稀土光功能材料的跨界發(fā)展之路
2016年09月06日 8:12 6382次瀏覽 來(lái)源: 中國(guó)有色金屬報(bào) 分類: 稀土
由于稀土具有優(yōu)異的光、電、磁、超導(dǎo)、催化等理化特性,能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型功能材料,因此被廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)、航天、國(guó)防軍工等領(lǐng)域。稀土消費(fèi)增長(zhǎng)迅速,尤其是新材料領(lǐng)域的應(yīng)用成為增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。
近年來(lái),稀土消費(fèi)量增長(zhǎng)迅速,而包括稀土永磁體、貯氫合金材料、發(fā)光熒光材料、凈化催化劑等在內(nèi)的新材料領(lǐng)是稀土最大的,也是增長(zhǎng)最快的消費(fèi)領(lǐng)域。
當(dāng)今世界上流行使用的綠色環(huán)保節(jié)能光源大都與稀土有關(guān),其中使用最多的光源是稀土三基色節(jié)能熒光燈和LED固態(tài)光源。
稀土熒光燈:全球主流光源
從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始,經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,我國(guó)稀土發(fā)光材料行業(yè)在該領(lǐng)域的整體技術(shù)水平及產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界前列。在20世紀(jì)80年代初,我國(guó)就已經(jīng)量產(chǎn)出高質(zhì)量的稀土三基色節(jié)能熒光燈,但由于中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)意識(shí)薄弱,很多專利為國(guó)外所申請(qǐng)。
燈用稀土三基色熒光粉是世界各國(guó)用來(lái)生產(chǎn)高效節(jié)能熒光燈的主要原材料。真正的稀土三基色節(jié)能燈與普通的白熾燈相比節(jié)電率高達(dá)80%,而且可以獲得與日光相近的自然光,使得被照物體顏色純正,其生產(chǎn)過(guò)程從粗放型到精細(xì)型,清潔型,智能型,過(guò)程可控。
隨著白光LED的迅速發(fā)展,稀土三基色熒光燈受到一定影響,但目前還是全球主流光源。
目前,常用的稀土三基色節(jié)能燈的外型以緊湊型為主,按燈管造型分為單H、雙H、單U、雙U、三U、單π、雙π、球形/螺旋形等多種類型,管徑粗細(xì)T4~T2。稀土三基色節(jié)能燈不但高效節(jié)能,而且使用壽命也比白熾燈高5至8倍。稀土三基色節(jié)能燈是世界上各國(guó)大力提倡和推廣的新型電光源,在歐美和日本等國(guó)已經(jīng)用稀土三基色熒光燈取代了白熾燈。我國(guó)生產(chǎn)三基色燈管的廠家較多,但是真正的使用稀土三基色粉生產(chǎn)燈管的正規(guī)廠家卻不多,很多都是打著稀土三基色節(jié)能熒光燈的招牌,以鹵粉,回收粉假冒偽劣的產(chǎn)品充斥市場(chǎng),嚴(yán)重的破壞了稀土節(jié)能燈的聲譽(yù)。真正的稀土三基色節(jié)能熒光燈是一種高效、節(jié)能、舒適、亮麗、長(zhǎng)壽的新型電光源。
如今,“中國(guó)智造”的機(jī)器人,不少高端智能產(chǎn)品同樣產(chǎn)于中國(guó)。裝備智能化系統(tǒng)必須抓好材料的標(biāo)準(zhǔn)化,精細(xì)化。產(chǎn)業(yè)做實(shí)、做特、做精、做強(qiáng),以品牌和質(zhì)量取勝。如對(duì)可見(jiàn)光而言,不同光環(huán)境對(duì)發(fā)光光譜能量分布、光效、光色、顯色指數(shù)、色保真度指數(shù)、色域度指數(shù)、配光、光通量線密度都有影響。因此,必須從光源、光學(xué)、燈具材料的創(chuàng)新跨界組合。整合相關(guān)行業(yè)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)。組建產(chǎn)業(yè)鏈,不搞近親結(jié)婚,提倡優(yōu)生優(yōu)育。優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。不越位,不占位,不錯(cuò)位,交叉學(xué)科融合結(jié)晶,強(qiáng)調(diào)專業(yè)化、優(yōu)質(zhì)化、精細(xì)化、實(shí)用化。
科學(xué)實(shí)踐和市場(chǎng)需求相結(jié)合
要實(shí)現(xiàn)高端白光LED智能化照明,首先要把光源材料做好,從源頭上抓起,防止“胎里病”的再現(xiàn)(芯片、熒光粉)。當(dāng)前,白光LED光源的光生物危害嚴(yán)重,發(fā)光光譜能量分布不均衡,存在“富藍(lán)、缺紫、少青紅”的弊病,長(zhǎng)期在劣質(zhì)的燈光下學(xué)習(xí)、工作、生活會(huì)影響人的“生物鐘”和人們的身心健康。當(dāng)前,行業(yè)存在炒概念、虛擬操作、受“洋人”忽悠、“專家”忽悠、欺騙政府和企業(yè),造成一刀切、一股風(fēng),急功近利,而得不償失。沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)、沒(méi)有實(shí)體經(jīng)濟(jì),哪來(lái)話語(yǔ)權(quán)和定價(jià)權(quán)。大部分廠家無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、無(wú)創(chuàng)新理念和原創(chuàng)技術(shù)、照搬照抄、同質(zhì)化低水平重復(fù)、盲目量產(chǎn),值得我們深思!
全面提升光源產(chǎn)品品質(zhì)和服務(wù)質(zhì)量以緩解傳統(tǒng)節(jié)能光源熒光燈、陶瓷金鹵燈與白光LED燈具調(diào)整交接過(guò)程中的負(fù)面效應(yīng),優(yōu)勝劣汰、協(xié)同發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級(jí)、爭(zhēng)取共贏。
我國(guó)燈用稀土三基色熒光粉產(chǎn)量從1986年的1.2噸/年發(fā)展到2008年的5500噸/年,同2007年相比,產(chǎn)量雖下降不少,但粉的質(zhì)量普遍提高。2009年為6000噸,比2008年增長(zhǎng)9%,2010年和2011年市場(chǎng)均為8000噸,比2009年增長(zhǎng)了33.3%,2012年為4500噸,比上年減少了43.8%。2013年為3600噸,又下降了20%,2014年繼續(xù)下降到2800噸。2015年持續(xù)下降,但幅度不大,現(xiàn)已處于平穩(wěn)狀態(tài),為2400噸,下降16%。2012年LED熒光粉約34噸,比上年增長(zhǎng)240%,2013年LED熒光粉47噸,又增長(zhǎng)了28%,2014年增長(zhǎng)60%左右,達(dá)到110噸。2015年又增長(zhǎng)20%左右,達(dá)到120噸。
今年上半年,燈用稀土三基色熒光粉產(chǎn)銷量與去年同期基本穩(wěn)定,落差不大,維持在1200噸左右。
LED熒光粉向高端發(fā)展,量增價(jià)跌,銷量已超過(guò)100噸,從單色粉到混合粉,從粉體到光轉(zhuǎn)換器件,部分產(chǎn)品供不應(yīng)求。
上述兩類熒光粉價(jià)格均明顯下降。已到虧本經(jīng)營(yíng)的邊緣。
從材料到器件、科學(xué)與藝術(shù)、創(chuàng)意設(shè)計(jì),小產(chǎn)業(yè)做大市場(chǎng),如:EL冷光線已應(yīng)用于木偶劇、皮影戲、冷光劇的發(fā)光道具。又如:長(zhǎng)余輝“鵝卵石”、夜明珠、墻磚、石板等建筑陶瓷,塑造自然景觀和夢(mèng)幻的境界。
我國(guó)政府對(duì)第三代半導(dǎo)體材料與器件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化支持的力度加大,有望集中優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)跨越創(chuàng)新?lián)Q道超車和占位領(lǐng)跑。并從研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用、市場(chǎng),全面提升半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈,搶占國(guó)際半導(dǎo)體領(lǐng)域的制高點(diǎn)。
近年來(lái),以氮化鎵(GaN)、碳化硅(SiC)等寬禁帶化合物為代表的第三代半導(dǎo)體更廣的應(yīng)用方向,從更廣的氮化物材料體系延伸到眾多的應(yīng)用領(lǐng)域包括電力、電子、微波、載波等。四川新力光源的Ac-LED技術(shù),高電壓、小電流、結(jié)溫低、壽命長(zhǎng),Ac驅(qū)動(dòng)芯片、電子元件與發(fā)光器件為一體,使用方便簡(jiǎn)易,已量產(chǎn)走出國(guó)門,銷往西班牙、墨西哥、意大利等國(guó)家。
自主創(chuàng)新發(fā)明專利
采用稀土元素(Ce、Nd、Eu)應(yīng)用
近年來(lái),我國(guó)稀土發(fā)光材料的創(chuàng)新應(yīng)用主要體現(xiàn)在4個(gè)方面,第一,添加的稀土元素于石英玻璃材料中,可以對(duì)560~620納米波段的黃色光譜予以吸收30%左右,提高清晰度;第二,添加的稀土元素,可以吸收190~320納米波段紫外線輻射,具有環(huán)保型;第三,添加的稀土元素,可以提高玻殼對(duì)紫外光譜的190~250納米波段的吸收率,并有調(diào)整石英玻璃膨脹系數(shù)的功能;第四,增加石英管強(qiáng)度、提高熱振性并適用于高強(qiáng)度氣體放電燈:金鹵燈、氙燈、無(wú)電極等離子燈的電弧管及燈具光學(xué)透鏡、光擴(kuò)散板等光學(xué)器件。
十多年的磨練,我國(guó)白光LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入攻堅(jiān)戰(zhàn)、持久戰(zhàn)階段。
LED熒光粉的需求量不斷增長(zhǎng),尤其封裝模式的改變和大功率白光LED的崛起,從單顆芯片點(diǎn)膠封裝到多芯片、COB、MCOB集成封裝(多芯片小電流,倒裝芯片、三維立體,從點(diǎn)-線-面)、遠(yuǎn)程激發(fā)等、一體化二次光轉(zhuǎn)換配光器件中熒光粉量的增加,對(duì)白光LED熒光粉市場(chǎng)空間的拓展,白光LED照明燈具的光電性能技術(shù)指標(biāo)的提高,從單一注重發(fā)光效率向全方面提高發(fā)光質(zhì)量的過(guò)渡,尤其對(duì)光色、顯色指數(shù)Ra、特殊顯色指數(shù)( R9、R13、R14、R15)、色飽和度、色容差、色漂移、熱穩(wěn)定性和壽命進(jìn)一步提高,以光線進(jìn)行設(shè)計(jì)、使用納米技術(shù)光擴(kuò)散從光通量到光通量線,提高光線的密度值和燈光舒適度,使光環(huán)境更舒適、更和諧。這也是LED從顯示到照明的一個(gè)關(guān)鍵性突破。
日前,廣州有色金屬研究院稀有金屬研究所、中山大學(xué)共同研發(fā)“寬色域液晶顯示器LED背光源用高效稀土發(fā)光材料的關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目通過(guò)鑒定、驗(yàn)收。福建物構(gòu)所、上海硅酸鹽研究所、深圳市新晶瓷材料有限公司等單位創(chuàng)新研發(fā)了稀土氟化物寬色域熒光粉組合的白光LED和激光用一體化稀土熒光透明陶瓷基板導(dǎo)熱材料,該材料的問(wèn)世將引發(fā)白光LED產(chǎn)業(yè)的新一輪的變革。
稀土發(fā)光材料
高端應(yīng)用、創(chuàng)新發(fā)展思路
從顯示-照明-信息,白光LED背光源用導(dǎo)光板,大功率白光LED光轉(zhuǎn)換材料,配光光學(xué)器件,白光LED汽車大燈,激光照明光源,尤其要解決白光LED路燈亮度高,出光率低、眩光嚴(yán)重、視覺(jué)效果差等弊端。
從光源材料拓展到發(fā)光器件和光學(xué)燈具材料及制品。
傳統(tǒng)光源燈具用防眩光、防紫外、防富藍(lán)光(460nm光生物危害)輻射二次光轉(zhuǎn)換材料,根據(jù)不同光源的發(fā)光光譜轉(zhuǎn)換普通照明和功能照明所需的光譜能量分布,造就有益于人們的可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光,以不同光譜能量分布的熒光涂料、光擴(kuò)散材料組合成硅薄膜、光轉(zhuǎn)換橡塑薄膜、光轉(zhuǎn)換塑料PC、光轉(zhuǎn)換玻璃、光轉(zhuǎn)換陶瓷等用于熒光燈、無(wú)極熒光燈、石英金鹵燈、陶瓷金鹵燈、白光LED照明器具及影視照明燈光的新型二次光轉(zhuǎn)換納米微結(jié)構(gòu)、配光、防眩為一體的復(fù)合導(dǎo)光板、擴(kuò)散板和光學(xué)透鏡。創(chuàng)新研發(fā)光轉(zhuǎn)換漫射照明新材料及器件的研發(fā)開(kāi)發(fā)應(yīng)用和量產(chǎn),尤其解決配光的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。
從顯示-照明-信息產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看,白光LED背光源用導(dǎo)光板,大功率白光LED光轉(zhuǎn)換材料,配光光學(xué)器件,白光LED汽車大燈,激光照明光源,尤其要解決白光LED路燈亮度高,出光率低、眩光嚴(yán)重、視覺(jué)效果差等弊端。
有研稀土自主創(chuàng)新研發(fā)的自然光、寬色域、高顯色、超小型6W-4000K球泡燈,光效大于80LM/W,顯色指數(shù)Ra﹥95,彩色還原性好,優(yōu)越的色飽和度。在中國(guó)國(guó)際稀土產(chǎn)業(yè)成果展覽會(huì)上閃亮登場(chǎng)?,F(xiàn)進(jìn)一步拓展直管形、吸頂燈、平板燈、藝術(shù)燈系列,讓光線更柔和、光色更亮麗、環(huán)境更和諧、生活更美好。
從光源材料拓展到發(fā)光器件和光學(xué)燈具材料及制品。
傳統(tǒng)光源燈具用防眩光、防紫外、富藍(lán)光(460nm光生物危害)輻射二次光轉(zhuǎn)換材料,根據(jù)不同光源的發(fā)光光譜轉(zhuǎn)換普通照明和功能照明所需的光譜能量分布,造就有益于人們的可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光,以不同光譜能量分布的熒光涂料、光擴(kuò)散材料組合成硅薄膜、光轉(zhuǎn)換橡塑薄膜、光轉(zhuǎn)換塑料PC、光轉(zhuǎn)換玻璃、光轉(zhuǎn)換陶瓷等用于熒光燈、無(wú)極熒光燈、石英金鹵燈、陶瓷金鹵燈、氙燈、白光LED照明器具及影視照明燈光的新型二次光轉(zhuǎn)換納米微結(jié)構(gòu)、配光、防眩為一體的復(fù)合導(dǎo)光板、擴(kuò)散板和光學(xué)透鏡。創(chuàng)新研發(fā)光轉(zhuǎn)換漫射照明新材料及器件的研發(fā)開(kāi)發(fā)應(yīng)用和量產(chǎn),尤其解決配光的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。
必須不斷拓展,著力解決稀土發(fā)光材料與非稀土發(fā)光材料、窄帶光譜與寬帶光譜、紫外光-可見(jiàn)光-紅外光、傳統(tǒng)光源器具與現(xiàn)代光源器具、激光、科學(xué)技術(shù)和人文藝術(shù)的相融問(wèn)題。充分利用窄帶光譜的色純度高、光通量線密度高的特點(diǎn)和寬帶光譜的舒適度及補(bǔ)色的功能,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、以質(zhì)取勝,從粗放型到精細(xì)型的品牌戰(zhàn)略。
從微觀上弄清粉體與顆粒的關(guān)系,把熒光體的“發(fā)光光譜拉寬、顆粒級(jí)配變窄”,以熒光粉體結(jié)構(gòu)為依托,量產(chǎn)球形和亞球形真顆粒稀土熒光粉,進(jìn)一步完善高溫高壓固相反應(yīng)晶體生長(zhǎng)工藝技術(shù)和智能化裝備,量產(chǎn)免球磨真顆粒,提高粉體硬度和發(fā)光質(zhì)量及二次特性。以不同燈種、不同結(jié)構(gòu)、不同光電特性要求來(lái)配置不同理化特性的熒光粉體。
完善稀土熒光粉合成工藝中的前處理和后處理技術(shù)
加強(qiáng)稀土納米熒光材料和稀土納米粉熒光體包膜及熒光燈保護(hù)膜材料研究開(kāi)發(fā)應(yīng)用,完善粉體包膜工藝及新型熒光燈管納米材料保護(hù)膜應(yīng)用技術(shù),提高制燈后的光色一致性和柔性化及光電性能等技術(shù)指標(biāo)。
提高太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率和壽命,研發(fā)稀土納米轉(zhuǎn)光膜、納米微結(jié)構(gòu)光轉(zhuǎn)換背板阻止和反射紅外線的輻射,吸收紫外線,提高光電轉(zhuǎn)換效率,降低紅外線和紫外線對(duì)芯片的侵蝕、黃變、老化。
全面提升燈用稀土三基色熒光粉光電轉(zhuǎn)換效率和光色指標(biāo),開(kāi)發(fā)無(wú)極熒光燈專用紅色、藍(lán)色植物生長(zhǎng)燈用稀土熒光粉,影視專用高顯色、寬色域稀土全光譜熒光粉。
可見(jiàn)光轉(zhuǎn)可見(jiàn)光“二次轉(zhuǎn)換、光擴(kuò)散納米稀土開(kāi)發(fā)白光LED燈專用”光功能材料,吸收富藍(lán)光轉(zhuǎn)換黃綠光、紅光和紫光,提高R9、R15、Ra解決光生物危害問(wèn)題,提高出光率和光通量線密度,以造就生態(tài)和諧的自然之光。
液晶顯示器、手機(jī)屏幕現(xiàn)居多的是白光LED背光源,由于以藍(lán)色芯片激發(fā)熒光粉組合發(fā)光,富藍(lán)光的輻射嚴(yán)重影響了電視觀眾的視覺(jué)。以二次轉(zhuǎn)換光材料和納米微結(jié)構(gòu)導(dǎo)光板的有機(jī)結(jié)合,既能消除了富藍(lán)光的光生物危害,也有利于廣大電視觀眾的光生物安全。進(jìn)一步擴(kuò)展了液晶顯示屏可視角度,改善了白光LED背光源電視在色彩表現(xiàn)上的不足,解決白平衡和色調(diào)、色飽和度的問(wèn)題,提高圖像的清晰度。
要冷靜理智對(duì)待稀土節(jié)能熒光燈和白光LED照明器具發(fā)展,因?yàn)樗鼈兌歼€有一個(gè)提高和成熟的過(guò)程,先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展加速了產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),各有所長(zhǎng),取長(zhǎng)補(bǔ)短,淘汰落后,攜手共進(jìn)。以達(dá)到“改變一個(gè)燈泡,同時(shí)改變我們的思維方式,我們就可以改變整個(gè)世界”的意愿,推進(jìn)了新型稀土生態(tài)照明光源的開(kāi)拓創(chuàng)新、跨界轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)升級(jí)、服務(wù)天下。
都說(shuō)近年燈飾市場(chǎng)難做,LED的大機(jī)遇卻遭受了大挑戰(zhàn),整個(gè)照明行業(yè)內(nèi)充斥著價(jià)格戰(zhàn)、并購(gòu)潮、跑路門、失聯(lián)門、辭職潮、倒閉潮。逆流還在繼續(xù)……要尊重客觀,這是發(fā)展過(guò)程中的必然現(xiàn)象。
正如遠(yuǎn)方光電董事長(zhǎng)潘建根指出,“我們做企業(yè)時(shí)時(shí)刻刻需要與時(shí)俱進(jìn)不斷創(chuàng)新,但是,創(chuàng)新不能否定自己擁有的好東西,相反我們要把這些好的沉淀的經(jīng)驗(yàn)不斷地去總結(jié)和發(fā)揚(yáng)廣大!”要尊重傳統(tǒng)。“一分為二、合二為一”,以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),中國(guó)芯+中國(guó)粉的跨界融合,強(qiáng)我中華。(作者單位:中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)光功能材料分會(huì))
責(zé)任編輯:李峒峒
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