1998年畢業(ye) 於(yu) 北京科技大學材料學院,獲博士學位;
1998—2000年中國科學院物理研究所作博士後;
2000年9月受聘為(wei) 中科院物理所副研究員;
2006年入選中科院“百人計劃及引進海外傑出人才”進入中科院福建物質結構研究所;
2008年通過中科院“百人計劃引進海外傑出人才”擇優(you) 支持;
2010年獲得福建省運盛青年科技獎;
2012年通過中科院“百人計劃”終期評估優(you) 秀……
在這一係列履曆的背後,是我國LED新紀錄締造者曹永革的人生軌跡。
作為(wei) 中國科學院福建物質結構研究所研究員、課題組長,先進材料研究室主任,博士生導師,中國人民大學特聘教授,曹永革正是憑借行走國際前沿的敏銳和堅持,在激光陶瓷和光電材料領域做出了屬於(yu) 自己的一份“獨特”。
不斷改進 締造LED新紀錄
作為(wei) 第三代綠色節能照明的典範,LED半導體(ti) 照明受到各國政府的高度重視。經過實踐的檢驗,LED已經被成功地貼上這樣的標簽:光效高、超節能、綠色環保。這是LED照明最突出的特點。因此,LED被視為(wei) 下一代照明光源當之無愧的選擇。
轉型已成為(wei) 趨勢。而如何轉型,也成為(wei) 許多專(zhuan) 家學者為(wei) 之思考的問題。“LED要規模化進入普通照明領域,首先要降低成本,同時要在低成本下確保其高光效、高可靠性、高顯色性等技術優(you) 勢。”中國科學院福建物質結構研究所先進材料研究中心主任、中科院海西研究院(現依托中科院福建物質結構研究所進行籌建中)先進製造與(yu) 技術集成研究所副所長曹永革研究員這樣說。
曹永革十分明確該中心的發展,那就是以光功能陶瓷材料研究、半導體(ti) 照明關(guan) 鍵材料與(yu) 技術研發為(wei) 核心方向,以工程化、產(chan) 業(ye) 化的推廣應用為(wei) 手段,實現關(guan) 鍵技術突破與(yu) 集成,推動先進材料的產(chan) 業(ye) 化。
2011年,海峽兩(liang) 岸LED產(chan) 業(ye) 科技成果發布會(hui) 上宣布,我國已發明出整燈光效高於(yu) 141lm/W的LED日光燈管並已實現產(chan) 業(ye) 化。這意味著,我國LED日光燈整燈光效第一次刷新了世界紀錄。在此之前,國際上的最高整燈光效是日本日亞(ya) 化學工業(ye) 株式會(hui) 社同樣在2011年研發的NSSW157A型燈管,其整體(ti) 光效為(wei) 129lm/W。而這次的紀錄由中國科學院海西研究院及福建省萬(wan) 邦光電科技有限公司、廈門三安光電公司共同刷新,不僅(jin) 整體(ti) 光效提高了10%,成本僅(jin) 為(wei) 其1/4。
2012年,數據結果顯示,采用特種陶瓷MCOB封裝技術,我國已實現了231lm/W 產(chan) 業(ye) 化的全球最高光源光效;同時實現了153lm/W(Ra>82)產(chan) 業(ye) 化室內(nei) 照明球泡燈整燈光效,而最近的實驗室結果則表明:Ra=92時,整燈光效可達168lm/W。這是當時國際上報道的最高數據之一,不低於(yu) 美國Cree公司采用該公司的高端芯片封裝的光源光效,但成本隻有Cree公司的1/10。
同年10月,他采用自主研製的透明陶瓷熒光體(ti) 實現了261lm/W白光LED的實驗室光源光效,是當時國內(nei) 外最高光源光效。2013年通過中科院成果鑒定,由3位國內(nei) 外享有盛譽的半導體(ti) 領域的院士及九位專(zhuan) 家經過評審,所研發的低成本高可靠性高光效陶瓷基多功能改進型MCOB封裝集成技術在2013年1月31日的中科院成果鑒定中被專(zhuan) 家認定為(wei) “綜合性能和技術水平達到國際領先水平”。
“我們(men) 立足於(yu) 自主知識產(chan) 權創新,努力形成穩定的先進工藝技術與(yu) 裝備,以解決(jue) 該領域國家重大需求的基礎性、關(guan) 鍵性和技術集成問題,使研發、工程、生產(chan) 及應用諸環節的優(you) 勢力量得以集成並迅速推廣。”他對記者說道。
自主研發摘下“皇冠上的明珠”
擁有“皇冠上的明珠”美譽的激光透明陶瓷具有重要的國防應用背景,是國外禁運、國防急需的關(guan) 鍵材料,被美國軍(jun) 方認為(wei) 是最具發展潛力的激光增益介質。同時,它也被認為(wei) 是最為(wei) 純淨、光學質量最好、性能最高,難度也是最大的先進陶瓷中最高技術的集成與(yu) 代表。
作為(wei) 未來激光發展的兩(liang) 種最重要的材料之一,激光透明陶瓷受到了世界各國政府的極大支持和關(guan) 注。在日本和美國,激光透明陶瓷領域百千瓦的激光輸出已經成為(wei) 現實,但材料上的禁運和技術上的重要性,迫使我國迅速認清了一個(ge) 現實——必須自主研製,才能“豐(feng) 衣足食”。
經過數年的研究,曹永革認識到,激光陶瓷製備的瓶頸在於(yu) 對性能要求極為(wei) 苛刻的高溫高真空燒結設備和製備工藝,而我國高溫高真空技術與(yu) 國外技術差距在15年以上。為(wei) 了在技術上有所突破,曹永革回國後,利用他本人在國內(nei) 外高溫設備、超高真空領域的長期技術經驗積累,吸取國外一流高溫高真空設備的優(you) 點,立足本土,自主設計研製成功了三代高溫高真空設備超高真空高溫燒結爐,其關(guan) 鍵性能高溫真空度比國外優(you) 越兩(liang) 個(ge) 數量級,不僅(jin) 為(wei) 激光陶瓷的高溫真空燒結提供了更佳的氣孔排除的驅動力和更為(wei) 潔淨的燒結環境,還保證了產(chan) 品的光學均勻性、機械性能均勻性以及應變均勻性。該成果獲得了國家實用新型專(zhuan) 利授權,突破了國外高溫高真空技術限製,為(wei) 高質量大尺寸激光透明陶瓷製備的完全國產(chan) 化奠定了堅實的設備基礎。
在“中國科學院重大裝備自主研製項目”驗收評審中,專(zhuan) 家一致認為(wei) 其關(guan) 鍵性能“超過國外先進同類設備水平”;在“福建省科技計劃重點項目”驗收中,評審專(zhuan) 家認為(wei) 激光陶瓷及自主設備達到“國際先進、部分領先”水平。
從(cong) 工藝角度出發,為(wei) 了尋找新的路徑,曹永革率課題組采用特殊的粉體(ti) 表麵活化與(yu) 造粒方法,利用新型非平衡製備技術來製備高活性、具有單分散、球形、高純的YAG陶瓷納米粉體(ti) ,顯著降低了燒結溫度、避免了晶粒異常長大、實現了近“無氣孔”燒結,降低了陶瓷散射損耗;繼而,又利用自主研發的高壓注漿成型技術和濕法成型理論解決(jue) 了陶瓷成型過程中的陶瓷顆粒變形與(yu) 硬團聚的嚴(yan) 重問題,有助於(yu) 提高陶瓷燒結致密度和陶瓷透過率;隨後,他們(men) 利用合適的燒結助劑,在陶瓷素坯燒結過程中進行熱力學和動力學控製,實現了晶界調控和微結構調控,獲得了薄直純的晶界和尺寸均勻晶粒以及極少的微氣孔,極大地降低了陶瓷固有的散射損耗。
通過自主研發的新設備和創新工藝,2008年曹永革課題組製備了透過率達到理論值和單晶水平的Nd:YAG激光透明陶瓷,其激光效率達到56.7%,2013年實現了5千瓦輸出,與(yu) 上矽所一起,使得我國成為(wei) 繼日美之後第三個(ge) 實現單片單級千瓦陶瓷激光輸出的國家。
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