解密中科院長春應(yīng)化所 實現(xiàn)交流LED產(chǎn)業(yè)化

　　(交流LED)從源頭上解決了直流和交流電驅(qū)動存在的若干技術(shù)難題，使中國成為世界上唯一掌握通過稀土熒光粉生產(chǎn)低頻閃交流LED產(chǎn)品的國家”

　　位于遼寧省沈陽市沈河區(qū)文化路72號，整齊的道路旁邊坐落著至今已經(jīng)擁有60年歷史的中國科學(xué)院金屬研究所。

　　中國科學(xué)院金屬研究所成立于1953年，是新中國成立后中國科學(xué)院新創(chuàng)建的首批研究所之一。

　　而再往北一些，在吉林省長春市人民大街5625號，則是中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所(簡稱長春應(yīng)化所)。

　　隔著馬路對面，是東北師范大學(xué)、吉林體育學(xué)院和吉林大學(xué)南嶺校區(qū)，它的右上方，是長春動植物公園——這是個環(huán)境優(yōu)美、讓人向往的科研基地。

　　中科院金屬所和長春應(yīng)化所代表中國版圖東北地區(qū)的科研前沿，這期理財周報重點關(guān)注這兩所研究所。

　　長春應(yīng)化所：實現(xiàn)交流LED產(chǎn)業(yè)化

　　從中科院長春應(yīng)化所的科研機構(gòu)設(shè)置構(gòu)造也可以看出，它的學(xué)科方向主要集中在高分子化學(xué)與物理、無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理化學(xué)。

　　長春應(yīng)化所一共設(shè)有12個科研機構(gòu)，包括：高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室、電分析化學(xué)國家重點實驗室、稀土資源利用國家重點實驗室、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室、高分子復(fù)合材料工程實驗室(中國科學(xué)院高分子復(fù)合材料工程化研發(fā)平臺)、國家電化學(xué)和光譜研究分析中心和化學(xué)生物學(xué)、綠色化學(xué)與過程、先進化學(xué)電源、現(xiàn)代分析技術(shù)工程實驗室共9個國家實驗室，還有高性能合成橡膠工程技術(shù)中心、稀土與釷清潔分離工程技術(shù)中心等創(chuàng)新基地和科技平臺共3個研究中心。

　　在這些實驗室中，“按照學(xué)科方向來看的話，主攻無機化學(xué)方向的是稀土資源利用國家重點實驗室;主攻分析化學(xué)的是點分析化學(xué)國家重點實驗室和國家電化學(xué)與光譜研究分析中心;有機化學(xué)的是綠色化學(xué)與過程重點實驗室;主攻物理化學(xué)的有科技部長春質(zhì)譜中心、吉林省現(xiàn)代中藥研究開發(fā)中心、吉林省先進低碳化學(xué)電源重點實驗室;而主攻高分子化學(xué)與物理的有高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室、先進生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室和高分子復(fù)合材料工程化研發(fā)平臺。”據(jù)長春應(yīng)化所辦公室主任夏云龍介紹。

　　且據(jù)記者了解，從實驗室的級別來看，長春應(yīng)化所的高分子物理與化學(xué)國家實驗室、電分析化學(xué)國家重點實驗室以及稀土資源利用國家重點實驗室均屬于國家實驗室，而生態(tài)環(huán)境高分子材料重點實驗室、高分子復(fù)合材料工程化研發(fā)平臺、先進低碳化學(xué)電源重點實驗室與綠色化學(xué)與過程重點實驗室則均屬于院省級別的實驗室。

　　另外，為了進一步推廣產(chǎn)業(yè)化，長春應(yīng)化所還積極加強與地方政府合作，在2009年和長春市共建了長東北先進材料與技術(shù)產(chǎn)業(yè)園;與浙江省杭州市共建了浙江(杭州)材料與化工技術(shù)研究院;2010年與常州市共建常州儲能材料與器件研究院。

　　談及“十二五”新材料產(chǎn)業(yè)建設(shè)，夏云龍主任進一步介紹，“長春應(yīng)化所總體規(guī)劃構(gòu)造八條產(chǎn)業(yè)鏈，包括交通領(lǐng)域關(guān)鍵材料、石油化工新材料、生物質(zhì)資源新材料、二氧化碳資源關(guān)鍵材料、碳纖維產(chǎn)業(yè)相關(guān)材料、能源相關(guān)材料與技術(shù)、航空航天新材料以及生物功能材料與技術(shù)。”

　　而當問及長春應(yīng)化所當下最值得關(guān)注的科研項目，夏云龍主任告訴記者：“是我們的交流LED項目，已經(jīng)做了6年多，已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，是由稀土資源利用國家重點實驗室負責的項目。”

　　據(jù)記者了解，由長春應(yīng)用研究所和四川新力光源股份有限公司產(chǎn)研結(jié)合的“發(fā)光余輝壽命可控稀土LED發(fā)光材料研發(fā)及其在半導(dǎo)體照明中的應(yīng)用”項目于2012年底榮獲歐洲規(guī)模最大、全球第二大國際專業(yè)工程學(xué)會——英國工程技術(shù)學(xué)會(IET)“能源創(chuàng)新”和“建筑環(huán)境”兩項提名大獎。2013年澳大利亞金袋鼠世界創(chuàng)新獎。且2013年6月通過中國科學(xué)院組織的成果鑒定。

　　“項目的研發(fā)團隊主要由張洪杰和李成宇研究員、四川新力光源股份有限公司張明董事長、趙昆、王森等成員組成。該團隊的帶頭人是長春應(yīng)用化學(xué)研究所張洪杰研究員。團隊的下一步目標是進一步提升交流LED技術(shù)水平，不斷開發(fā)新產(chǎn)品滿足市場需求。”長春應(yīng)化所李成宇研究員告訴記者。

　　李成宇研究員還向記者表示，“交流LED照明作為LED照明技術(shù)的一個重要方向，其應(yīng)用領(lǐng)域包括家庭照明、商超照明、市政照明、工礦照明、景觀照明、農(nóng)業(yè)照明、車或船用照明等領(lǐng)域，將為我們提供低耗能、長壽命、高光品質(zhì)的綠色環(huán)保照明光源，使得我們照明生活更美好。”

　　而談及該項目的技術(shù)突破，相對于飛利浦等國家照明巨頭產(chǎn)品，李研究員告訴記者，最大的突破是解決了LED閃屏的問題。

　　“現(xiàn)有的LED照明光源均使用直流電作為驅(qū)動，而市電為交流電，直流LED器件不能直接使用，在工作時必須經(jīng)交、直流轉(zhuǎn)換。這樣勢必帶來電能耗損高、元器件壽命短、產(chǎn)生熱量大、電源成本高、設(shè)備占有空間大等問題。”

　　“為此，加速開發(fā)不需要交、直流電源轉(zhuǎn)換，可直接使用交流電驅(qū)動的新一代LED照明光源不僅迅速成為各國競相研發(fā)的焦點，更成為我國提高LED核心競爭力，搶占國際LED科技發(fā)展戰(zhàn)略制高點的關(guān)鍵。由于交流電在其周期內(nèi)要經(jīng)歷電流值從大到小和正反向的過程。”

　　“因此，當使用交流電驅(qū)動LED芯片時，芯片的發(fā)光也會具有同樣的周期變化過程，從而導(dǎo)致發(fā)光頻閃。如何解決這種頻閃是交流LED技術(shù)中的最大瓶頸和一個世界性的難題。”李研究員告訴記者。

　　他還接著向記者表示，“長春應(yīng)化所與四川新力光源有限公司經(jīng)過6年多的探索和開拓，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)發(fā)光余輝壽命可控的新型稀土LED發(fā)光材料，其發(fā)光余輝壽命與交流電頻率匹配，實現(xiàn)了LED芯片不發(fā)光時發(fā)光粉仍然發(fā)光，從而彌補交流LED電流波動導(dǎo)致的頻閃。

　　“該項目成果開辟了一條以具有特定壽命的稀土發(fā)光粉為核心、完全不同于國外及臺灣地區(qū)交流LED技術(shù)路線，從源頭上解決了直流和交流電驅(qū)動存在的若干技術(shù)難題。實現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的跨越，使中國成為世界上唯一掌握通過稀土熒光粉生產(chǎn)低頻閃交流LED產(chǎn)品的國家。”

　　金屬所：石墨烯研發(fā)值得關(guān)注

　　與長春應(yīng)化所不一樣的是，金屬所只設(shè)有沈陽材料(聯(lián)合)科學(xué)國家實驗室和金屬腐蝕與防護國家重點實驗室兩個實驗室，以及沈陽先進材料研究發(fā)展中心、材料環(huán)境腐蝕研究中心、國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心和高性能均質(zhì)合金國家工程研究中心共4個研究中心，一共6大科研機構(gòu)。

　　但和長春應(yīng)化所一致的是，金屬所也很注重科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。

　　而金屬所主要以高性能金屬材料、新型無機非金屬材料和先進復(fù)合材料等為主要研究對象。

　　從科研機構(gòu)的設(shè)置上看，金屬所的實驗室科研實力主要集中在兩個國家實驗室中。

　　沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室就設(shè)有非平衡金屬成立研究部、高性能陶瓷成立研究部、先進碳成立研究部等11個研究部以及成立發(fā)展戰(zhàn)略研究中心點等3個研究中心。

　　該實驗室以創(chuàng)建世界一流的材料研究實驗室為戰(zhàn)略目標，主要從事材料科學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，研究領(lǐng)域涵蓋材料制備與加工、材料結(jié)構(gòu)分析與表征、材料設(shè)計與計算模擬、材料性能評價與使役行為等。

　　現(xiàn)設(shè)有非平衡金屬材料、材料疲勞與斷裂、固體原子像、高性能陶瓷材料、先進炭材料、磁性材料與磁學(xué)、環(huán)境功能材料、工程合金、材料加工模擬、催化材料和功能薄膜與界面11個研究部，1個公共技術(shù)服務(wù)部以及材料發(fā)展戰(zhàn)略研究、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料失效分析3個中心。

　　其次是沈陽先進材料研究發(fā)展中心，設(shè)有高溫合金研究部、鈦合金研究部、特殊環(huán)境材料研究部、精密管材研究部、材料特種制備與加工研究部、材料表面工程研究部、專用材料與器件研究部等7個研究部。

　　從整體系統(tǒng)上看，沈陽材料科學(xué)國家實驗室和金屬腐蝕與防護國家重點實驗室主要從事基礎(chǔ)研究;沈陽先進材料研究發(fā)展中心和材料環(huán)境腐蝕研究中心屬于應(yīng)用研究;而國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心和高性能均質(zhì)合金國家工程研究中心則是工程化。

　　據(jù)記者了解，金屬所涉足新材料研究歷史已久。

　　從1957年開始，開始了高溫合金、難熔金屬、金屬陶瓷、防護涂層、核材料及石墨材料等新材料新技術(shù)的研究，陸續(xù)應(yīng)用于國家重點工程。

　　眾所周知，石墨烯是21世紀最值得關(guān)注的新材料之一，金屬所在這個領(lǐng)域的研發(fā)不僅起步早，而且步伐也快，一直走在科研的前沿，因此這也是金屬所較為值得關(guān)注的項目。

　　2012年，金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫的基礎(chǔ)上，利用該材料作為高導(dǎo)電的柔性集流體，設(shè)計并制備出可快速充放電的柔性鋰離子電池。

　　研究人員將三維連通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為集流體，取代電池中常用的金屬集流體，不僅可有效降低電極中非活性物質(zhì)的比例，且三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)為鋰離子和電子提供了快速擴散通道，可實現(xiàn)電極材料的快速充放電性能。

　　該研究為高性能柔性鋰離子電池的設(shè)計和制備提出了一種新思路。

　　這種可快速充電的柔性鋰離子電池的制備工藝簡單，具有潛在的實際應(yīng)用價值。

　　此外，該研究團隊還充分利用石墨烯和碳納米管的優(yōu)異特性，發(fā)展出超級電容器和鋰-硫電池用柔性電極材料，上述工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院有關(guān)項目的資助。

　　該實驗室以創(chuàng)建世界一流的材料研究實驗室為戰(zhàn)略目標，主要從事材料科學(xué)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，研究領(lǐng)域涵蓋材料制備與加工、材料結(jié)構(gòu)分析與表征、材料設(shè)計與計算模擬、材料性能評價與使役行為等。

　　現(xiàn)設(shè)有非平衡金屬材料、材料疲勞與斷裂、固體原子像、高性能陶瓷材料、先進炭材料、磁性材料與磁學(xué)、環(huán)境功能材料、工程合金、材料加工模擬、催化材料和功能薄膜與界面11個研究部，1個公共技術(shù)服務(wù)部以及材料發(fā)展戰(zhàn)略研究、材料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和材料失效分析3個中心。

　　其次是沈陽先進材料研究發(fā)展中心，設(shè)有高溫合金研究部、鈦合金研究部、特殊環(huán)境材料研究部、精密管材研究部、材料特種制備與加工研究部、材料表面工程研究部、專用材料與器件研究部等7個研究部。

　　從整體系統(tǒng)上看，沈陽材料科學(xué)國家實驗室和金屬腐蝕與防護國家重點實驗室主要從事基礎(chǔ)研究;沈陽先進材料研究發(fā)展中心和材料環(huán)境腐蝕研究中心屬于應(yīng)用研究;而國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心和高性能均質(zhì)合金國家工程研究中心則是工程化。

　　據(jù)記者了解，金屬所涉足新材料研究歷史已久。

　　從1957年開始，開始了高溫合金、難熔金屬、金屬陶瓷、防護涂層、核材料及石墨材料等新材料新技術(shù)的研究，陸續(xù)應(yīng)用于國家重點工程。

　　眾所周知，石墨烯是21世紀最值得關(guān)注的新材料之一，金屬所在這個領(lǐng)域的研發(fā)不僅起步早，而且步伐也快，一直走在科研的前沿，因此這也是金屬所較為值得關(guān)注的項目。

　　2012年，金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的石墨烯泡沫的基礎(chǔ)上，利用該材料作為高導(dǎo)電的柔性集流體，設(shè)計并制備出可快速充放電的柔性鋰離子電池。

　　研究人員將三維連通的石墨烯網(wǎng)絡(luò)作為集流體，取代電池中常用的金屬集流體，不僅可有效降低電極中非活性物質(zhì)的比例，且三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)為鋰離子和電子提供了快速擴散通道，可實現(xiàn)電極材料的快速充放電性能。

　　該研究為高性能柔性鋰離子電池的設(shè)計和制備提出了一種新思路。

　　這種可快速充電的柔性鋰離子電池的制備工藝簡單，具有潛在的實際應(yīng)用價值。

　　此外，該研究團隊還充分利用石墨烯和碳納米管的優(yōu)異特性，發(fā)展出超級電容器和鋰-硫電池用柔性電極材料，上述工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院有關(guān)項目的資助。