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。“LED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)。”中國(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。”他對(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。
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。
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