作者:記者 王佳雯 來源: 發布時間:2018-9-4 11:45:30
用堅守作出真摯科研“承諾”
——記長春應化所稀土功能材料研究團隊

 
“用燈面積150m2,用燈5盞,葉片外觀明顯優于不用燈區域。”“整棚占地12畝,使用面積8畝地,用燈180余盞……補光西紅柿長勢良好,開花早,花期長,坐果率高。”“茄子大棚用燈40盞,用燈時間3個月,比往年增長5000~6000斤左右。”
 
走進稀土資源利用國家重點實驗室展館,墻面上懸掛的宣傳海報上,采用該實驗室交流LED光源從事農業生產的農業科技人員的評價,清晰可見。其中展示了該團隊研發的交流 LED光源在寧夏賀蘭縣草莓、壽光稻田鎮黃瓜、德州平原坊子鎮西葫蘆等農產品生產基地農產品種植中應用的成功案例。
 
在LED光源領域的突破,只是中科院院士張洪杰帶領團隊取得的創新成績之一。這個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、周亮、龐然和姜麗紅等為代表的“80后”生力軍的科研團隊,始終相信“高附加值、高技術含量的稀土新材料,能夠實現中國稀土產業的可持續發展”,并堅定地朝這個方向挺進。
 
創新性解決LED照明難題
 
LED照明是白熾燈、熒光燈后照明光源的又一次革命,被認為是當下最具前景的產業,但我們一直不得不面對的現實是,這一關鍵核心技術一直掌握在美、日、韓等國,成為中國相關領域發展受制于人的一個“卡脖子”技術。
 
張洪杰說:“加速我國LED科技創新,提升LED產業整體水平,掌握核心關鍵材料和器件的知識產權,是國家重大需求。”
 
事實上,現有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,在工作時必須經交、直流轉換。這個看似不復雜的轉換過程中,電能耗損、損傷元器件壽命、產生熱量、增加電源成本和設備占有空間等一系列問題悄然產生,直接影響了光源的使用效率與成本。
 
在交流LED技術研發中,頻閃問題一直是難以解決的世界性難題。據了解,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,芯片發光也會具有同樣的周期變化過程,從而導致發光頻閃。
 
而張洪杰團隊創新性地研發出了新型稀土LED發光材料,其發光余輝壽命與交流電頻率匹配,實現了LED芯片不發光時發光粉仍然發光,從而彌補交流LED電流波動導致頻閃的技術難題,并成功將該成果完成了從基礎研究到產業化的跨越,使中國成為世界上唯一掌握通過稀土熒光粉生產低頻閃交流LED產品的國家。
 
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。
 
技術的突破在科研人員的積極探索中,逐步走向了市場,實現了產業化。2006年,長春應化所和四川新力光源有限公司開始合作。二者的目標便是瞄準國際LED發展的前沿技術,研發出具有自主知識產權、發光余輝壽命可控的新型稀土LED發光材料及交流LED器件。
 
團隊骨干李成宇說:如今,團隊研發的低頻閃交流LED產品的“足跡”已經遍布美國、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多個國家,形成泡燈、筒燈、管燈、射燈的四大類產品,并成功應用在家庭、地鐵、商場、醫院等領域。成果也已成功在四川新力光源有限公司和中科光電(長春)股份有限公司實現轉化。中國科研人員在LED照明技術發展中,濃墨重彩地寫下了屬于中國科學家的一筆。
 
群策群力解決有色合金性能難題
 
在稀土資源的利用與稀土高新技術產業科學發展的探索路徑中,該科研團隊始終將科學研究與國家需求緊密結合,從稀土基礎理論研究、稀土功能材料、稀土結構材料等不同層面,為我國的稀土研究及產業發展提供理論與技術支撐。守得住寂寞、耐得住寂寞的科研人員,在埋頭苦干的同時,也選擇主動走出實驗室,扎根生產實踐,到實際工作中解決問題。
 
973、863、國家科技支撐計劃、重點國際合作、基金委重點項目……在過去的幾十年間,這一團隊承擔了國家在稀土材料研究中部署的一系列重大科研項目,在稀土鎂合金研發方面,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中的關鍵技術。
 
已在長春應化所工作30多年,主要從事稀土鎂合金的研究與應用的孟健,向記者回憶起研究團隊初期工作時說,“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濟發展中?”
 
彼時,人力不足、設備奇缺、經費有限……但現實的困難并沒有成為桎梏團隊前進腳步的絆腳石。在張洪杰院士的帶領下,團隊克服重重困難,系統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。
 
回憶起過往成績,團隊科研人員總是說,那是群策群力、多方協作的結果,而也正是這個重合作、樂分享的團隊,在航空航天、國防軍工、軌道交通和3C電子產品等諸多領域,探索出了稀土材料的應用路徑。而幾十項稀土鎂合金研究獲授權發明專利、多項國家產業標準便是對他們工作成果肯定的證明。
 
在傳承中創新、在繼承中發揚,是長春應化所科研人員的科研底色。團隊一線科研人員,深知前輩苦心鉆研所留下的寶貴積淀何其珍貴,也明白在面對國家對科學研究提出的新要求下,應當有足夠的勇氣與魄力大膽創新尋找新的科研方向。唯有此,才能在前輩科研人員打下的堅實基礎上,讓學科發展如繁茂的大樹一般開枝散葉。這個研究集體中更是如此。
 
上世紀80年代,老一輩科學家蘇鏘院士曾指導其學生張洪杰對稀土材料溫敏現象的機理進行了深入研究,為新材料的研發及應用奠定了堅實的理論基礎。自那時起,國內有關溫敏發光材料這一研究方向得以開辟。
 
那時,長春應化所科研團隊還曾與風洞測溫單位合作開展了一系列有關稀土發光測溫材料及其應用技術研究,并根據風洞測溫的特點和對材料的要求,解決了材料的發光效率、溫度響應區間、響應速度和熱釋光干擾等問題,研發出三大系列滿足不同測溫區間的高靈敏度發光測溫材料。老一輩科學家的探索,打破了外國對該技術的封鎖,也為后來者打開了科學研究的一個新的廣闊天地。
 
伴隨幾十年的積累,該領域的研究也逐步走向深入,并在實際應用中填補了一個又一個空白。2012年,稀土發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。
 
如今團隊中的80后年輕成員龐然正在加速成長為稀土溫敏發光材料研究中的一員。“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,卻成為妨礙材料在風洞中使用的關鍵因素。”
 
這位年輕的科研人員在這個團隊中,已經開始參與一個又一個重要的科研項目,也開始在一個又一個科研難題前面與科研前輩并肩作戰。他清晰地記得,曾經一個重大國防工程急需新的測溫材料和測溫技術。為保證研制進度,該團隊嚴格規定了長春應化所材料研發的時間節點。
 
時間緊迫,科學問題仍有重重難關待解,但團隊卻沒有畏懼不前。最終,在張洪杰和李成宇等人的悉心指導下,一系列如“攔路虎”般的困難最終迎刃而解。后經一年多的反復實驗,第一批性能符合技術指標的發光測溫材料最終在實驗室內成功誕生。
 
龐然猶記得帶著首批材料抵達風洞測溫單位調整測試參數的情景。當經過十幾個小時的高強度工作,并最終在深夜時分采集到第一張高分辨率氣動熱流分布圖像時,對方工程師那激動的神情令龐然記憶猶新……
 
“國外能做的,我們也能做。”幾十年探索,張洪杰和團隊成員始終堅守著一個信念,那就是把稀土研究的工作做好,“不僅要做到不可替代,更要做到越來越強”,這是一個科研團隊對自己熱愛的事業作出的最真摯的承諾。■
 
《科學新聞》 (科學新聞2018年8月刊 人才)
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