当你对新想法持开放态度并尝试新事物时,各种各样的事情都可能发生。
Stephanie Louise Kwolek是一位美国化学家,以发明凯夫拉纤维(Kevlar)而闻名。她有波兰血统,在杜邦公司的职业生涯跨越40多年。她发现了第一种具有特殊强度和刚度的合成纤维家族:聚对苯二甲酰对苯二胺。
因为这项发现,Kwolek被授予杜邦公司拉瓦锡奖章,以表彰其杰出的技术成就。截至2019年8月,她是获得这一荣誉的唯一女性员工。1995年,她成为第四位被列入国家发明家名人堂的女性。Kwolek因其在高分子化学领域的工作获得了众多奖项,包括国家技术奖、IRI成就奖和Perkin奖章。
早年生活和教育
Kwolek于1923年在宾夕法尼亚州匹兹堡郊区的New Kensington出生,父母均为波兰移民。她的父亲John Kwolek(波兰语:Jan Chwałek)在她十岁时去世。他是一位业余自然学家,Kwolek小时候经常和他一起探索自然界。她将对科学的兴趣归功于他,以及对时尚设计的兴趣归功于她的母亲Nellie Zajdel Kwolek,后者是一名裁缝。
1946年,Stephanie获得了Carnegie Mellon University的Margaret Morrison Carnegie College颁发的化学学位理学学士学位。她曾计划成为医生,希望能通过在化学相关领域的临时工作赚取足够的资金来进入医学院。
杜邦公司职业生涯
未来的导师William Hale Charch在1946年为Kwolek提供了杜邦公司位于纽约Buffalo设施的职位。这个空缺是因为男性士兵当时在海外参军。
Kwolek最初只打算在杜邦公司临时工作,为进一步深造筹措资金。当她发现这项工作很有趣时,她决定留下来,并在1950年随杜邦公司搬到了特拉华州威尔明顿市。1959年,她获得了美国化学学会(ACS)的出版奖,这是她众多奖项中的第一个。该论文《尼龙绳技巧》展示了在室温下在烧杯中生产尼龙的方法。这仍然是常见的课堂实验,该工艺已扩展到高分子量的聚酰胺。1985年,Kwolek及其同事为PBO和PBT聚合物的制备方法申请了专利。
凯夫拉纤维(Kevlar)
在为杜邦公司工作期间,Kwolek发明了Kevlar。1964年,为了预防汽油短缺,她的研究小组开始寻找一种轻质但强韧的纤维来替代轮胎中使用的钢。她当时一直在研究的聚合物,对位苯撑四甲基四胺和聚苯甲酰胺,在溶液中形成液晶,当时必须在200°C(392°F)以上的温度下进行熔融纺丝,这会产生较弱和较硬的纤维。她在新项目中应用的独特技术和熔缩聚合工艺是将这些温度降低到0至40°C(32至104°F)之间。
正如她在1993年的演讲中后来所解释的:
该溶液异常具有低粘度、浑浊、搅拌时呈现乳白色外观。常规聚合物溶液通常是清晰或半透明的,粘度像糖蜜一样,或多或少。我制备的溶液看起来像一种分散液,但完全可以通过细孔过滤器过滤。这是一种液晶溶液,但当时我并不知道。
这种浑浊的溶液通常会被丢弃。然而,Kwolek说服操作喷丝头的技术员Charles Smullen测试她的溶液。她惊讶地发现新纤维在尼龙会断裂的情况下不会断裂。不仅强度超过了尼龙,Kevlar的强度是钢的五倍(按重量计)。她的主管和实验室主任都理解她发现的重要性,一个新的高分子化学领域迅速出现。到1971年,现代Kevlar推向市场。Kwolek了解到通过热处理可以使纤维强度更强。聚合物分子形状像棍子或火柴,定向排列高度有序,这赋予了Kevlar非凡的强度。Kwolek继续研究含有脂肪族和氯基团的热向列型Kevlar衍生物。
Kevlar的应用
Kwolek在开发Kevlar的实际应用方面参与不多。一旦杜邦的高级管理人员获悉这一发现,他们立即分配了一个完整的团队来处理不同方面,"她说。尽管如此,Kwolek继续为杜邦进行Kevlar衍生物的化学研究。她也没有从杜邦的产品中获利,因为她将Kevlar专利权转让给了公司。
Kevlar被用作200多种应用的材料,包括网球拍、滑雪板、降落伞绳、船只、飞机、绳索、电缆和防弹背心。它已被用于汽车轮胎、消防员靴子、曲棍球杆、防割手套和装甲车。它也被用于保护建筑材料,如防爆材料、飓风安全室和桥梁加固。在Kwolek去世的那一周,用Kevlar制造的第一百万件防弹背心被售出。Kevlar还被用于制造手机;Motorola的Droid RAZR拥有Kevlar一体式机身。
奖项和荣誉
因为发现了Kevlar,Kwolek在1995年被授予杜邦公司的拉瓦锡奖章,以表彰其杰出的技术成就,她被评价为"坚持实验的杰出人物和模范,其液晶聚酰胺的发现导致了Kevlar芳纶纤维的开发"。在她2014年去世时,她仍然是获得该荣誉的唯一女性员工。她的发现为杜邦公司(当时的雇主)创造了数十亿美元的收入,但她从未从中直接获得经济利益。
1980年,Kwolek获得了美国化学家协会颁发的化学先驱奖,以及美国化学学会颁发的创意发明奖。1995年,Kwolek被列入国家发明家名人堂。1996年,她获得了国家技术奖和IRI成就奖。1997年,她获得了美国化学学会颁发的Perkin奖章。2003年,她被列入国家妇女名人堂。
她获得了Carnegie Mellon University(2001年)、Worcester Polytechnic Institute(1981年)和Clarkson University(1997年)颁发的荣誉博士学位。
皇家化学学会每两年颁发一次"Stephanie L Kwolek奖","以表彰来自英国以外工作的科学家在材料化学领域的杰出贡献"。
Kwolek被列为皇家化学学会"化学175个面孔"中的一员。
星际迷航电子书中篇小说《星舰工程兵团#30:伊什塔尔升起》中提到了一艘名为Kwolek的穿梭机。
退休
1986年,Kwolek以杜邦公司研究员的身份退休。在生命的后期,她为杜邦公司提供咨询,并在国家研究委员会和国家科学院任职。在她40年的研究科学家职业生涯中,她申请并获得了17项或28项专利。
她经常为学生辅导化学课程。她还设计并撰写了许多课堂演示,这些演示至今仍在学校使用,例如《尼龙绳技巧》。
Kwolek于2014年6月18日去世,享年90岁。
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