解密中科院长春应化所 实现交流LED产业化

　　(交流LED)从源头上解决了直流和交流电驱动存在的若干技术难题，使中国成为世界上唯一掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交流LED产品的国家”

　　位于辽宁省沈阳市沈河区文化路72号，整齐的道路旁边坐落着至今已经拥有60年历史的中国科学院金属研究所。

　　中国科学院金属研究所成立于1953年，是新中国成立后中国科学院新创建的首批研究所之一。

　　而再往北一些，在吉林省长春市人民大街5625号，则是中科院长春应用化学研究所(简称长春应化所)。

　　隔着马路对面，是东北师范大学、吉林体育学院和吉林大学南岭校区，它的右上方，是长春动植物公园——这是个环境优美、让人向往的科研基地。

　　中科院金属所和长春应化所代表中国版图东北地区的科研前沿，这期理财周报重点关注这两所研究所。

　　长春应化所：实现交流LED产业化

　　从中科院长春应化所的科研机构设置构造也可以看出，它的学科方向主要集中在高分子化学与物理、无机化学、分析化学、有机化学和物理化学。

　　长春应化所一共设有12个科研机构，包括：高分子物理与化学国家重点实验室、电分析化学国家重点实验室、稀土资源利用国家重点实验室、中国科学院生态环境高分子材料重点实验室、高分子复合材料工程实验室(中国科学院高分子复合材料工程化研发平台)、国家电化学和光谱研究分析中心和化学生物学、绿色化学与过程、先进化学电源、现代分析技术工程实验室共9个国家实验室，还有高性能合成橡胶工程技术中心、稀土与钍清洁分离工程技术中心等创新基地和科技平台共3个研究中心。

　　在这些实验室中，“按照学科方向来看的话，主攻无机化学方向的是稀土资源利用国家重点实验室;主攻分析化学的是点分析化学国家重点实验室和国家电化学与光谱研究分析中心;有机化学的是绿色化学与过程重点实验室;主攻物理化学的有科技部长春质谱中心、吉林省现代中药研究开发中心、吉林省先进低碳化学电源重点实验室;而主攻高分子化学与物理的有高分子物理与化学国家重点实验室、先进生态环境高分子材料重点实验室和高分子复合材料工程化研发平台。”据长春应化所办公室主任夏云龙介绍。

　　且据记者了解，从实验室的级别来看，长春应化所的高分子物理与化学国家实验室、电分析化学国家重点实验室以及稀土资源利用国家重点实验室均属于国家实验室，而生态环境高分子材料重点实验室、高分子复合材料工程化研发平台、先进低碳化学电源重点实验室与绿色化学与过程重点实验室则均属于院省级别的实验室。

　　另外，为了进一步推广产业化，长春应化所还积极加强与地方政府合作，在2009年和长春市共建了长东北先进材料与技术产业园;与浙江省杭州市共建了浙江(杭州)材料与化工技术研究院;2010年与常州市共建常州储能材料与器件研究院。

　　谈及“十二五”新材料产业建设，夏云龙主任进一步介绍，“长春应化所总体规划构造八条产业链，包括交通领域关键材料、石油化工新材料、生物质资源新材料、二氧化碳资源关键材料、碳纤维产业相关材料、能源相关材料与技术、航空航天新材料以及生物功能材料与技术。”

　　而当问及长春应化所当下最值得关注的科研项目，夏云龙主任告诉记者：“是我们的交流LED项目，已经做了6年多，已经实现产业化，是由稀土资源利用国家重点实验室负责的项目。”

　　据记者了解，由长春应用研究所和四川新力光源股份有限公司产研结合的“发光余辉寿命可控稀土LED发光材料研发及其在半导体照明中的应用”项目于2012年底荣获欧洲规模最大、全球第二大国际专业工程学会——英国工程技术学会(IET)“能源创新”和“建筑环境”两项提名大奖。2013年澳大利亚金袋鼠世界创新奖。且2013年6月通过中国科学院组织的成果鉴定。

　　“项目的研发团队主要由张洪杰和李成宇研究员、四川新力光源股份有限公司张明董事长、赵昆、王森等成员组成。该团队的带头人是长春应用化学研究所张洪杰研究员。团队的下一步目标是进一步提升交流LED技术水平，不断开发新产品满足市场需求。”长春应化所李成宇研究员告诉记者。

　　李成宇研究员还向记者表示，“交流LED照明作为LED照明技术的一个重要方向，其应用领域包括家庭照明、商超照明、市政照明、工矿照明、景观照明、农业照明、车或船用照明等领域，将为我们提供低耗能、长寿命、高光品质的绿色环保照明光源，使得我们照明生活更美好。”

　　而谈及该项目的技术突破，相对于飞利浦等国家照明巨头产品，李研究员告诉记者，最大的突破是解决了LED闪屏的问题。

　　“现有的LED照明光源均使用直流电作为驱动，而市电为交流电，直流LED器件不能直接使用，在工作时必须经交、直流转换。这样势必带来电能耗损高、元器件寿命短、产生热量大、电源成本高、设备占有空间大等问题。”

　　“为此，加速开发不需要交、直流电源转换，可直接使用交流电驱动的新一代LED照明光源不仅迅速成为各国竞相研发的焦点，更成为我国提高LED核心竞争力，抢占国际LED科技发展战略制高点的关键。由于交流电在其周期内要经历电流值从大到小和正反向的过程。”

　　“因此，当使用交流电驱动LED芯片时，芯片的发光也会具有同样的周期变化过程，从而导致发光频闪。如何解决这种频闪是交流LED技术中的最大瓶颈和一个世界性的难题。”李研究员告诉记者。

　　他还接着向记者表示，“长春应化所与四川新力光源有限公司经过6年多的探索和开拓，研发出具有自主知识产权发光余辉寿命可控的新型稀土LED发光材料，其发光余辉寿命与交流电频率匹配，实现了LED芯片不发光时发光粉仍然发光，从而弥补交流LED电流波动导致的频闪。

　　“该项目成果开辟了一条以具有特定寿命的稀土发光粉为核心、完全不同于国外及台湾地区交流LED技术路线，从源头上解决了直流和交流电驱动存在的若干技术难题。实现了从基础研究到产业化的跨越，使中国成为世界上唯一掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交流LED产品的国家。”

　　金属所：石墨烯研发值得关注

　　与长春应化所不一样的是，金属所只设有沈阳材料(联合)科学国家实验室和金属腐蚀与防护国家重点实验室两个实验室，以及沈阳先进材料研究发展中心、材料环境腐蚀研究中心、国家金属腐蚀控制工程技术研究中心和高性能均质合金国家工程研究中心共4个研究中心，一共6大科研机构。

　　但和长春应化所一致的是，金属所也很注重科技成果的转化和产业化。

　　而金属所主要以高性能金属材料、新型无机非金属材料和先进复合材料等为主要研究对象。

　　从科研机构的设置上看，金属所的实验室科研实力主要集中在两个国家实验室中。

　　沈阳材料科学国家(联合)实验室就设有非平衡金属成立研究部、高性能陶瓷成立研究部、先进碳成立研究部等11个研究部以及成立发展战略研究中心点等3个研究中心。

　　该实验室以创建世界一流的材料研究实验室为战略目标，主要从事材料科学基础研究和应用基础研究，研究领域涵盖材料制备与加工、材料结构分析与表征、材料设计与计算模拟、材料性能评价与使役行为等。

　　现设有非平衡金属材料、材料疲劳与断裂、固体原子像、高性能陶瓷材料、先进炭材料、磁性材料与磁学、环境功能材料、工程合金、材料加工模拟、催化材料和功能薄膜与界面11个研究部，1个公共技术服务部以及材料发展战略研究、材料基础数据和材料失效分析3个中心。

　　其次是沈阳先进材料研究发展中心，设有高温合金研究部、钛合金研究部、特殊环境材料研究部、精密管材研究部、材料特种制备与加工研究部、材料表面工程研究部、专用材料与器件研究部等7个研究部。

　　从整体系统上看，沈阳材料科学国家实验室和金属腐蚀与防护国家重点实验室主要从事基础研究;沈阳先进材料研究发展中心和材料环境腐蚀研究中心属于应用研究;而国家金属腐蚀控制工程技术研究中心和高性能均质合金国家工程研究中心则是工程化。

　　据记者了解，金属所涉足新材料研究历史已久。

　　从1957年开始，开始了高温合金、难熔金属、金属陶瓷、防护涂层、核材料及石墨材料等新材料新技术的研究，陆续应用于国家重点工程。

　　众所周知，石墨烯是21世纪最值得关注的新材料之一，金属所在这个领域的研发不仅起步早，而且步伐也快，一直走在科研的前沿，因此这也是金属所较为值得关注的项目。

　　2012年，金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室在前期制备出具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫的基础上，利用该材料作为高导电的柔性集流体，设计并制备出可快速充放电的柔性锂离子电池。

　　研究人员将三维连通的石墨烯网络作为集流体，取代电池中常用的金属集流体，不仅可有效降低电极中非活性物质的比例，且三维石墨烯网络的高导电性和多孔结构为锂离子和电子提供了快速扩散通道，可实现电极材料的快速充放电性能。

　　该研究为高性能柔性锂离子电池的设计和制备提出了一种新思路。

　　这种可快速充电的柔性锂离子电池的制备工艺简单，具有潜在的实际应用价值。

　　此外，该研究团队还充分利用石墨烯和碳纳米管的优异特性，发展出超级电容器和锂-硫电池用柔性电极材料，上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院有关项目的资助。

　　该实验室以创建世界一流的材料研究实验室为战略目标，主要从事材料科学基础研究和应用基础研究，研究领域涵盖材料制备与加工、材料结构分析与表征、材料设计与计算模拟、材料性能评价与使役行为等。

　　现设有非平衡金属材料、材料疲劳与断裂、固体原子像、高性能陶瓷材料、先进炭材料、磁性材料与磁学、环境功能材料、工程合金、材料加工模拟、催化材料和功能薄膜与界面11个研究部，1个公共技术服务部以及材料发展战略研究、材料基础数据和材料失效分析3个中心。

　　其次是沈阳先进材料研究发展中心，设有高温合金研究部、钛合金研究部、特殊环境材料研究部、精密管材研究部、材料特种制备与加工研究部、材料表面工程研究部、专用材料与器件研究部等7个研究部。

　　从整体系统上看，沈阳材料科学国家实验室和金属腐蚀与防护国家重点实验室主要从事基础研究;沈阳先进材料研究发展中心和材料环境腐蚀研究中心属于应用研究;而国家金属腐蚀控制工程技术研究中心和高性能均质合金国家工程研究中心则是工程化。

　　据记者了解，金属所涉足新材料研究历史已久。

　　从1957年开始，开始了高温合金、难熔金属、金属陶瓷、防护涂层、核材料及石墨材料等新材料新技术的研究，陆续应用于国家重点工程。

　　众所周知，石墨烯是21世纪最值得关注的新材料之一，金属所在这个领域的研发不仅起步早，而且步伐也快，一直走在科研的前沿，因此这也是金属所较为值得关注的项目。

　　2012年，金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室在前期制备出具有三维连通网络结构的石墨烯泡沫的基础上，利用该材料作为高导电的柔性集流体，设计并制备出可快速充放电的柔性锂离子电池。

　　研究人员将三维连通的石墨烯网络作为集流体，取代电池中常用的金属集流体，不仅可有效降低电极中非活性物质的比例，且三维石墨烯网络的高导电性和多孔结构为锂离子和电子提供了快速扩散通道，可实现电极材料的快速充放电性能。

　　该研究为高性能柔性锂离子电池的设计和制备提出了一种新思路。

　　这种可快速充电的柔性锂离子电池的制备工艺简单，具有潜在的实际应用价值。

　　此外，该研究团队还充分利用石墨烯和碳纳米管的优异特性，发展出超级电容器和锂-硫电池用柔性电极材料，上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部和中科院有关项目的资助。