走近LED新纪录的缔造者——曹永革

1998年毕业于北京科技大学材料学院，获博士学位；

1998―2000年中国科学院物理研究所作博士后；

2000年9月受聘为中科院物理所副研究员；

2006年入选中科院“百人计划及引进海外杰出人才”进入中科院福建物质结构研究所；

2008年通过中科院“百人计划引进海外杰出人才”择优支持；

2010年获得福建省运盛青年科技奖；

2012年通过中科院“百人计划”终期评估优秀……

在这一系列履历的背后，是我国LED新纪录缔造者曹永革的人生轨迹。

作为中国科学院福建物质结构研究所研究员、课题组长，先进材料研究室主任，博士生导师，中国人民大学特聘教授，曹永革正是凭借行走国际前沿的敏锐和坚持，在激光陶瓷和光电材料领域做出了属于自己的一份“独特”。

不断改进 缔造LED新纪录

作为第三代绿色节能照明的典范，LED半导体照明受到各国政府的高度重视。经过实践的检验，LED已经被成功地贴上这样的标签：光效高、超节能、绿色环保。这是LED照明最突出的特点。因此，LED被视为下一代照明光源当之无愧的选择。

转型已成为趋势。而如何转型，也成为许多专家学者为之思考的问题。“LED要规模化进入普通照明领域，首先要降低成本，同时要在低成本下确保其高光效、高可靠性、高显色性等技术优势。”中国科学院福建物质结构研究所先进材料研究中心主任、中科院海西研究院（现依托中科院福建物质结构研究所进行筹建中）先进制造与技术集成研究所副所长曹永革研究员这样说。

曹永革十分明确该中心的发展，那就是以光功能陶瓷材料研究、半导体照明关键材料与技术研发为核心方向，以工程化、产业化的推广应用为手段，实现关键技术突破与集成，推动先进材料的产业化。

2011年，海峡两岸LED产业科技成果发布会上宣布，我国已发明出整灯光效高于141lm/W的LED日光灯管并已实现产业化。这意味着，我国LED日光灯整灯光效第一次刷新了世界纪录。在此之前，国际上的最高整灯光效是日本日亚化学工业株式会社同样在2011年研发的NSSW157A型灯管，其整体光效为129lm/W。而这次的纪录由中国科学院海西研究院及福建省万邦光电科技有限公司、厦门三安光电公司共同刷新，不仅整体光效提高了10%，成本仅为其1/4。

2012年，数据结果显示，采用特种陶瓷MCOB封装技术，我国已实现了231lm/W 产业化的全球最高光源光效；同时实现了153lm/W（Ra>82）产业化室内照明球泡灯整灯光效，而最近的实验室结果则表明：Ra=92时，整灯光效可达168lm/W。这是当时国际上报道的最高数据之一，不低于美国Cree公司采用该公司的高端芯片封装的光源光效，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荧光体实现了261lm/W白光LED的实验室光源光效，是当时国内外最高光源光效。2013年通过中科院成果鉴定，由3位国内外享有盛誉的半导体领域的院士及九位专家经过评审，所研发的低成本高可靠性高光效陶瓷基多功能改进型MCOB封装集成技术在2013年1月31日的中科院成果鉴定中被专家认定为“综合性能和技术水平达到国际领先水平”。

“我们立足于自主知识产权创新，努力形成稳定的先进工艺技术与装备，以解决该领域国家重大需求的基础性、关键性和技术集成问题，使研发、工程、生产及应用诸环节的优势力量得以集成并迅速推广。”他对记者说道。

　　自主研发摘下“皇冠上的明珠”

拥有“皇冠上的明珠”美誉的激光透明陶瓷具有重要的国防应用背景，是国外禁运、国防急需的关键材料，被美国军方认为是最具发展潜力的激光增益介质。同时，它也被认为是最为纯净、光学质量最好、性能最高，难度也是最大的先进陶瓷中最高技术的集成与代表。

作为未来激光发展的两种最重要的材料之一，激光透明陶瓷受到了世界各国政府的极大支持和关注。在日本和美国，激光透明陶瓷领域百千瓦的激光输出已经成为现实，但材料上的禁运和技术上的重要性，迫使我国迅速认清了一个现实――必须自主研制，才能“丰衣足食”。

经过数年的研究，曹永革认识到，激光陶瓷制备的瓶颈在于对性能要求极为苛刻的高温高真空烧结设备和制备工艺，而我国高温高真空技术与国外技术差距在15年以上。为了在技术上有所突破，曹永革回国后，利用他本人在国内外高温设备、超高真空领域的长期技术经验积累，吸取国外一流高温高真空设备的优点，立足本土，自主设计研制成功了三代高温高真空设备超高真空高温烧结炉，其关键性能高温真空度比国外优越两个数量级，不仅为激光陶瓷的高温真空烧结提供了更佳的气孔排除的驱动力和更为洁净的烧结环境，还保证了产品的光学均匀性、机械性能均匀性以及应变均匀性。该成果获得了国家实用新型专利授权，突破了国外高温高真空技术限制，为高质量大尺寸激光透明陶瓷制备的完全国产化奠定了坚实的设备基础。

在“中国科学院重大装备自主研制项目”验收评审中，专家一致认为其关键性能“超过国外先进同类设备水平”；在“福建省科技计划重点项目”验收中，评审专家认为激光陶瓷及自主设备达到“国际先进、部分领先”水平。‖

从工艺角度出发，为了寻找新的路径，曹永革率课题组采用特殊的粉体表面活化与造粒方法，利用新型非平衡制备技术来制备高活性、具有单分散、球形、高纯的YAG陶瓷纳米粉体，显著降低了烧结温度、避免了晶粒异常长大、实现了近“无气孔”烧结，降低了陶瓷散射损耗；继而，又利用自主研发的高压注浆成型技术和湿法成型理论解决了陶瓷成型过程中的陶瓷颗粒变形与硬团聚的严重问题，有助于提高陶瓷烧结致密度和陶瓷透过率；随后，他们利用合适的烧结助剂，在陶瓷素坯烧结过程中进行热力学和动力学控制，实现了晶界调控和微结构调控，获得了薄直纯的晶界和尺寸均匀晶粒以及极少的微气孔，极大地降低了陶瓷固有的散射损耗。

通过自主研发的新设备和创新工艺，2008年曹永革课题组制备了透过率达到理论值和单晶水平的Nd:YAG激光透明陶瓷，其激光效率达到56.7%，2013年实现了5千瓦输出，与上硅所一起，使得我国成为继日美之后第三个实现单片单级千瓦陶瓷激光输出的国家。[!--empirenews.page--]

　　完美创新 LED牵手陶瓷技术

在福建省重大专项、中科院重要方向性项目的支持下，曹永革在原单位中科院福建物构所开辟了LED半导体照明的新的研究方向，搭建了LED封装中试生产线研发平台。他将陶瓷技术优势与LED封装技术相结合，在国外研发基础上，结合国内技术与市场特点，开发出室内照明用的高性能、低成本半导体照明LED球泡灯封装关键材料与技术，包括高散热绝缘陶瓷基板技术、新型光学设计、新型无In透明电极、小电流驱动高效低成本LED封装技术；他发明了“四合一功能”陶瓷薄膜LED封装技术、金属基板直接固晶技术、陶瓷COB封装漫反射光学设计、透明陶瓷LED封装技术、芯片后处理高出光技术等，其中透明陶瓷封装技术和多功能陶瓷薄膜COB封装技术打破了传统的LED封装路线，具有重要原创性，不仅突破了国际专利的封锁，同时解决了LED高稳定性、高光效、低成本的难题。

通过这一系列的技术研发，他实现了在保证整灯光电转换效率(整个灯具150lm/w)高于国内外同类产品（70―100lm/w）的基础上成本下降近4倍的目标，使其价格达到与普通节能灯相当的水平，突破了LED灯进入室内照明的高成本瓶颈。该技术转让到福建蒲田万邦光电有限公司，两年总产值达到5亿元。

此成果一出，引起了产业界的极大关注，许多大型LED企业均表示希望全面深入合作。曹永革本人因此获得2010年度福建省运盛青年科技奖，并于2011年1月被推举为福建省半导体照明产业联盟秘书长。由他带队的半导体照明方向也已发展成为物构所的重要研究方向，得到中科院、福建省、科技部、基金委、发改委的大力支持，成为中科院LED封装领域的重要示范单位，并升级为中科院海西研究院135的五个重点培育方向之一和三个重大突破研究方向之一。

据悉，经过5年的探索和研发，曹永革已与青岛一通机械公司合作，成功研制出具有良好动平衡结构的10米超长高速离心机，并通过特殊配方和工艺的研发，成功开发出一整套超长、薄壁、光滑、无孔、结合力强的陶瓷内衬钢管技术。目前，该技术已实现成果转化，实现年收入860万元，具有良好的市场发展前景。

亲自挂帅打造优秀团队

在技术力量上，该中心已有成员32人，其中，获得中国科学院“百人计划”的研究员2名，副研究员2名，助理研究员7名，工程师1名，在读博士生4名、硕士生6名，联合培养博士生3名，联合培养硕士生4名。组建了一支结构合理、创新能力强、专业水平高的研究团队。这支队伍除了在激光透明陶瓷和LED照明材料上的研究外，还在陶瓷内衬复合钢管研究上有所建树。

自任职起，曹永革率中心主持及完成xxx863重点基金、自然科学基金委重大研究计划重点基金、973项目课题、福建省重大专项、中科院重大装备自主研制项目、中科院重要方向性项目等重要项目二十余项，主持科研经费达六千余万元。在基础研究方面，近五年内申请及授权中国发明专利37项，在重要期刊发表论文120余篇，引用1264次，其中单篇引用最高160多次，促进了相关领域的发展。

多年来，曹永革和他的团队一直都不畏挑战，敢于承担国家急需课题任务，解决国家重大难题。目前，曹永革又带领起新的研究团队。曾经，他们良好的攻坚和团队作战能力在一项项的成功面前得到了印证。如今的每一天，对他们来说，都是一个新的起点，值得他们用更多的创造去书写。