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72岁科研人员十年创造电子变色太阳镜,突破电极区磨损问题

时间:2023-08-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:今年72岁的董振声原来是某国营工厂的一名科研人员,退休之后的悠闲生活让他很不适应。最终,他将目标锁定在了“电子变色太阳镜”上。十年发明路漫漫,家里攒下的几十万积蓄已经全投进去了,家里的房子更像是一个仓库每每想到这些,董振声感慨良多。一副眼镜、一块集成电路、两块液晶屏,竟然做了十年。不料两年才做出能戴到脸上的样品,第十年才做成第一款能卖的产品。原因是液晶眼镜片有个突出的电极区,自动机磨不出“反弯”。

72岁科研人员十年创造电子变色太阳镜,突破电极区磨损问题

项目名称自适应快速变色电子太阳

发明人:董振声

董振声在测试自适应快速变色的电子太阳镜

眼睛是人体最娇嫩的器官,太阳镜对光谱范围中0.4微米以内的紫外线的遮挡率能达到99%~100%,因此佩戴太阳镜不仅时尚,更有利于健康。传统太阳镜作为装点门面的时尚配件,几百年来经久不衰,但缺点是不能变色;而光致变色太阳镜虽有改进,但仍存在应变滞后、全片均匀变色妨碍看路、功能衰退较快等问题。因此,本篇的主角——自适应快速变色电子太阳镜,应运而生。

今年72岁的董振声原来是某国营工厂的一名科研人员,退休之后的悠闲生活让他很不适应。他总觉得自己还年轻,很想继续干点什么,由于在原单位做过多年的新产品研发、科研管理和技术攻关工作,于是开始琢磨着自己搞发明。

他给自己列了一张清单,其中包括:制氧机太阳能海水淡化器、自动跟踪太阳灶、青铜铸造印章、仿古背纹映射铜镜、电子医疗器械、防褥疮自动翻身床、自动安全修脚刀等十几个项目,其中之一就有电子变色太阳镜。董振声最崇拜的发明家爱迪生有一个观点——要做大众需要的东西。这是董振声的座右铭,也是他取舍发明选题的标准。最终,他将目标锁定在了“电子变色太阳镜”上。这是出于两个原因的考虑:第一,眼镜的服务面最广;第二,东西小,做起来比较容易上手,方便在家中进行研发。令他始料不及的是,正是这个“小”东西,竟然花了他十年的时间。

刚开始,董振声的决定遭到了家人和朋友们的一致反对,因为这是一个无底洞,它需要不停地往里头砸时间、砸金钱,起早摸黑不说,还要承担风险,何苦遭这份罪呢?但是他内心有一个声音在跟自己说——如果不做,会后悔。

为了开发电子变色镜,董振声做了大量的前期准备工作:亲自测定不同气象条件下,不同时段、不同方向日光下的光照强度;晚上在立交桥下测往来车辆的灯光强弱,作为设计产品的依据;亲自测量电子元器件的尺寸、电参数;深入地研究液晶器件的特性,积累了大量第一手资料。他甚至重新拿起书本学习液晶技术的知识,还多次走访相关专家,学习眼镜制作知识。买材料、跑加工,无论大事小事他都亲力亲为。

当然,这其中也哭过、笑过、激动过、失望过:有的时候是技术难题攻不下来,着急得上火胃疼;有的时候是资金短缺,愁得无法入睡;有时候是试验成功,激动得多吃了两口饭。十年发明路漫漫,家里攒下的几十万积蓄已经全投进去了,家里的房子更像是一个仓库⋯⋯每每想到这些,董振声感慨良多。他有个信念:做事情一定要做成,决不能以失败而告终。因此不管董振声在这条发明道路上走得有多坎坷、多艰辛,摔了多少跟头,遭遇了多少困难,他一直用这样的信念支撑着自己,给自己鼓劲、加油。

一副眼镜、一块集成电路、两块液晶屏,竟然做了十年。董振声原以为弄上三五个月就能成功制成样品,一两年就能推向市场。不料两年才做出能戴到脸上的样品,第十年才做成第一款能卖的产品。试问,人生能有几个十年?

搞一个创新发明,一切都得从零开始。至于发明所需要用到的新材料、新零件、新工具、新工艺、新设备、新仪器,都不太可能从市场上买到。除了自己研发外,往往需要委托加工或找专业厂订购。对于小订单,工厂一般都不愿意接。董振声制作电子变色太阳镜所需的主干——液晶眼镜片,就需要从液晶厂订购,液晶厂的生产线规模都比较大,一开始不肯接,于是董振声忍痛花2万元订购一小批后,工厂才肯接单。(www.xing528.com)

第一款镜片样品研发出来后,装成眼镜却发生了意外情况:面向阳光时镜片颜色变深,眼睛感觉很舒服;但是遇到前面有楼宇的阴面为背景时,出现了以太阳为圆心的轮辐样光芒。这说明镜片功能并不合格,董振声当时一下就懵了。为了查清原因,董振声从头把《液晶器件工艺基础》这本书翻了一遍,还是没能找到答案。于是董振声登上开往天津火车,去向这本书的作者范志新教授当面求教。范教授给他解答了疑惑:液晶盒里的衬垫料是白色玻璃粉,向阳时产生反射光,就在黑色背景上形成了轮辐状光芒,应对方法是改用黑色衬垫料。

回来后,董振声就自己研制黑色玻璃粉:先到北京料器厂找他们用于制作玩具小动物眼睛的黑色玻璃,买了研钵,自己研粉。原料明明是黑色的,做成的玻璃粉却是浅灰色的,毛病出在哪里呢?原来是玻璃中的着色剂不够亮,厚度大不透光,看上去是黑色,研成粉后厚度尺寸只有几微米,也就从黑色变成浅灰色了。认识到这一原因后,董振声又找了一家电子玻璃厂,他们有遮光防辐射黑色玻璃,看上去就像煤块一样,比料器厂的颜色黑多了。拿回家研成粉,然后又到北京砂轮厂去筛选,可出来的粉还是呈深灰色,且仍有反光。在同砂轮厂接触过程中,董振声发现他们的黑色树脂结合剂颜色既深又不反光,就向他们要了一块,自己研成粉后又让他们做了筛选。带了这样黑色不反光的树脂粉去液晶厂时,液晶厂的人告诉董振声,外国有专业厂研制出了黑色树脂粉,来该液晶厂推销并且给了一些样品,可以在董振声的产品中试用。前前后后困扰董振声长达3个月的这个问题总算得到了解决,虽然结果有些戏剧性。

然而,有了进口黑色树脂粉,液晶镜片仍未过关:加上驱动信号变色过程中均匀度达不到太阳镜的要求,黑点、白点、条形纹、网状纹、云形纹不一而足。液晶厂的产品都是光反射型的,眼镜片是在透射状态下使用,比他们的产品要求更加严格。对他们来说,均匀性是个新问题,没有解决经验。第一家工厂发来一批不合格品,收了钱,就再也不接这个活了。没有办法,董振声又找了第二家厂,经制作多批样品,不断改进之后,其他瑕疵都克服了,唯有云形纹克服不掉。经过仔细观察、反复琢磨之后,董振声告诉液晶厂:这是液体流动的痕迹,哪道工序有液体并且镜片半成品带了液体立着摆在支架上,问题就出在哪道工序。之后的样品云形纹消失了,液晶厂的人称赞董振声观察仔细,研究入微。

不过,眼镜片的麻烦并没有就此结束。眼镜片往镜架上装本来是个极简单的事:镜片卡在自动机上,镜架装在仿形机构上,对好位置一开机,磨出的镜片同镜圈完全吻合,没有误差。但是这样的自动磨边机磨不了液晶眼镜片。原因是液晶眼镜片有个突出的电极区,自动机磨不出“反弯”。要磨液晶眼镜片只能用手捏着在手工磨边机上磨,不仅效率低,而且容易出废品,有的漏液,有的挤裂,磨二十片就要损失七八片。这样岂能产业化?工欲善其事,必先利其器,这是董振声一直以来坚持的发明思路。为此董振声设计并制造了一台“液晶眼镜片磨边机”,专门用来解决眼镜磨边装架的难题。

经过一次又一次的失败,克服了种种困难后,董振声发明的自动控制、完全不用手工操作、适合普通人群佩戴的创新产品——“自适应快速变色太阳镜”问世了。

这款自适应快速变色太阳镜的突出优点是:随前方阳光强弱,镜片变色快。从浅变深只需0.5秒,从深到浅的变化也仅用1秒左右的时间,能全面满足在日常生活中保护眼睛的需要。由于该产品自备了太阳能电源,只要不发生人为损坏,可永久供电。

相比我们平时所佩戴的传统太阳镜(光致变色镜),镜片颜色从浅变深的过程参差不齐,最少的1秒钟,最长的几分钟。对于佩戴者来说,从室内走到阳光下,1秒尚可忍受,几分钟则显然太长了;从深变浅的过程往往需要几分钟到十几分钟。如果在面向阳光的地方,从亮处进入暗处,镜片颜色褪不下去,就会非常不适应,甚至连路也看不清。经过反复权衡,多人次验证后,董振声设定了适合普通百姓使用的变色时间。

除此之外,这款产品的自动适应功能主要体现在四个方面:首先是对太阳光强弱的自适应——晴天镜片变色最深,多云天气色浅,阴天时不变色。其次是对太阳方位角的自适应——面向太阳镜片变色最深,侧向太阳镜片变色较浅,背向太阳变色更浅。再次是对太阳高度角的自适应——正午面向太阳,由于太阳高度角大,阳光不会直射入瞳孔,镜片颜色并不需要很深,佩戴者会察觉遮光中心靠近镜片的上边,上午10点左右或下午2点左右,太阳高度角小了,佩戴者会感到遮光中心下移。清晨和傍晚太阳光虽不及正午强,但由于太阳高度角小,阳光能射入瞳孔,此时眼睛更需要保护,所以镜片颜色比正午时更深一些,镜片的遮光中心也比正午时稍低一些。最后是对来自不同方向的入射光有不同的遮挡能力——光致变色镜颜色变化是均匀的,在挡了阳光时会妨碍看环境及路面。自适应快速变色太阳镜在防止斜上方强阳光刺眼的同时,绝不妨碍看路和观看前方的车辆及左右的景物。董振声将其归纳为“电动百叶窗效应”:“眼镜片中的液晶分子都是链状排列的,每一条分子链就像一片微小的电动百叶窗。在太阳能电池组柱面凸透镜、专用集成电路的共同控制下,百叶窗的角度随时调整,从宏观上看,液晶眼镜片的变化也就随时保持在最佳状态了。”

曾经有质疑的声音说他的发明太简单,对此董振声并不急于争辩,因为他觉得真金不怕火炼。在第六届北京发明创新大赛中,董振声的这项发明得到了评委会专家的一致好评,并最终获得金奖。虽然工作期间也获得过无数奖项,但这是退休之后搞发明而得到的第一份荣誉,为此他感到格外骄傲。

点评:太阳镜不仅是保护我们眼睛的防火墙,同时也是装点我们时尚门面的最好配件。董振声历经十年寒暑,终成一“镜”。该项发明的巧妙之处在于,利用液晶视角小的“缺陷”实现了镜片上部色深下部色浅,从而达到该墨镜既能遮阳又不影响看路的功效,可谓化腐朽为神奇。在他的故事背后,我们看到顽强的意志、坚持不懈的精神,而这些,正是一个发明人所应具备的素质。

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