解密中科院長(cháng)春應化所 實(shí)現交流LED產(chǎn)業(yè)化

　　(交流LED)從源頭上解決了直流和交流電驅動(dòng)存在的若干技術(shù)難題，使中國成為世界上唯一掌握通過(guò)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(yáng)市沈河區文化路72號，整齊的道路旁邊坐落著(zhù)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(cháng)春市人民大街5625號，則是中科院長(cháng)春應用化學(xué)研究所(簡(jiǎn)稱(chēng)長(cháng)春應化所)。

　　隔著(zhù)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，它的右上方，是長(cháng)春動(dòng)植物公園——這是個(gè)環(huán)境優(yōu)美、讓人向往的科研基地。

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

　　長(cháng)春應化所：實(shí)現交流LED產(chǎn)業(yè)化

　　從中科院長(cháng)春應化所的科研機構設置構造也可以看出，它的學(xué)科方向主要集中在高分子化學(xué)與物理、無(wú)機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理化學(xué)。

　　長(cháng)春應化所一共設有12個(gè)科研機構，包括：高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室、稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗室、高分子復合材料工程實(shí)驗室(中國科學(xué)院高分子復合材料工程化研發(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(guò)程、先進(jìn)化學(xué)電源、現代分析技術(shù)工程實(shí)驗室共9個(gè)國家實(shí)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(gè)研究中心。

　　在這些實(shí)驗室中，“按照學(xué)科方向來(lái)看的話(huà)，主攻無(wú)機化學(xué)方向的是稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室;主攻分析化學(xué)的是點(diǎn)分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)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(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗室;主攻物理化學(xué)的有科技部長(cháng)春質(zhì)譜中心、吉林省現代中藥研究開(kāi)發(fā)中心、吉林省先進(jìn)低碳化學(xué)電源重點(diǎn)實(shí)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(diǎn)實(shí)驗室、先進(jìn)生態(tài)環(huán)境高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗室和高分子復合材料工程化研發(fā)平臺。”據長(cháng)春應化所辦公室主任夏云龍介紹。

　　且據記者了解，從實(shí)驗室的級別來(lái)看，長(cháng)春應化所的高分子物理與化學(xué)國家實(shí)驗室、電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室以及稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室均屬于國家實(shí)驗室，而生態(tài)環(huán)境高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗室、高分子復合材料工程化研發(fā)平臺、先進(jìn)低碳化學(xué)電源重點(diǎn)實(shí)驗室與綠色化學(xué)與過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗室則均屬于院省級別的實(shí)驗室。

　　另外，為了進(jìn)一步推廣產(chǎn)業(yè)化，長(cháng)春應化所還積極加強與地方政府合作，在2009年和長(cháng)春市共建了長(cháng)東北先進(jìn)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，夏云龍主任進(jìn)一步介紹，“長(cháng)春應化所總體規劃構造八條產(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(wèn)及長(cháng)春應化所當下最值得關(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(shí)現產(chǎn)業(yè)化，是由稀土資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室負責的項目。”

　　據記者了解，由長(cháng)春應用研究所和四川新力光源股份有限公司產(chǎn)研結合的“發(fā)光余輝壽命可控稀土LED發(fā)光材料研發(fā)及其在半導體照明中的應用”項目于2012年底榮獲歐洲規模最大、全球第二大國際專(zhuān)業(yè)工程學(xué)會(huì )——英國工程技術(shù)學(xué)會(huì )(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(guò)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(cháng)、趙昆、王森等成員組成。該團隊的帶頭人是長(cháng)春應用化學(xué)研究所張洪杰研究員。團隊的下一步目標是進(jìn)一步提升交流LED技術(shù)水平，不斷開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。”長(cháng)春應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L(cháng)ED照明技術(shù)的一個(gè)重要方向，其應用領(lǐng)域包括家庭照明、商超照明、市政照明、工礦照明、景觀(guān)照明、農業(yè)照明、車(chē)或船用照明等領(lǐng)域，將為我們提供低耗能、長(cháng)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(wèn)題。

　　“現有的LED照明光源均使用直流電作為驅動(dòng)，而市電為交流電，直流LED器件不能直接使用，在工作時(shí)必須經(jīng)交、直流轉換。這樣勢必帶來(lái)電能耗損高、元器件壽命短、產(chǎn)生熱量大、電源成本高、設備占有空間大等問(wèn)題。”

　　“為此，加速開(kāi)發(fā)不需要交、直流電源轉換，可直接使用交流電驅動(dòng)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(diǎn)，更成為我國提高LED核心競爭力，搶占國際LED科技發(fā)展戰略制高點(diǎn)的關(guān)鍵。由于交流電在其周期內要經(jīng)歷電流值從大到小和正反向的過(guò)程。”

　　“因此，當使用交流電驅動(dòng)LED芯片時(shí)，芯片的發(fā)光也會(huì )具有同樣的周期變化過(guò)程，從而導致發(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(gè)世界性的難題。”李研究員告訴記者。

　　他還接著(zhù)向記者表示，“長(cháng)春應化所與四川新力光源有限公司經(jīng)過(guò)6年多的探索和開(kāi)拓，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權發(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(shí)現了LED芯片不發(fā)光時(shí)發(fā)光粉仍然發(fā)光，從而彌補交流LED電流波動(dòng)導致的頻閃。

　　“該項目成果開(kāi)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交流LED技術(shù)路線(xiàn)，從源頭上解決了直流和交流電驅動(dòng)存在的若干技術(shù)難題。實(shí)現了從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化的跨越，使中國成為世界上唯一掌握通過(guò)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(cháng)春應化所不一樣的是，金屬所只設有沈陽(yáng)材料(聯(lián)合)科學(xué)國家實(shí)驗室和金屬腐蝕與防護國家重點(diǎn)實(shí)驗室兩個(gè)實(shí)驗室，以及沈陽(yáng)先進(jìn)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(gè)研究中心，一共6大科研機構。

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

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

　　從科研機構的設置上看，金屬所的實(shí)驗室科研實(shí)力主要集中在兩個(gè)國家實(shí)驗室中。

　　沈陽(yáng)材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗室就設有非平衡金屬成立研究部、高性能陶瓷成立研究部、先進(jìn)碳成立研究部等11個(gè)研究部以及成立發(fā)展戰略研究中心點(diǎn)等3個(gè)研究中心。

　　該實(shí)驗室以創(chuàng )建世界一流的材料研究實(shí)驗室為戰略目標，主要從事材料科學(xué)基礎研究和應用基礎研究，研究領(lǐng)域涵蓋材料制備與加工、材料結構分析與表征、材料設計與計算模擬、材料性能評價(jià)與使役行為等。

　　現設有非平衡金屬材料、材料疲勞與斷裂、固體原子像、高性能陶瓷材料、先進(jìn)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(gè)研究部，1個(gè)公共技術(shù)服務(wù)部以及材料發(fā)展戰略研究、材料基礎數據和材料失效分析3個(gè)中心。

　　其次是沈陽(yáng)先進(jìn)材料研究發(fā)展中心，設有高溫合金研究部、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(zhuān)用材料與器件研究部等7個(gè)研究部。

　　從整體系統上看，沈陽(yáng)材料科學(xué)國家實(shí)驗室和金屬腐蝕與防護國家重點(diǎn)實(shí)驗室主要從事基礎研究;沈陽(yáng)先進(jìn)材料研究發(fā)展中心和材料環(huán)境腐蝕研究中心屬于應用研究;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。

　　據記者了解，金屬所涉足新材料研究歷史已久。

　　從1957年開(kāi)始，開(kāi)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，陸續應用于國家重點(diǎn)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(gè)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(yáng)材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò )結構的石墨烯泡沫的基礎上，利用該材料作為高導電的柔性集流體，設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 )的高導電性和多孔結構為鋰離子和電子提供了快速擴散通道，可實(shí)現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(jiǎn)單，具有潛在的實(shí)際應用價(jià)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(shí)驗室以創(chuàng )建世界一流的材料研究實(shí)驗室為戰略目標，主要從事材料科學(xué)基礎研究和應用基礎研究，研究領(lǐng)域涵蓋材料制備與加工、材料結構分析與表征、材料設計與計算模擬、材料性能評價(jià)與使役行為等。

　　現設有非平衡金屬材料、材料疲勞與斷裂、固體原子像、高性能陶瓷材料、先進(jìn)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(gè)研究部，1個(gè)公共技術(shù)服務(wù)部以及材料發(fā)展戰略研究、材料基礎數據和材料失效分析3個(gè)中心。

　　其次是沈陽(yáng)先進(jìn)材料研究發(fā)展中心，設有高溫合金研究部、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(zhuān)用材料與器件研究部等7個(gè)研究部。

　　從整體系統上看，沈陽(yáng)材料科學(xué)國家實(shí)驗室和金屬腐蝕與防護國家重點(diǎn)實(shí)驗室主要從事基礎研究;沈陽(yáng)先進(jìn)材料研究發(fā)展中心和材料環(huán)境腐蝕研究中心屬于應用研究;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。

　　據記者了解，金屬所涉足新材料研究歷史已久。

　　從1957年開(kāi)始，開(kāi)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，陸續應用于國家重點(diǎn)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(gè)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(yáng)材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實(shí)驗室在前期制備出具有三維連通網(wǎng)絡(luò )結構的石墨烯泡沫的基礎上，利用該材料作為高導電的柔性集流體，設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 )的高導電性和多孔結構為鋰離子和電子提供了快速擴散通道，可實(shí)現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(jiǎn)單，具有潛在的實(shí)際應用價(jià)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。