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“高附加值、高技術含量的稀土新材料，能夠實現(xiàn)中國稀土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。”稀土功能材料基礎研究與應用創(chuàng)新集體學術帶頭人張洪杰院士告訴《中國科學報》記者。

該創(chuàng)新集體依托于中科院長春應用化學研究所(以下簡稱長春應化所)稀土資源利用國家重點實驗室，形成以張洪杰和孟建為代表的“50后”學術帶頭人、以李成宇為代表的“70后”中堅力量，以宋術巖、馮婧和龐然等為代表的“80后”生力軍。各成員通過學科交叉，充分發(fā)掘自身潛力，培育并形成了學科優(yōu)勢和特點。

張洪杰表示：“我們在提高稀土產(chǎn)品附加值的過程中，尤其注重創(chuàng)新思維和導向性的基礎研究，它不僅僅是新技術、新產(chǎn)品開發(fā)的源泉，也是稀土產(chǎn)品從低端步入高端的核心所在。”

實現(xiàn)交流LED產(chǎn)業(yè)化

LED照明是新一代照明光源，目前其核心技術都被歐、美、日、韓等國掌握。張洪杰說：“加速我國LED科技創(chuàng)新，提升LED產(chǎn)業(yè)整體水平，掌握核心關鍵材料和器件知識產(chǎn)權，是國家的重大需求。”

現(xiàn)有的LED照明光源均使用直流電作為驅動，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、直流轉換。這就會帶來電能耗損高、元器件壽命短、產(chǎn)生熱量大、電源成本高、設備占有空間大等問題。

目前世界各國使用的交流電頻率均為50或60赫茲。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程。因此，當使用交流電驅動LED芯片時，芯片的發(fā)光也會具有同樣的周期變化過程，從而導致發(fā)光頻閃。如何解決這種頻閃是交流LED技術中的最大瓶頸和一個世界性難題。

2006年，長春應化所與四川新力光源有限公司開始6年合作，瞄準國際LED發(fā)展前沿，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)光材料及交流LED器件。

創(chuàng)新集體成員李成宇研究員告訴記者，這里所說的“新型稀土材料”，不僅指材料組分、結構的新，更重要的是材料所表現(xiàn)出來的新性質與新功能，以及由此延伸出來的新技術和新用途。

新型稀土LED發(fā)光材料的發(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電流波動導致的頻閃，并實現(xiàn)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稀土熒光粉生產(chǎn)低頻閃交流LED產(chǎn)品的國家。

目前，團隊研發(fā)的低頻閃交流LED產(chǎn)品已銷往美國、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多個國家，該技術成果于2013年度獲得澳大利亞“金袋鼠”世界創(chuàng)新獎。

改善有色合金性能

科研要與國家需要相結合。科研人員既要在實驗室埋頭苦干，坐得住冷板凳，又要了解國家和社會需要，走出實驗室，在實際工作中去解決問題，學以致用。

創(chuàng)新集體成員孟健研究員已在長春應化所工作了30多年，主要從事稀土鎂合金的研究與應用。他告訴記者：“研究之初，我們遇到的問題是稀土如何改善有色合金的性能?能否應用到國家安全和國民經(jīng)濟發(fā)展中?”

孟健說：“在張洪杰的帶領下，我們克服初期人力、設備的不足，系統(tǒng)研究了稀土在鎂合金中的作用機理，攻克大尺寸稀土鎂合金制備、加工中的關鍵難題。”

團隊先后承擔了“973”、國家科技支撐計劃、“863”、重點國際合作、基金委重點等30多項研究項目，突破了高強高韌稀土鎂合金、耐熱抗蠕變稀土鎂合金、高強耐蝕稀土鎂合金研發(fā)中的關鍵技術。

孟健說：“我們群策群力、多方協(xié)同、爭分奪秒地完成每一次的任務，實現(xiàn)在航空航天、國防軍工、軌道交通和3C電子產(chǎn)品方面的初步應用。”

目前，團隊在稀土鎂合金的研究獲得授權發(fā)明專利40多項，獲得了多項國家產(chǎn)業(yè)標準，獲吉林省科學技術獎一等獎兩項。

研制溫敏發(fā)光材料

副研究員龐然是創(chuàng)新集體中的“80后”成員，他主要參與稀土溫敏發(fā)光材料的研發(fā)工作，該研究利用了稀土豐富的光譜對周圍環(huán)境溫度的敏感這一特性。

他說：“這個方向的研究可以追溯到上個世紀80年代，以蘇鏘院士和張洪杰為首的老一輩科研工作者對稀土材料溫敏現(xiàn)象的機理進行了深入的研究，為新材料的研發(fā)及應用奠定了堅實的理論基礎。”

當年，長春應化所科研團隊與風洞測溫單位合作開展了稀土發(fā)光測溫材料及其應用技術研究，根據(jù)風洞測溫的特點和對材料的要求，解決了材料的發(fā)光效率、溫度響應區(qū)間、響應速度和熱釋光干擾等問題，研發(fā)出三大系列滿足不同測溫區(qū)間的高靈敏度發(fā)光測溫材料，打破了國外在該領域對我國材料和技術的封鎖。

2012年，稀土發(fā)光測溫材料使用單位將其成功應用于某型號實驗，這是我國第一個在激波風洞內使用發(fā)光材料進行溫度探測的項目，填補了我國在該領域的技術空白。

“當真正面對風洞測溫這一特殊應用領域時，我們遇到的困難遠遠超出了我們的預計。”龐然說，“風洞測溫環(huán)境的復雜性對溫敏材料提出了極其苛刻的要求，一些我們在實驗室可以忽略的材料性質，卻會成為妨礙材料在風洞中使用的關鍵因素。”

他還記得，有一次某重大國防工程單位急需新的測溫材料和測溫技術，為保證研制進度，對方對長春應化所的材料研發(fā)進度規(guī)定了嚴格的時間節(jié)點。在張洪杰和李成宇等的悉心指導下，團隊成員克服了一系列困難，經(jīng)過一年多的反復實驗，終于2011年夏天在實驗室合成了第一批性能符合技術指標的發(fā)光測溫材料。

“當我?guī)е着牧系诌_風洞測溫單位時已經(jīng)是下午6點半，在車間簡單吃過盒飯后，便和對方工程技術人員一起開始緊張的配制測溫涂料、噴涂模型、標定工作曲線以及安裝樣件等工作。經(jīng)過反復調整測試參數(shù)，采集到第一張高分辨率的氣動熱流分布圖像時已經(jīng)是晚上十一點半左右。”

“有了這張圖，我今晚就可以睡個安穩(wěn)覺了!”龐然至今還清晰地記得對方工程師看到數(shù)據(jù)圖時激動的表情。

“國外能做的，我們也能做。”張洪杰希望把稀土的研究工作一件件做好，“不僅要做到不可替代，還要做到越來越強，這也是一個科學家應盡的責任。”