我國稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
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發(fā)光是人們最早認識并加以應(yīng)用稀土元素的特性。長期以來，奇妙的稀土發(fā)光性能吸引著一批探索者在科學的道路不停跋涉。稀土發(fā)光材料成為稀土最為重要的應(yīng)用之一。中國是稀土資源大國，擁有發(fā)展稀土發(fā)光材料得天獨厚的條件。經(jīng)過幾十年的努力，以燈用稀土熒光粉、LED燈用熒光粉及其高效稀土節(jié)能光源為代表，我國的稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)漸成規(guī)�！，F(xiàn)在，中國是世界稀土熒光燈及燈粉的主要產(chǎn)地，稀土熒光粉產(chǎn)能達2.5萬噸/年，全球70%～80%的緊湊型稀土節(jié)能燈產(chǎn)自中國，并銷往美國、西歐、日本、韓國、澳大利亞、印度等國家和地區(qū)。
然而，近兩年，我國稀土發(fā)光材料生產(chǎn)進入了低迷期，不僅市場萎縮，一些企業(yè)也漸生退意。從2011年下半年起，我國燈用稀土三基色熒光粉產(chǎn)銷量波動加劇，生產(chǎn)和應(yīng)用市場進入低潮，至今仍呈現(xiàn)下降趨勢。分析產(chǎn)業(yè)發(fā)展的陰晴變化，業(yè)內(nèi)專家指出，目前稀土發(fā)光材料應(yīng)用減少，是受照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代影響。不過隨著傳統(tǒng)熒光燈產(chǎn)品的開發(fā)拓展，新興LED照明的研發(fā)完善，稀土發(fā)光材料在照明領(lǐng)域的地位將得到加強和穩(wěn)固。專家認為，當今時代，綠色經(jīng)濟大行其道。無論從稀土資源的開發(fā)利用看，還是從節(jié)能環(huán)保的社會要求看，稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)都應(yīng)該大有作為。為此，專家呼吁：依托資源，加強創(chuàng)新，穩(wěn)定市場、形成上下游協(xié)調(diào)發(fā)展的管理機制，齊心推進稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，共筑中國稀土的“光之夢”。
那么，在未來，稀土發(fā)光材料應(yīng)該如何發(fā)展呢?
一、加強稀土熒光粉生產(chǎn)和應(yīng)用，破解產(chǎn)業(yè)源頭制約
無論是稀土熒光燈制造還是LED燈制造，都離不開稀土熒光粉。加強稀土熒光粉的生產(chǎn)應(yīng)用，是發(fā)展稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵所在。隨著社會發(fā)展要求的提高和照明產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進步，國產(chǎn)稀土熒光粉在品質(zhì)、性能、應(yīng)用等方面疲態(tài)顯露，已不能滿足市場需要。因此，發(fā)展稀土發(fā)光材料產(chǎn)業(yè)，必須重視源頭，解決好稀土熒光粉品質(zhì)改善、品種開發(fā)、應(yīng)用拓展等問題。源頭活力涌動，下游才能生機勃勃。
抓好稀土熒光粉的前處理，提高稀土熒光粉品質(zhì)。無須諱言，當前，稀土熒光粉前處理工序生產(chǎn)不規(guī)范，導(dǎo)致熒光粉質(zhì)量無法保證，進而限制了稀土熒光粉的深入應(yīng)用。由于品種少、質(zhì)量差，下游企業(yè)在開發(fā)新品、提高檔次往往找不到適用原料。因此，必須規(guī)范稀土熒光粉體的前處理技術(shù)工藝路線，強化稀土熒光粉前驅(qū)體標準化管理，用專業(yè)化規(guī)模化生產(chǎn)，克服熒光粉一致性及熱穩(wěn)定性差等問題。在關(guān)注質(zhì)量因素的同時，還要注意新技術(shù)的應(yīng)用。要研發(fā)稀土氧化釔銪共沉淀、鑭鈰鋱共沉淀、鋁基、磷基共沉淀等新T藝，提高稀土氧化物及非稀土氧化物、復(fù)合氧化物等前驅(qū)體質(zhì)量，滿足各類稀土熒光粉生產(chǎn)所需。
隨著照明燈具品種款式呈現(xiàn)多樣化趨勢，原有的燈用稀土三基色熒光粉已無法滿足下游需要。要讓稀土熒光粉品質(zhì)更好，種類更多，應(yīng)用更廣，就必須創(chuàng)新稀土熒光粉品種及應(yīng)用。這里需要解決幾個全局性的問題：第一、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、傳統(tǒng)光源器具卜現(xiàn)代光源器具、科學技術(shù)和人文藝術(shù)的相容問題，拓展稀土熒光粉研發(fā)空間，使得稀土熒光粉契合市場需要和審美時尚，以擴大稀土熒光粉的市場;第二、借助稀土熒光粉窄帶光譜的純度、效率及寬帶光譜的舒適度、補色作用，搞清楚粉體與顆粒的關(guān)系，將熒光體的“發(fā)光光譜拉寬、顆粒級配變窄”，在粉體晶型晶貌完整的前提下，生長球型熒光晶體提高稀土熒光粉的發(fā)光質(zhì)量和二次特性，提高熒光粉發(fā)光效率，方便稀土熒光粉的應(yīng)用;第三、針對不同燈種、不同結(jié)構(gòu)、不同光電特性要求配置不同理化特性的熒光粉體，促進更多更好的品種形成，使熒光粉用途各異，多姿多彩，擴大適用范圍。
節(jié)能環(huán)保是關(guān)系稀土熒光粉發(fā)展前途的另一個因素。要維護保持稀土熒光粉“綠色”形象，就要在生產(chǎn)過程減少用量、優(yōu)化利用�？赏ㄟ^磷酸鹽體系的綠色、藍色燈用稀土熒光粉的研發(fā)，解決超長直管形熒光燈的色差問題，進而減少用粉量;可以通過加強白光LED用藍光和紫外激發(fā)的黃色、紅色、綠色、橙色、藍色及氮化物熒光粉的開發(fā)，有效解決粉體的熱猝滅問題，使白光LED的光色、顯色性、光效、壽命達到有機統(tǒng)一，在光電技術(shù)指標和產(chǎn)品一致性的基礎(chǔ)上，提高燈粉利用效率，并為回收利用創(chuàng)造條件。
稀土的光電性能神奇，跳出顯示照明的老思維，稀土熒光粉的應(yīng)用潛力就能得到挖掘，應(yīng)用領(lǐng)域變寬。這方面已有成功先例。浙江晨輝光寶光技有限公司開發(fā)出了T8高光效、高顯色的全光譜熒光燈、紫外熒光燈、保健燈水族燈、植物生長燈，用于促進植物生長和醫(yī)療保健，為稀土熒光粉家族增添了功能性燈用稀土熒光粉新品種。此外，將紅色、橙色、藍色等特征譜線的燈用稀土熒光粉用于FL、CFL、CCFL、EEFL、LVD、HID、LED、OLED特種照明光源器具，也非常具有市場前景。稀土應(yīng)用領(lǐng)域的縱深拉寬，可有效解決稀土熒光粉總體用量不足的問題。
二、利用稀土性能，發(fā)展生態(tài)光源
中國稀土發(fā)光材料之所以能夠歷經(jīng)艱險卻頑強據(jù)守在照明市場前沿，就得益于綠色照明理念。無論是稀土熒光燈還是LED燈都是熒光燈，其光源都為節(jié)能生態(tài)光源。這也就是稀土發(fā)光材料備受追捧的原因所在�，F(xiàn)在國內(nèi)照明企業(yè)依托稀土資源，在節(jié)能生態(tài)光源研發(fā)方向取得了重大進展。
陶瓷金屬鹵化物燈集高壓鈉燈的發(fā)光效率高和石英金屬鹵化物燈的光色、顯色指數(shù)高優(yōu)勢為一身，被譽為“二十一世紀的環(huán)保節(jié)能光源”。他的電弧管由透明的稀土多晶氧化鋁陶瓷構(gòu)成，摻入了稀土與非稀土金屬鹵化物、汞，以及惰性氣體(氬、氪或氙)。由稀土鈰鎢合金、稀土釔鎢合金制成具有耐高溫、高發(fā)射電子能力及頂端自動削尖功能的鈰鎢電極、釔鎢電極取代含放射性的釷鎢電極，有利于環(huán)保。它不僅光效高、光色和顯色性好、色漂移小、結(jié)構(gòu)緊湊，體積僅是同功率石英金屬鹵化物燈的一半，光效95～110lm/W，顯色指數(shù)Ra可達90～98，而高壓鈉燈Ra僅30，除發(fā)光效率和透霧性不及高壓鈉燈，在視物的分辨率、清晰度、明度、可見度、舒適度方面遠遠優(yōu)于高壓鈉燈，從光環(huán)境整體評價，光的利用率是高壓鈉燈的4～8倍，一支150W的金屬鹵化物燈的照明效果相當于一支700W左右高壓鈉燈的照明效果。據(jù)悉，陶瓷金屬鹵化燈的光效比石英金屬鹵燈高20%，壽命提高了33%，節(jié)電29%。
過去受技術(shù)專利限制，我國大部分的陶瓷管材料依賴于進口，尤其一體化陶瓷管外方拒絕供貨和專利問題制約了我國一體化陶瓷金屬鹵化物燈的發(fā)展。沈陽玻璃研究院、中國科學院上海硅酸鹽研究所、廣東潮州三環(huán)有限公司、廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司等單位首先對透明陶瓷管進行研究開發(fā)，并取得了一定的成效。通過摻入稀土元素、氧化釔提高陶瓷金鹵燈電弧管的熱振性和管壁耐壓強度，解決了鹵酸鹽液體的析出，影響發(fā)光特性、光效、光色、顯色指數(shù)、光通維持率和壽命、發(fā)光質(zhì)量的問題，同時解決了燈功率、環(huán)境溫度和燃點位置變化所引起的色漂移問題;通過提高的氣體壓力和管壁負載，使所有的鹽處于氣態(tài)，而不會吸附在電弧管管壁的不飽和陶瓷金鹵燈燃點過程中，光電參數(shù)優(yōu)越，色溫4000K，光效可達90lm/W以上，顯色指數(shù)Ra98，色坐標可保持穩(wěn)定狀態(tài)的燃點時間超越17000h。
中科院上海硅酸鹽研究所采用先進的擠壓成型和共燃結(jié)工藝開發(fā)了“五件套”、“三件套”半透明氧化鋁陶瓷管，又采用灌漿注射中空橢球形及球形兩端帶尾管的多晶透明氧化鋁陶瓷管的精密成型和燒結(jié)工藝技術(shù)成功制備了摻入稀土氧化物的多晶一體化陶瓷管。目前，廣晟集團中科—天一電光源公司，從稀土陶瓷電弧管—封裝制燈—燈具(電子鎮(zhèn)流器)，從材料—器體—整燈—燈具系列化，實現(xiàn)陶瓷金屬鹵化物燈產(chǎn)業(yè)化。
稀土節(jié)能燈
三、完善白光LED，尋求稀土發(fā)光材料新支點
白光LED光源是綠色環(huán)保節(jié)能光源，目前主要采用InGaN超高亮度藍色芯片和光轉(zhuǎn)換效率高的稀土黃色、紅色熒光粉的組合產(chǎn)生復(fù)合白光，被視為先進技術(shù)、綠色照明的代名詞，即將成為未來照明和顯示市場的主角。眾所周知，作為制造原料，LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開稀土。所以，推動白光LED更快更好地發(fā)展，完善白光LED，能夠為稀土發(fā)光材料提供更新的、更大的市場空間。
其實白光LED也存在一些不足，但它會通過優(yōu)化改良，延續(xù)自己的發(fā)展生命力。近年來，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)進步，在白光LED的開發(fā)上取得累累成果。例如，研發(fā)成功氮化鎵基板，解決了白光LED光熱轉(zhuǎn)換問題，提高了發(fā)光效率、顯色指數(shù)、壽命、安全可靠性，改善了光色。上海力茲照明電氣有限公司研發(fā)出高可靠性、恒流、恒壓、恒功率、低諧波、低紋波、無傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的、三次諧波和EMC均達標的高功率因數(shù)電子驅(qū)動器、智能化無線調(diào)光、調(diào)色溫驅(qū)動器、白光LED整燈熱管理分析系統(tǒng)。四川新力光源股份有限公司以稀土發(fā)光材料的余輝時間與光電子數(shù)控同步匹配技術(shù)降低AC高壓白光LED的頻閃波動深度，為滿足一體化LED燈及智能LED燈具的市場需要，解決照明用功率型白光LED模塊化綜合集成的創(chuàng)新技術(shù)瓶頸和性價比問題，是當前十分緊迫的任務(wù)和攻關(guān)重點……目前白光LED的芯片、熒光粉、封裝、點膠、熱管理、光學配光、電子驅(qū)動器、燈具結(jié)構(gòu)、模塊化和智能化調(diào)光調(diào)色控制等技術(shù)已經(jīng)取到了全面突破。而一批具有有技術(shù)含量高、性能品質(zhì)好的白光LED產(chǎn)品也因此進入市場，如上海鼎輝科技股份有限公司和上海德士電器有限公司創(chuàng)新開發(fā)了320°的翅形球面發(fā)光COB封裝金屬支架直接與熱枕連接的新型透氣散熱結(jié)構(gòu)的低色溫14W白光LED球泡燈。光通量1200Lm，光效85Lm/W，顯色指數(shù)Ra85，可取代原100W白熾燈。
在白光LED研發(fā)生產(chǎn)中，稀土發(fā)光材料功不可沒。如稀土有機熒光染料、稀土配合物的研發(fā)，有助于有機熒光材料和無極熒光材料的相融問題解決，完美體現(xiàn)了稀土發(fā)光材料低能耗、高量子效率特點，白光LED發(fā)光效率和光的質(zhì)量由此獲提高;摻稀土氮化鋁陶瓷基板、稀土陶瓷高熱導(dǎo)率散熱材料、高熱導(dǎo)率稀土鋁合金、稀土鋁鎂合金、稀土銅鋁鎂合金散熱器、高效導(dǎo)熱納米膠等的出現(xiàn)，既解決了熱管理問題，又減輕了一體化白光LED燈泡型燈具和大功率白光LED路燈的重量，提高了抗氧化性能、摻稀土光學透鏡的應(yīng)用，又減少了可見光傳輸和配光中的損耗……眾多相關(guān)稀土技術(shù)、材料、器件的參與，幫助白光LED跳出了傳統(tǒng)LED局限，適應(yīng)了消費需要和時代步伐，從而加快了白光LED市場推進步伐。
受益于原料支持和技術(shù)突破，近幾年，我國白光LED呈現(xiàn)強勢發(fā)展勢頭。2013年我國白光LED燈具出口名列前茅的有以下企業(yè)：上海強凌電子有限公司、上海宜美電子可以有限公司、立達信綠色照明股份有限公司、廈門陽光恩耐照明有限公司、廈門海萊照明有限公司、福建萬邦光電科技有限公司等，出口總金額近50.8億美元，同比整長200%。其中出口到美國占比超過16%。2014年6月，在廣州舉辦的中國廣州國際照明展上，白光LED照明燈具占到整個展區(qū)展示產(chǎn)品的80%以上。
白光LED照明產(chǎn)品在光空間的應(yīng)用，僅僅是初級階段，而發(fā)展的白光LED照明燈具速度越來越快，據(jù)悉目前每三個月就有新款式新花樣新產(chǎn)品的出現(xiàn)。隨著不斷深入、實踐、認知、提高、感悟和判斷、評估白光LED照明的利和弊，一概而論是違背科學，阻礙發(fā)展的，實事求是是我們政治和經(jīng)濟工作的制勝法寶。在世界范圍內(nèi)，白光LED方興未艾，中國稀土發(fā)光材料任重而道遠，但我們深信不疑白光LED照明產(chǎn)業(yè)的春天必定到來。
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