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院友之光:葛文勋先生

作者: 发布时间:2017-05-12

编者按:

2017年4月12日是葛文勋先生94岁生辰,恰好4月北大张海霞教授去美国参加IEEE NEMS2017国际会议,再次拜访了葛先生夫妇,有幸看到2014年凯斯西储大学(Case Western ReserveUniversity,CWRU)校友会授予葛先生功勋奖时的生平成就完整英文介绍,阅读全文后深受鼓舞。回国后,考虑到国内外受到葛先生关照的同仁较多,也都十分关心葛先生的现状,因此决定将葛先生的事迹翻译成中文,让更多关心他的晚辈了解他94年来为科学奉献以及提携后辈学人所做的卓越贡献,也希望以此为契机,在CINN开设一个“人物专辑”,将在微电子领域做过巨大贡献的华人科学界事迹介绍给广大读者朋友们,传播正能量,鼓励大家向着更高更远前行!于是,我们开始着手翻译、整理、编辑......。这就是CINN人物专辑的缘起,从微纳领域的奠基人:葛文勋教授开始!


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2017年4月北大张海霞教授访问葛文勋教授

歌词真心赞:把握生命里的每一分钟,全力以赴我们心中的梦,不经历风雨怎么见彩虹,没有人能随随便便成功!

1923年,葛文勋教授出生于中国福建省。他于1946年毕业于中国厦门大学获电机工程学士学位,后又分别于1956年和1959年在美国俄亥俄州克里夫兰的凯斯技术学院(Case Institute of Technology)获得硕士和博士学位。他分别于1959年、1962年和1967年在凯斯西储大学(Case Western Reserve UniversityCWRU)担任电机与生物医学工程的助理教授、副教授和教授。于19937月被授予CWR大学的电机工程学荣誉退休教授。2014年,凯斯西储大学校友会因葛文勋教授50多年致力于运用生物传感器技术创造救生装置,授予他功勋奖。退休后,他依然继续指导电气和生物医学工程研究生做研究。

 

作为IEEE的终身会士(life fellow),葛教授的主要贡献包括,帮助一些国家建立首个生物医学微器件学术中心,开发了第一个用于医学研究的长期稳定的压阻式压力传感器、世界上第一个人体植入传感和驱动系统,以及第一个植入式调频遥测发射机集成电路芯片和第一个单片的交流电容式压力传感器集成芯片。

 

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2013年,葛先生及夫人在白宫留影

 

 

葛教授在凯斯西储大学的60年历程(1954-2014年)

1954年,葛文勋前往凯斯技术学院就读硕士研究生,1959年获得博士学位。在最初的13年里,他做了各种各样的职位,包括研究助理,助教,讲师,副教授和教授。40多年来,葛博士一直是一个先驱,在固态电子器件和技术、微电子电路、用于生物医学仪器的微机电系统(传感器、执行器和微技术)方面开拓研究。他发表了143篇期刊文章和288篇会议论文。在工业控制、生物遥测、微型传感器、专用集成电路和电子器件等领域拥有26项专利。在医学植入物遥测、电激励和植入闭环控制系统以及电刺激神经和肌肉方面的探索性研究为许多医学假肢和生物研究仪器研制铺平了道路。20世纪70年代初,他对物理和化学(气)微型传感器的研究是这一领域的最早尝试之一。为了表彰他的成就,他于1976年当选IEEE生物医学工程学会会士(Fellow),并于1992年当选美国医学与生物工程学会会士。他的研究贡献得到广泛认可,他获得了以下国际奖项:

11977年,获得美国的中国工程师学会成就奖;

21992年,在东京第四届化学传感器国际会议上获得杰出研究奖;

31997年,在芝加哥传感器和执行器国际会议上获得职业成就奖;

42011年,在北京召开的固态传感器与执行器国际会议上获得奠基人奖;

52012年,从 IEEE传感器委员会获得技术成就奖;

62012年,从希尔顿MEMS国际会议和NEMS国际研讨会上获得创始人奖。

 

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2011年,葛教授在固态传感器、执行器与微系统国际会议(Transducers 2011上获得奠基人奖,中间两位是葛教授夫妇,左三是北大张海霞教授

他在教学、研究和国际服务活动等方面的亮点如下。

A.大学研究和教学

CWRU58年教学与研究期间,葛博士曾与20的访问学者一起工作,指导了160 位固体电子学、微电子技术、集成电路(IC)设计、微传感器和执行器,植入系统和微机电系统方向的硕士生和博士生。1958年,他在凯斯技术学院开设了第一门晶体管电路课程;1961年,他建立了用于教学和研究的半导体技术实验室。这两者都比麻省理工学院、加州理工学院、伯克利大学和其他顶尖大学类似的尝试要早。20世纪60年代,该实验室制作了世界上第一个集成的压力传感器和遥测集成电路。在凯斯技术学院,葛博士承担了第一个电子电路、固态电子器件和技术课程。该校在19601975年期间毕业的本科/研究生是电子产业公司的热门选择,他们为新兴半导体电子产业的发展做出了卓有成效的贡献。19601970年,凯斯技术学院的电机系在全美排名第911名,是世界领先的电子学研究机构之一,接收了来自英国,法国,比利时,挪威,南斯拉夫,日本,韩国,中国和其他国家的访问教授。

 

19591994年,博士在CWRU建立并管理着享誉国际的研究中心,该中心主要涉及固态电子设备和技术、医用植入式电子设备和系统、微型传感器和执行器,以及微机电系统(MEMS)等方向。他的博士论文分析了PN结的瞬态行为,突破了当时计算机时钟频率的极限,使之超过了1MHz。他被邀请在贝尔实验室做演讲,1960年成为IBM公司的顾问。他的第一位博士生的论文解开了MOS晶体管的阈值漂移奥秘,在20世纪60年代消除了电子工业面临的重大路障。他在植入式遥测、医疗仪器、传感器和执行器,以及微机电系统技术方面工作了35年。 1993年,70岁退休,他加入了退休教师行列,并持续研究工作到今天。他和他的研究生研究了医疗和工业应用的内含集成传感器的功能MEMS器件。在教授的诸多专利中,用于轮胎充气的触模式压力传感器的发明已被证明是能够承受300oC轮胎成型工艺和1000%过载的唯一压力传感器,成为第一个用于轮胎压力监测的嵌入式传感器。 1975年,其持续气道正压通气鼻塞(专利号:237219)的专利现称为CWRU插管,是当今世界各地医院早产儿护理标准器件。

 

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现代的轮胎压力传感器

 

1993年退休之后,在研究资金支持下,他指导32名研究生,继续研究工业用传感器。在办公时间或周末,他自由地与来拜访的学生和教师讨论了想法和设计问题。2012年,他退休满20年,获得了NIH资金支持,发展慢性植入式微型设备/系统的非气密封装技术。目前,他的研究兴趣在于,开发无电池传感器网络,以消除个人实时家庭/移动病人护理的最后技术障碍。

 

19641984年,葛博士担任美国国立卫生研究院(NIH)微电子实验室在微电子资源和医疗电子方面项目的主要负责人,项目总预算(包括开销)达到两千万美元。担任NASANSF和工业项目的主要负责人,项目总预算超过七百万美元。这些项目支持了80多个研究生。1982-1993年,他担任NIHHSFDARPA和工业项目的共同负责人,项目总预算超过1千万美元,支持了20多个研究生。19942010年,他曾从固特异轮胎公司和蒂芬公司获得工业研究资金支持,也曾与d.j.young博士和电机系的其他人合作获得美国国家科学基金会(NSF)和美国国立卫生研究院NIH)的资金资助,这些经费支持了32名研究生中的25人。

 

B.生物医学研究

1970-1981年,葛博士是工程/电子设计中心的主任,1967-1984年,他是美国国立卫生研究院(NIH)的微电子实验室和生物医学电子资源中心主任。1968-1975年,他的课题组设计并制造了成百上千的K-5M-1系列生物遥测发射机,并将它们分享给凯斯西储大学(CWRU)校内外野外生物学的研究人员。这些遥测系统用于生物医学研究和野外生物学探索,一部分研究结果发表在包括Science在内的顶级杂志上。

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现代的遥测发射机

 

1966年,他与课题组成员研究和演示了第一个用于活体肌肉控制的可植入式闭环假体控制系统。今天许多功能性电动应用仍然可以追溯到当年的那些示范。

 

他研究与医疗植入电子器件和假肢相关的所有问题开创了近距离射频通信和无线供电,植入封装,人体对半导体、硅化合物和微功率遥测电路与系统的反应等研究工作。

 

他首创了长期稳定的植入式压力传感器,研究了传感器的不稳定源,从而引出了可植入传感器和仪器的封装创新方法。他设计了一种电容式压力传感器,在10年的使用寿命内,其时间稳定性优于1%,是世界纪录。他于1980年率先为脑积水患者使用可植入式颅内压监测仪,于1987年推出中耳助听器。

 

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现代的颅内压监测仪

 

C.技术服务工作

1956年,葛博士是Conoflow公司的顾问,设计磁放大器。19571980年,他在俄亥俄州克利夫兰北美制造公司担任控制系统设计顾问,并在流体控制系统中拥有多项专利。 19601963年,他在IBM担任高速计算电路设计的顾问。19622013年,他负责NIHNSFNASA和其他机构的提案审查小组,并为贝尔实验室、辉瑞、固特异和蒂芬等公司提供了咨询服务。

 

1981年,他在波士顿作为大会共同主席组织了第一届(固态)传感器和执行器国际会议。1985年,担任在费城召开的第三届(固态)传感器和执行器国际会议的大会主席。19831987年,担任该系列会议的国际督导委员会主席。1990年,担任在俄亥俄洲克利夫兰召开的第三届化学传感器国际会议的共同主席。19901992年,担任该系列会议的第一届国际督导委员会主席。19872004年,他组建并担任传感器研究基金会公司总裁,运行著名的希尔顿固态传感器和执行器研讨会,并为学生提供旅费资助来支持传感器和MEMS国际会议。

 

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2017年的固态传感器、执行器与微系统国际会议(Transducers 2017)海报。1981年,葛教授在波士顿作为大会共同主席组织了第一届(固态)传感器和执行器国际会议。

 

 

他是传感器和执行器期刊的编委会成员,是传感器和执行器、EMBSMEMS等期刊的常规审稿人。19732013年,他获批22项专利,6项专利的产出收益返给了CWRU

 

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葛教授

 

20世纪60年代,他为孩子们办了第一个中文学校,并且组建了大克利夫兰中国协会,为当时中国新移民小众人口的需求服务。

 

D.国际教学和服务

19741989年,葛教授作为七人国际专家团队之一员,帮助台湾地区建立了IC产业。19742008年,他担任工业技术研究所及其实验室的顾问。1993年,从CWRU退休之后,他在台湾国立交通大学工作1年,教授台湾的第一门MEMS方面大学课程,并帮助开创MEMS方面研究。

 

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葛教授夫妇在北京

 

1973年,尼克斯总统访华后几个月,葛教授首次回国访问。自此之后,他回国访问多达20多次,在中国的多所大学和研究所举办生物遥测、植入式系统和MEMS方面研讨会。20002006年,他帮助厦门大学募捐到1百多万美元,建造了一栋新楼,建立了拥有一整套制备设施的世界一流的MEMS研究中心。目前,他是厦门大学客座教授。

 

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 厦门大学的MEMS研究设施之一

 

 

E.协作和指导工作

19592013年,葛教授一直与凯斯技术学院和凯斯西储大学的教工合作。他与安格斯博士合作研究了钻石的气相生长;与刘博士合作研究了化学传感器;与Robert Plonsey博士合作研究了EKG反向映射;与Fleming博士合作研究了生物医学工程的各个主题。19622014年,葛教授在凯斯医学院包括骨科、心脏病学、麻醉科、神经外科、儿科、头部和颈外科在内的几个部门任命为兼职教授。

 

在他的职业生涯中,葛博士非常积极地招募有才华的教师来凯斯西储大学,帮助他们建立自己的研究生涯。90岁时他还与C.A.Zorman教授和P.Feng教授一起指导研究生、工程师和博士后工作。 

 

F.其他值得关注的成就

1.1965年,在美国的大学里设计和建造了第一间1000级别的洁净室。

2.1975年,研制了微型pHpC02气体传感器。

3.1978年,研制了第一个用于医学研究的长期稳定的压阻式压力传感器。

4.1977年,在EDC和CWRU研制了离子敏感场效应晶体管,1977年,在CWRU组织了第一届美国离子敏感场效应晶体管(ISFET)会议。

 

葛先生不仅事业非常成功,家庭也幸福美满,太太Christina贤惠善良,还是著名的歌唱家和慈善人士,四个子女的培养也十分成功,其中大女儿在奥巴马总统时期担任美国白宫的亚洲事务顾问,积极投身公共事务和慈善事业,一时传为佳话。

 

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葛教授与夫人和女儿参加白宫招待晚宴(奥巴马总统的亚洲事务顾问)


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