上海中学生激光修复臭氧空洞方法获青少年专利申请一等奖
修复臭氧层空洞,是长期困扰全世界科学家的难题。上海中学高三学生李想大胆设想用激光光束修补空洞的方法,在日前揭晓的“上海市飞利浦杯青少年专利申请奖”评选中获得一等奖。
小李自称是狂热“地球迷”,一直对地球、大气空间等充满兴趣。当她发现臭氧层的破坏已经严重影响人类健康、生态系统及空气质量等时,就想找到一种具有一定可行性的解决方法。“尽管这是一个至今无解的世界级难题,但作为已掌握基本物理、化学原理的高中生,通过资料查找,完全有可能提出自己的设想啊。”
小李一边频繁出入图书馆收集资料,一边做起有心人,课堂上每一个新学的知识点,都有可能激发她的创新灵感。在一次地理课上,“飞机在平流层飞行”这一知识点让小李豁然开朗:既然臭氧也位于平流层,可以利用飞机排出的氮氧化物气体,分解出氧原子后通过激光光束打入臭氧层,使之与破坏臭氧层的“元凶”之一―――氯原子发生反应,减缓臭氧层空洞面积的增大。同时,氧原子还能与氧气反应生成臭氧,以填补臭氧层空洞。
李想把设想分解成四个步骤。第一步,通过加入含银的催化剂,把飞机排放的氮氧化物分解成氧化银;第二步,从氧化银中分离出氧气;第三步,施加电场,把氧气分解成氧原子;最后再利用激光光束把氧原子打入对流层。其中涉及纳米催化剂、激光固定原子等高中课本里没有的知识,小李必须“无师自通”。为了解激光的工作原理,她从网上搜集到长达十几页的相关素材,先花几天时间慢慢“消化”知识,再从中找出和课题相关的内容。
小李还有自己的“窍门”,那就是提高课堂学习效率。她认为,再新的化学物质、再陌生的反应方程式,从原理来说,都是“万变不离其宗”的,掌握了课堂上学到的方法,就能举一反三,融会贯通。最后,小李终于找到了每一个步骤相应的反应方程式,设想化为论文,并以此申请了发明专利。
大赛评委认为,小李设想的最大亮点,在于既吸收了飞机尾气中的氮氧化物,同时又能减少臭氧层的空洞面积,可谓一举多得,对高中生来说更是不易。在可行性分析中,小李客观地提出,本设想最大的难点在于控制激光光束的射击距离,同时还要避免影响其它飞机的飞行,这就需要精密检测计算激光的角度。尽管如此,她还是相信有朝一日纸上设想终能化为实际可用的装置,为改善大气环境出力。