很感谢国家科学基金会对我的研究计划的支持，”朱说。她在麻省理工学院获得机械工程博士学位，并在斯坦福大学(Stanford University)获得博士后职位，于2019年加入UCSB机械工程系。“我是受热科学社区的激励而追求这个特定的研究方向的。”

加州大学圣迭戈分校工程学院院长Rod Alferness表示:“我对朱教授获此殊荣表示诚挚的祝贺。“这反映了她在创造与传热相关的新知识和设计新的相变技术方面的巨大潜力。它也认可了她将自己的发现应用于预防未来的大流行，并扩大我们对呼吸道疾病传播的理解的动机。”

朱计划继续她的呼吸相关工作，专注于相变，即物质从固体、液体或气体转变为不同状态的过程。相变是由于热传递或物理系统之间的热能交换而发生的。当提供足够的热能打破分子间的分子键，使它们变成气体时，液体就蒸发了。当蒸汽与温度较低的物质表面接触时，它通过释放热量而凝结成液体。

呼吸液滴蒸发到气溶胶是从液体到蒸汽的相变的一个例子，沸腾和冷凝也是如此，工程师们已经用它来发电、控制建筑温度、淡化海水和冷却电子设备。具有优越传热性能的技术使上述应用成为可能。朱说，了解微观尺度上的相变和热传递，将解开可能导致下一代技术和在非常大的尺度上提高能源效率的秘密，同时提供进一步深入了解在病毒传播规模下呼吸道飞沫的传播。她提出了一个项目，开发一种可以直接探测三相区域的温度测量技术，这在以前是很难实现的。三相区是指液体、蒸汽和固体在相变过程中相遇的地方，例如在沸腾过程中固体表面的气泡底部。

“在相变过程中，热量主要是从三相区域内的一种相传输到另一种相，这通常有几百纳米或几微米的长度尺度，”朱说。“虽然我们可以测量宏观传热性能，但理解微观尺度的相变边界发生了什么一直是非常具有挑战性的，如果我们要设计下一代工程设备来改善热传输控制，这是必要的。”

在她的国家科学基金会资助的项目中，朱先生寻求开发一个创新的平台，以前所未有的精度和空间分辨率，测量蒸发和冷凝过程中固体-液体-蒸汽接触线附近的温度。传统方法使用电阻温度探测器和红外摄像机，但它们受到空间分辨率或距离感兴趣区域遥远的限制。朱计划使用显微拉曼光谱来测量温度，并使用激光来探测环境舱内相变过程中的三相接触区域。显微拉曼光谱利用散射光来测量微观样品的振动能量模式，提供化学和结构信息。朱先生说，这项技术以前从未被用于研究相变传热，他相信在现场进行高空间分辨率测量的能力，这一过程实际上正在发生，将提供一个令人兴奋的机会来获得新的见解。

朱还计划研究半导体材料纳米结构相变过程中的热传递。测量纳米结构的温度将使她能够确定在相变过程中什么材料和条件会导致最小的温升。反过来，这种见解应该允许她设计具有高临界热流(CHF)和高传热系数(HFC)的设备。CHF是指相变过程中所达到的最高温度，而HFC表示两种材料之间的热量交换的容易程度。

“这个实验将产生数据，以更好地理解相变过程，并识别限制有效传热的因素，”朱说。”的基本见解通过这项工作可能会导致高效和改善相变装置可以使能源节约和减少淡水资源的发电厂,以及提供节能热驱动海水淡化、高功率密度的有效散热的电子设备,和更节能的热控制的建筑。”

至于她的研究成果与新冠肺炎的相关性，朱教授将从热质传递的角度应用于呼吸道疾病的传播。这可能导致改进确保气流和通风以防止病毒在室内积聚的策略，或制定提供最佳过滤功能的口罩指南。她的发现也将被纳入她的本科和研究生课程，通过实验室实验，讲座和项目进一步证明热传递和相变。

她说:“COVID-19大流行促使我反思，作为一名热流体工程师，我如何能够为解决现实世界的问题做出贡献，并向年轻一代展示科学和工程如何能够帮助抗击和控制这种疾病。”“这个由国家科学基金会资助的项目将让我同时完成这两项任务。”