稀土的“新”探索

“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。”稀土功能材料基礎研究與應用創新集體學術帶頭人張洪杰院士表示。

該創新集體依托于中科院長春應用化學研究所（以下簡稱長春應化所）稀土資源利用國家重點實驗室，形成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、馮婧和龐然等為代表的“80后”生力軍。各成員通過學科交叉，充分發掘自身潛力，培育并形成了學科優勢和特點。

張洪杰表示：“我們在提高稀土產品附加值的過程中，尤其注重創新思維和導向性的基礎研究，它不僅僅是新技術、新產品開發的源泉，也是稀土產品從低端步入高端的核心所在。”

實現交流LED產業化

LED照明是新一代照明光源，目前其核心技術都被歐、美、日、韓等國掌握。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知識產權，是國家的重大需求。”

現有的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。這就會帶來電能耗損高、元器件壽命短、產生熱量大、電源成本高、設備占有空間大等問題。

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，芯片的發光也會具有同樣的周期變化過程，從而導致發光頻閃。如何解決這種頻閃是交流LED技術中的最大瓶頸和一個世界性難題。

2006年，長春應化所與四川新力光源有限公司開始6年合作，瞄準國際LED發展前沿，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。

創新集體成員李成宇研究員說，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。

新型稀土LED發光材料的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電流波動導致的頻閃，并實現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。

目前，團隊研發的低頻閃交流LED產品已銷往美國、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多個國家，該技術成果于2013年度獲得澳大利亞“金袋鼠”世界創新獎。

改善有色合金性能

科研要與國家需要相結合。科研人員既要在實驗室埋頭苦干，坐得住冷板凳，又要了解國家和社會需要，走出實驗室，在實際工作中去解決問題，學以致用。

創新集體成員孟健研究員已在長春應化所工作了30多年，主要從事稀土鎂合金的研究與應用。他表示：“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？”

孟健說：“在張洪杰的帶領下，我們克服初期人力、設備的不足，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。”

團隊先后承擔了“973”、國家科技支撐計劃、“863”、重點國際合作、基金委重點等30多項研究項目，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。

孟健說：“我們群策群力、多方協同、爭分奪秒地完成每一次的任務，實現在航空航天、國防軍工、軌道交通和3C電子產品方面的初步應用。”

目前，團隊在稀土鎂合金的研究獲得授權發明專利40多項，獲得了多項國家產業標準，獲吉林省科學技術獎一等獎兩項。

研制溫敏發光材料

副研究員龐然是創新集體中的“80后”成員，他主要參與稀土溫敏發光材料的研發工作，該研究利用了稀土豐富的光譜對周圍環境溫度的敏感這一特性。

他說：“這個方向的研究可以追溯到上個世紀80年代，以蘇鏘院士和張洪杰為首的老一輩科研工作者對稀土材料溫敏現象的機理進行了深入的研究，為新材料的研發及應用奠定了堅實的理論基礎。”

當年，長春應化所科研團隊與風洞測溫單位合作開展了稀土發光測溫材料及其應用技術研究，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，打破了國外在該領域對我國材料和技術的封鎖。

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。

“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，卻會成為妨礙材料在風洞中使用的關鍵因素。”

他還記得，有一次某重大國防工程單位急需新的測溫材料和測溫技術，為保證研制進度，對方對長春應化所的材料研發進度規定了嚴格的時間節點。在張洪杰和李成宇等的悉心指導下，團隊成員克服了一系列困難，經過一年多的反復實驗，終于2011年夏天在實驗室合成了第一批性能符合技術指標的發光測溫材料。

“當我帶著首批材料抵達風洞測溫單位時已經是下午6點半，在車間簡單吃過盒飯后，便和對方工程技術人員一起開始緊張的配制測溫涂料、噴涂模型、標定工作曲線以及安裝樣件等工作。經過反復調整測試參數，采集到第一張高分辨率的氣動熱流分布圖像時已經是晚上十一點半左右。”

“有了這張圖，我今晚就可以睡個安穩覺了！”龐然至今還清晰地記得對方工程師看到數據圖時激動的表情。

“國外能做的，我們也能做。”張洪杰希望把稀土的研究工作一件件做好，“不僅要做到不可替代，還要做到越來越強，這也是一個科學家應盡的責任。”