走近LED新紀(jì)錄的締造者——曹永革

1998年畢業(yè)于北京科技大學(xué)材料學(xué)院，獲博士學(xué)位；

1998―2000年中國(guó)科學(xué)院物理研究所作博士后；

2000年9月受聘為中科院物理所副研究員；

2006年入選中科院“百人計(jì)劃及引進(jìn)海外杰出人才”進(jìn)入中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所；

2008年通過(guò)中科院“百人計(jì)劃引進(jìn)海外杰出人才”擇優(yōu)支持；

2010年獲得福建省運(yùn)盛青年科技獎(jiǎng)；

2012年通過(guò)中科院“百人計(jì)劃”終期評(píng)估優(yōu)秀……

在這一系列履歷的背后，是我國(guó)LED新紀(jì)錄締造者曹永革的人生軌跡。

作為中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員、課題組長(zhǎng)，先進(jìn)材料研究室主任，博士生導(dǎo)師，中國(guó)人民大學(xué)特聘教授，曹永革正是憑借行走國(guó)際前沿的敏銳和堅(jiān)持，在激光陶瓷和光電材料領(lǐng)域做出了屬于自己的一份“獨(dú)特”。

不斷改進(jìn) 締造LED新紀(jì)錄

作為第三代綠色節(jié)能照明的典范，LED半導(dǎo)體照明受到各國(guó)政府的高度重視。經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，LED已經(jīng)被成功地貼上這樣的標(biāo)簽：光效高、超節(jié)能、綠色環(huán)保。這是LED照明最突出的特點(diǎn)。因此，LED被視為下一代照明光源當(dāng)之無(wú)愧的選擇。

轉(zhuǎn)型已成為趨勢(shì)。而如何轉(zhuǎn)型，也成為許多專家學(xué)者為之思考的問(wèn)題?！癓ED要規(guī)?；M(jìn)入普通照明領(lǐng)域，首先要降低成本，同時(shí)要在低成本下確保其高光效、高可靠性、高顯色性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)?！敝袊?guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所先進(jìn)材料研究中心主任、中科院海西研究院（現(xiàn)依托中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所進(jìn)行籌建中）先進(jìn)制造與技術(shù)集成研究所副所長(zhǎng)曹永革研究員這樣說(shuō)。

曹永革十分明確該中心的發(fā)展，那就是以光功能陶瓷材料研究、半導(dǎo)體照明關(guān)鍵材料與技術(shù)研發(fā)為核心方向，以工程化、產(chǎn)業(yè)化的推廣應(yīng)用為手段，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破與集成，推動(dòng)先進(jìn)材料的產(chǎn)業(yè)化。

2011年，海峽兩岸LED產(chǎn)業(yè)科技成果發(fā)布會(huì)上宣布，我國(guó)已發(fā)明出整燈光效高于141lm/W的LED日光燈管并已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。這意味著，我國(guó)LED日光燈整燈光效第一次刷新了世界紀(jì)錄。在此之前，國(guó)際上的最高整燈光效是日本日亞化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社同樣在2011年研發(fā)的NSSW157A型燈管，其整體光效為129lm/W。而這次的紀(jì)錄由中國(guó)科學(xué)院海西研究院及福建省萬(wàn)邦光電科技有限公司、廈門(mén)三安光電公司共同刷新，不僅整體光效提高了10%，成本僅為其1/4。

2012年，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，采用特種陶瓷MCOB封裝技術(shù)，我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了231lm/W 產(chǎn)業(yè)化的全球最高光源光效；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了153lm/W（Ra>82）產(chǎn)業(yè)化室內(nèi)照明球泡燈整燈光效，而最近的實(shí)驗(yàn)室結(jié)果則表明：Ra=92時(shí)，整燈光效可達(dá)168lm/W。這是當(dāng)時(shí)國(guó)際上報(bào)道的最高數(shù)據(jù)之一，不低于美國(guó)Cree公司采用該公司的高端芯片封裝的光源光效，但成本只有Cree公司的1/10。

同年10月，他采用自主研制的透明陶瓷熒光體實(shí)現(xiàn)了261lm/W白光LED的實(shí)驗(yàn)室光源光效，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外最高光源光效。2013年通過(guò)中科院成果鑒定，由3位國(guó)內(nèi)外享有盛譽(yù)的半導(dǎo)體領(lǐng)域的院士及九位專家經(jīng)過(guò)評(píng)審，所研發(fā)的低成本高可靠性高光效陶瓷基多功能改進(jìn)型MCOB封裝集成技術(shù)在2013年1月31日的中科院成果鑒定中被專家認(rèn)定為“綜合性能和技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

“我們立足于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)新，努力形成穩(wěn)定的先進(jìn)工藝技術(shù)與裝備，以解決該領(lǐng)域國(guó)家重大需求的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性和技術(shù)集成問(wèn)題，使研發(fā)、工程、生產(chǎn)及應(yīng)用諸環(huán)節(jié)的優(yōu)勢(shì)力量得以集成并迅速推廣?！彼麑?duì)記者說(shuō)道。

　　自主研發(fā)摘下“皇冠上的明珠”

擁有“皇冠上的明珠”美譽(yù)的激光透明陶瓷具有重要的國(guó)防應(yīng)用背景，是國(guó)外禁運(yùn)、國(guó)防急需的關(guān)鍵材料，被美國(guó)軍方認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ募す庠鲆娼橘|(zhì)。同時(shí)，它也被認(rèn)為是最為純凈、光學(xué)質(zhì)量最好、性能最高，難度也是最大的先進(jìn)陶瓷中最高技術(shù)的集成與代表。

作為未來(lái)激光發(fā)展的兩種最重要的材料之一，激光透明陶瓷受到了世界各國(guó)政府的極大支持和關(guān)注。在日本和美國(guó)，激光透明陶瓷領(lǐng)域百千瓦的激光輸出已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，但材料上的禁運(yùn)和技術(shù)上的重要性，迫使我國(guó)迅速認(rèn)清了一個(gè)現(xiàn)實(shí)――必須自主研制，才能“豐衣足食”。

經(jīng)過(guò)數(shù)年的研究，曹永革認(rèn)識(shí)到，激光陶瓷制備的瓶頸在于對(duì)性能要求極為苛刻的高溫高真空燒結(jié)設(shè)備和制備工藝，而我國(guó)高溫高真空技術(shù)與國(guó)外技術(shù)差距在15年以上。為了在技術(shù)上有所突破，曹永革回國(guó)后，利用他本人在國(guó)內(nèi)外高溫設(shè)備、超高真空領(lǐng)域的長(zhǎng)期技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累，吸取國(guó)外一流高溫高真空設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，立足本土，自主設(shè)計(jì)研制成功了三代高溫高真空設(shè)備超高真空高溫?zé)Y(jié)爐，其關(guān)鍵性能高溫真空度比國(guó)外優(yōu)越兩個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅為激光陶瓷的高溫真空燒結(jié)提供了更佳的氣孔排除的驅(qū)動(dòng)力和更為潔凈的燒結(jié)環(huán)境，還保證了產(chǎn)品的光學(xué)均勻性、機(jī)械性能均勻性以及應(yīng)變均勻性。該成果獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利授權(quán)，突破了國(guó)外高溫高真空技術(shù)限制，為高質(zhì)量大尺寸激光透明陶瓷制備的完全國(guó)產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。

在“中國(guó)科學(xué)院重大裝備自主研制項(xiàng)目”驗(yàn)收評(píng)審中，專家一致認(rèn)為其關(guān)鍵性能“超過(guò)國(guó)外先進(jìn)同類(lèi)設(shè)備水平”；在“福建省科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目”驗(yàn)收中，評(píng)審專家認(rèn)為激光陶瓷及自主設(shè)備達(dá)到“國(guó)際先進(jìn)、部分領(lǐng)先”水平?！?/P>

從工藝角度出發(fā)，為了尋找新的路徑，曹永革率課題組采用特殊的粉體表面活化與造粒方法，利用新型非平衡制備技術(shù)來(lái)制備高活性、具有單分散、球形、高純的YAG陶瓷納米粉體，顯著降低了燒結(jié)溫度、避免了晶粒異常長(zhǎng)大、實(shí)現(xiàn)了近“無(wú)氣孔”燒結(jié)，降低了陶瓷散射損耗；繼而，又利用自主研發(fā)的高壓注漿成型技術(shù)和濕法成型理論解決了陶瓷成型過(guò)程中的陶瓷顆粒變形與硬團(tuán)聚的嚴(yán)重問(wèn)題，有助于提高陶瓷燒結(jié)致密度和陶瓷透過(guò)率；隨后，他們利用合適的燒結(jié)助劑，在陶瓷素坯燒結(jié)過(guò)程中進(jìn)行熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，實(shí)現(xiàn)了晶界調(diào)控和微結(jié)構(gòu)調(diào)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(guò)自主研發(fā)的新設(shè)備和創(chuàng)新工藝，2008年曹永革課題組制備了透過(guò)率達(dá)到理論值和單晶水平的Nd:YAG激光透明陶瓷，其激光效率達(dá)到56.7%，2013年實(shí)現(xiàn)了5千瓦輸出，與上硅所一起，使得我國(guó)成為繼日美之后第三個(gè)實(shí)現(xiàn)單片單級(jí)千瓦陶瓷激光輸出的國(guó)家。[!--empirenews.page--]

　　完美創(chuàng)新 LED牽手陶瓷技術(shù)

在福建省重大專項(xiàng)、中科院重要方向性項(xiàng)目的支持下，曹永革在原單位中科院福建物構(gòu)所開(kāi)辟了LED半導(dǎo)體照明的新的研究方向，搭建了LED封裝中試生產(chǎn)線研發(fā)平臺(tái)。他將陶瓷技術(shù)優(yōu)勢(shì)與LED封裝技術(shù)相結(jié)合，在國(guó)外研發(fā)基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)技術(shù)與市場(chǎng)特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出室內(nèi)照明用的高性能、低成本半導(dǎo)體照明LED球泡燈封裝關(guān)鍵材料與技術(shù)，包括高散熱絕緣陶瓷基板技術(shù)、新型光學(xué)設(shè)計(jì)、新型無(wú)In透明電極、小電流驅(qū)動(dòng)高效低成本LED封裝技術(shù)；他發(fā)明了“四合一功能”陶瓷薄膜LED封裝技術(shù)、金屬基板直接固晶技術(shù)、陶瓷COB封裝漫反射光學(xué)設(shè)計(jì)、透明陶瓷LED封裝技術(shù)、芯片后處理高出光技術(shù)等，其中透明陶瓷封裝技術(shù)和多功能陶瓷薄膜COB封裝技術(shù)打破了傳統(tǒng)的LED封裝路線，具有重要原創(chuàng)性，不僅突破了國(guó)際專利的封鎖，同時(shí)解決了LED高穩(wěn)定性、高光效、低成本的難題。

通過(guò)這一系列的技術(shù)研發(fā)，他實(shí)現(xiàn)了在保證整燈光電轉(zhuǎn)換效率(整個(gè)燈具150lm/w)高于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品（70―100lm/w）的基礎(chǔ)上成本下降近4倍的目標(biāo)，使其價(jià)格達(dá)到與普通節(jié)能燈相當(dāng)?shù)乃?，突破?font color=#0000ff>LED燈進(jìn)入室內(nèi)照明的高成本瓶頸。該技術(shù)轉(zhuǎn)讓到福建蒲田萬(wàn)邦光電有限公司，兩年總產(chǎn)值達(dá)到5億元。

此成果一出，引起了產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注，許多大型LED企業(yè)均表示希望全面深入合作。曹永革本人因此獲得2010年度福建省運(yùn)盛青年科技獎(jiǎng)，并于2011年1月被推舉為福建省半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)。由他帶隊(duì)的半導(dǎo)體照明方向也已發(fā)展成為物構(gòu)所的重要研究方向，得到中科院、福建省、科技部、基金委、發(fā)改委的大力支持，成為中科院LED封裝領(lǐng)域的重要示范單位，并升級(jí)為中科院海西研究院135的五個(gè)重點(diǎn)培育方向之一和三個(gè)重大突破研究方向之一。

據(jù)悉，經(jīng)過(guò)5年的探索和研發(fā)，曹永革已與青島一通機(jī)械公司合作，成功研制出具有良好動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)的10米超長(zhǎng)高速離心機(jī)，并通過(guò)特殊配方和工藝的研發(fā)，成功開(kāi)發(fā)出一整套超長(zhǎng)、薄壁、光滑、無(wú)孔、結(jié)合力強(qiáng)的陶瓷內(nèi)襯鋼管技術(shù)。目前，該技術(shù)已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)年收入860萬(wàn)元，具有良好的市場(chǎng)發(fā)展前景。

親自掛帥打造優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)

在技術(shù)力量上，該中心已有成員32人，其中，獲得中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”的研究員2名，副研究員2名，助理研究員7名，工程師1名，在讀博士生4名、碩士生6名，聯(lián)合培養(yǎng)博士生3名，聯(lián)合培養(yǎng)碩士生4名。組建了一支結(jié)構(gòu)合理、創(chuàng)新能力強(qiáng)、專業(yè)水平高的研究團(tuán)隊(duì)。這支隊(duì)伍除了在激光透明陶瓷和LED照明材料上的研究外，還在陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管研究上有所建樹(shù)。

自任職起，曹永革率中心主持及完成xxx863重點(diǎn)基金、自然科學(xué)基金委重大研究計(jì)劃重點(diǎn)基金、973項(xiàng)目課題、福建省重大專項(xiàng)、中科院重大裝備自主研制項(xiàng)目、中科院重要方向性項(xiàng)目等重要項(xiàng)目二十余項(xiàng)，主持科研經(jīng)費(fèi)達(dá)六千余萬(wàn)元。在基礎(chǔ)研究方面，近五年內(nèi)申請(qǐng)及授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利37項(xiàng)，在重要期刊發(fā)表論文120余篇，引用1264次，其中單篇引用最高160多次，促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

多年來(lái)，曹永革和他的團(tuán)隊(duì)一直都不畏挑戰(zhàn)，敢于承擔(dān)國(guó)家急需課題任務(wù)，解決國(guó)家重大難題。目前，曹永革又帶領(lǐng)起新的研究團(tuán)隊(duì)。曾經(jīng)，他們良好的攻堅(jiān)和團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)能力在一項(xiàng)項(xiàng)的成功面前得到了印證。如今的每一天，對(duì)他們來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)新的起點(diǎn)，值得他們用更多的創(chuàng)造去書(shū)寫(xiě)。