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稀土光功能材料的跨界发展之路

2016-09-06 08:42:10   来源:网络   发表评论

  由于稀土具有优异的光、电、磁、超导、催化等理化特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型功能材料,因此被广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业、航天、国防军工等领域。稀土消费增长迅速,尤其是新材料领域的应用成为增长最快的领域。
  近年来,稀土消费量增长迅速,而包括稀土永磁体、贮氢合金材料、发光荧光材料、净化催化剂等在内的新材料领是稀土最大的,也是增长最快的消费领域。
  当今世界上流行使用的绿色环保节能光源大都与稀土有关,其中使用最多的光源是稀土三基色节能荧光灯和LED固态光源。
  稀土荧光灯:全球主流光源
  从20世纪70年代初开始,经过近半个世纪的发展,我国稀土发光材料行业在该领域的整体技术水平及产业规模已位居世界前列。在20世纪80年代初,我国就已经量产出高质量的稀土三基色节能荧光灯,但由于中国知识产权意识薄弱,很多专利为国外所申请。
  灯用稀土三基色荧光粉是世界各国用来生产高效节能荧光灯的主要原材料。真正的稀土三基色节能灯与普通的白炽灯相比节电率高达80%,而且可以获得与日光相近的自然光,使得被照物体颜色纯正,其生产过程从粗放型到精细型,清洁型,智能型,过程可控。
  随着白光LED的迅速发展,稀土三基色荧光灯受到一定影响,但目前还是全球主流光源。
  目前,常用的稀土三基色节能灯的外型以紧凑型为主,按灯管造型分为单H、双H、单U、双U、三U、单π、双π、球形/螺旋形等多种类型,管径粗细T4~T2。稀土三基色节能灯不但高效节能,而且使用寿命也比白炽灯高5至8倍。稀土三基色节能灯是世界上各国大力提倡和推广的新型电光源,在欧美和日本等国已经用稀土三基色荧光灯取代了白炽灯。我国生产三基色灯管的厂家较多,但是真正的使用稀土三基色粉生产灯管的正规厂家却不多,很多都是打着稀土三基色节能荧光灯的招牌,以卤粉,回收粉假冒伪劣的产品充斥市场,严重的破坏了稀土节能灯的声誉。真正的稀土三基色节能荧光灯是一种高效、节能、舒适、亮丽、长寿的新型电光源。
  如今,“中国智造”的机器人,不少高端智能产品同样产于中国。装备智能化系统必须抓好材料的标准化,精细化。产业做实、做特、做精、做强,以品牌和质量取胜。如对可见光而言,不同光环境对发光光谱能量分布、光效、光色、显色指数、色保真度指数、色域度指数、配光、光通量线密度都有影响。因此,必须从光源、光学、灯具材料的创新跨界组合。整合相关行业的专业优势。组建产业链,不搞近亲结婚,提倡优生优育。优势互补,强强联合。不越位,不占位,不错位,交叉学科融合结晶,强调专业化、优质化、精细化、实用化。
  科学实践和市场需求相结合
  要实现高端白光LED智能化照明,首先要把光源材料做好,从源头上抓起,防止“胎里病”的再现(芯片、荧光粉)。当前,白光LED光源的光生物危害严重,发光光谱能量分布不均衡,存在“富蓝、缺紫、少青红”的弊病,长期在劣质的灯光下学习、工作、生活会影响人的“生物钟”和人们的身心健康。当前,行业存在炒概念、虚拟操作、受“洋人”忽悠、“专家”忽悠、欺骗政府和企业,造成一刀切、一股风,急功近利,而得不偿失。没有知识产权、没有实体经济,哪来话语权和定价权。大部分厂家无知识产权、无创新理念和原创技术、照搬照抄、同质化低水平重复、盲目量产,值得我们深思!
  全面提升光源产品品质和服务质量以缓解传统节能光源荧光灯、陶瓷金卤灯与白光LED灯具调整交接过程中的负面效应,优胜劣汰、协同发展、转型升级、争取共赢。
  我国灯用稀土三基色荧光粉产量从1986年的1.2吨/年发展到2008年的5500吨/年,同2007年相比,产量虽下降不少,但粉的质量普遍提高。2009年为6000吨,比2008年增长9%,2010年和2011年市场均为8000吨,比2009年增长了33.3%,2012年为4500吨,比上年减少了43.8%。2013年为3600吨,又下降了20%,2014年继续下降到2800吨。2015年持续下降,但幅度不大,现已处于平稳状态,为2400吨,下降16%。2012年LED荧光粉约34吨,比上年增长240%,2013年LED荧光粉47吨,又增长了28%,2014年增长60%左右,达到110吨。2015年又增长20%左右,达到120吨。
  今年上半年,灯用稀土三基色荧光粉产销量与去年同期基本稳定,落差不大,维持在1200吨左右。
  LED荧光粉向高端发展,量增价跌,销量已超过100吨,从单色粉到混合粉,从粉体到光转换器件,部分产品供不应求。
  上述两类荧光粉价格均明显下降。已到亏本经营的边缘。
  从材料到器件、科学与艺术、创意设计,小产业做大市场,如:EL冷光线已应用于木偶剧、皮影戏、冷光剧的发光道具。又如:长余辉“鹅卵石”、夜明珠、墙砖、石板等建筑陶瓷,塑造自然景观和梦幻的境界。
  我国政府对第三代半导体材料与器件的研发及产业化支持的力度加大,有望集中优势、实现跨越创新换道超车和占位领跑。并从研发、生产、应用、市场,全面提升半导体行业的产业链、价值链,抢占国际半导体领域的制高点。
  近年来,以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等宽禁带化合物为代表的第三代半导体更广的应用方向,从更广的氮化物材料体系延伸到众多的应用领域包括电力、电子、微波、载波等。四川新力光源的Ac-LED技术,高电压、小电流、结温低、寿命长,Ac驱动芯片、电子元件与发光器件为一体,使用方便简易,已量产走出国门,销往西班牙、墨西哥、意大利等国家。
  自主创新发明专利
  采用稀土元素(Ce、Nd、Eu)应用
  近年来,我国稀土发光材料的创新应用主要体现在4个方面,第一,添加的稀土元素于石英玻璃材料中,可以对560~620纳米波段的黄色光谱予以吸收30%左右,提高清晰度;第二,添加的稀土元素,可以吸收190~320纳米波段紫外线辐射,具有环保型;第三,添加的稀土元素,可以提高玻壳对紫外光谱的190~250纳米波段的吸收率,并有调整石英玻璃膨胀系数的功能;第四,增加石英管强度、提高热振性并适用于高强度气体放电灯:金卤灯、氙灯、无电极等离子灯的电弧管及灯具光学透镜、光扩散板等光学器件。
  十多年的磨练,我国白光LED照明产业发展进入攻坚战、持久战阶段。
  LED荧光粉的需求量不断增长,尤其封装模式的改变和大功率白光LED的崛起,从单颗芯片点胶封装到多芯片、COB、MCOB集成封装(多芯片小电流,倒装芯片、三维立体,从点-线-面)、远程激发等、一体化二次光转换配光器件中荧光粉量的增加,对白光LED荧光粉市场空间的拓展,白光LED照明灯具的光电性能技术指标的提高,从单一注重发光效率向全方面提高发光质量的过渡,尤其对光色、显色指数Ra、特殊显色指数( R9、R13、R14、R15)、色饱和度、色容差、色漂移、热稳定性和寿命进一步提高,以光线进行设计、使用纳米技术光扩散从光通量到光通量线,提高光线的密度值和灯光舒适度,使光环境更舒适、更和谐。这也是LED从显示到照明的一个关键性突破。
  日前,广州有色金属研究院稀有金属研究所、中山大学共同研发“宽色域液晶显示器LED背光源用高效稀土发光材料的关键技术及产业化”项目通过鉴定、验收。福建物构所、上海硅酸盐研究所、深圳市新晶瓷材料有限公司等单位创新研发了稀土氟化物宽色域荧光粉组合的白光LED和激光用一体化稀土荧光透明陶瓷基板导热材料,该材料的问世将引发白光LED产业的新一轮的变革。
  稀土发光材料
  高端应用、创新发展思路
  从显示-照明-信息,白光LED背光源用导光板,大功率白光LED光转换材料,配光光学器件,白光LED汽车大灯,激光照明光源,尤其要解决白光LED路灯亮度高,出光率低、眩光严重、视觉效果差等弊端。
  从光源材料拓展到发光器件和光学灯具材料及制品。
  传统光源灯具用防眩光、防紫外、防富蓝光(460nm光生物危害)辐射二次光转换材料,根据不同光源的发光光谱转换普通照明和功能照明所需的光谱能量分布,造就有益于人们的可见光、不可见光,以不同光谱能量分布的荧光涂料、光扩散材料组合成硅薄膜、光转换橡塑薄膜、光转换塑料PC、光转换玻璃、光转换陶瓷等用于荧光灯、无极荧光灯、石英金卤灯、陶瓷金卤灯、白光LED照明器具及影视照明灯光的新型二次光转换纳米微结构、配光、防眩为一体的复合导光板、扩散板和光学透镜。创新研发光转换漫射照明新材料及器件的研发开发应用和量产,尤其解决配光的标准化问题。
  从显示-照明-信息产业链来看,白光LED背光源用导光板,大功率白光LED光转换材料,配光光学器件,白光LED汽车大灯,激光照明光源,尤其要解决白光LED路灯亮度高,出光率低、眩光严重、视觉效果差等弊端。
  有研稀土自主创新研发的自然光、宽色域、高显色、超小型6W-4000K球泡灯,光效大于80LM/W,显色指数Ra﹥95,彩色还原性好,优越的色饱和度。在中国国际稀土产业成果展览会上闪亮登场。现进一步拓展直管形、吸顶灯、平板灯、艺术灯系列,让光线更柔和、光色更亮丽、环境更和谐、生活更美好。
  从光源材料拓展到发光器件和光学灯具材料及制品。
  传统光源灯具用防眩光、防紫外、富蓝光(460nm光生物危害)辐射二次光转换材料,根据不同光源的发光光谱转换普通照明和功能照明所需的光谱能量分布,造就有益于人们的可见光、不可见光,以不同光谱能量分布的荧光涂料、光扩散材料组合成硅薄膜、光转换橡塑薄膜、光转换塑料PC、光转换玻璃、光转换陶瓷等用于荧光灯、无极荧光灯、石英金卤灯、陶瓷金卤灯、氙灯、白光LED照明器具及影视照明灯光的新型二次光转换纳米微结构、配光、防眩为一体的复合导光板、扩散板和光学透镜。创新研发光转换漫射照明新材料及器件的研发开发应用和量产,尤其解决配光的标准化问题。
  必须不断拓展,着力解决稀土发光材料与非稀土发光材料、窄带光谱与宽带光谱、紫外光-可见光-红外光、传统光源器具与现代光源器具、激光、科学技术和人文艺术的相融问题。充分利用窄带光谱的色纯度高、光通量线密度高的特点和宽带光谱的舒适度及补色的功能,实现产业高端发展、以质取胜,从粗放型到精细型的品牌战略。
  从微观上弄清粉体与颗粒的关系,把荧光体的“发光光谱拉宽、颗粒级配变窄”,以荧光粉体结构为依托,量产球形和亚球形真颗粒稀土荧光粉,进一步完善高温高压固相反应晶体生长工艺技术和智能化装备,量产免球磨真颗粒,提高粉体硬度和发光质量及二次特性。以不同灯种、不同结构、不同光电特性要求来配置不同理化特性的荧光粉体。
  完善稀土荧光粉合成工艺中的前处理和后处理技术
  加强稀土纳米荧光材料和稀土纳米粉荧光体包膜及荧光灯保护膜材料研究开发应用,完善粉体包膜工艺及新型荧光灯管纳米材料保护膜应用技术,提高制灯后的光色一致性和柔性化及光电性能等技术指标。
  提高太阳能光伏电池的光电转换效率和寿命,研发稀土纳米转光膜、纳米微结构光转换背板阻止和反射红外线的辐射,吸收紫外线,提高光电转换效率,降低红外线和紫外线对芯片的侵蚀、黄变、老化。
  全面提升灯用稀土三基色荧光粉光电转换效率和光色指标,开发无极荧光灯专用红色、蓝色植物生长灯用稀土荧光粉,影视专用高显色、宽色域稀土全光谱荧光粉。
  可见光转可见光“二次转换、光扩散纳米稀土开发白光LED灯专用”光功能材料,吸收富蓝光转换黄绿光、红光和紫光,提高R9、R15、Ra解决光生物危害问题,提高出光率和光通量线密度,以造就生态和谐的自然之光。
  液晶显示器、手机屏幕现居多的是白光LED背光源,由于以蓝色芯片激发荧光粉组合发光,富蓝光的辐射严重影响了电视观众的视觉。以二次转换光材料和纳米微结构导光板的有机结合,既能消除了富蓝光的光生物危害,也有利于广大电视观众的光生物安全。进一步扩展了液晶显示屏可视角度,改善了白光LED背光源电视在色彩表现上的不足,解决白平衡和色调、色饱和度的问题,提高图像的清晰度。
  要冷静理智对待稀土节能荧光灯和白光LED照明器具发展,因为它们都还有一个提高和成熟的过程,先进生产力的发展加速了产业的转型升级,各有所长,取长补短,淘汰落后,携手共进。以达到“改变一个灯泡,同时改变我们的思维方式,我们就可以改变整个世界”的意愿,推进了新型稀土生态照明光源的开拓创新、跨界转型和产业升级、服务天下。
  都说近年灯饰市场难做,LED的大机遇却遭受了大挑战,整个照明行业内充斥着价格战、并购潮、跑路门、失联门、辞职潮、倒闭潮。逆流还在继续……要尊重客观,这是发展过程中的必然现象。
  正如远方光电董事长潘建根指出,“我们做企业时时刻刻需要与时俱进不断创新,但是,创新不能否定自己拥有的好东西,相反我们要把这些好的沉淀的经验不断地去总结和发扬广大!”要尊重传统。“一分为二、合二为一”,以自主知识产权,中国芯+中国粉的跨界融合,强我中华。(作者单位:中国稀土行业协会光功能材料分会)

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