曹永革，1970年12月出生，工学博士，博士，研究员，课题组长，博士生导师。 中科院物理所研究员，松山湖材料实验室透明陶瓷团队负责人。曹永革教授是中科院“百人计划”获得者，广东省珠江计划创新团队带头人，2023年新增选为中国发明协会会士和欧洲自然科学院院士。曾主持完成国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目、863 项目、973 课题、国家重点研发计划课题等。研究领域为无机非金属光电信息功能材料，在Chem. Eng. J., J. Mater. Sci. Technol., ACS Sustainable Chem. Eng., J. Euro. Ceram. Soc., Adv. Opt. Mater., J. Mater. Chem. C, J. Am. Ceram. Soc., Appl. Phys. Lett., Opt. Lett., Phys. Rev. B等国际核心期刊发表论文近 200 篇，被引用 6300 余次，h 因子达42。授权专利 37 项（发明专利18项,美国专利1项），转让11 项。在激光透明陶瓷、荧光透明陶瓷半导体照明、激光白光照明、消费电子透明陶瓷等领域取得了一系列的原创性及部分国际领先性的成果，开发出4种新材料，成功实现了产业转化，获得显著经济效益。目前致力于特种功能陶瓷（光-热-电）、荧光转换材料、气凝胶材料、纳米晶/量子点等方向的基础与应用研究。
教育及工作经历：
1998 年6月毕业于北京科技大学材料学院，获博士学位，师从葛昌纯院士，研究氮化物先进陶瓷材料；
1998.6 -2000.5中国科学院物理研究所作博士后，合作导师为梁敬魁院士，从事熔盐法生长氮化镓自由体单晶生长工作；
2000.9-2004.3中国科学院物理研究所工作，任副研究员；
期间2001.9-2004.8公派到香港大学作博士后研究，从事分子束外延生长InGaN，邀请人为谢茂海教授及唐叔贤院士；
2001.9-2004.8在香港大学物理系表面物理及中科院国家重点联合实验室作博士后研究；
2004.9-2006.3在日本名古屋工业大学作COE特别研究员并进而受聘为研究副教授（Researcg Associate Professor），从事纳米材料和透明陶瓷研究工作；
2006.4-2006.8在西北工业大学材料学院任教授；
2006.9入选中科院百人计划，到中国科学院福建物质结构研究所任研究员、课题组长、先进材料研究中心主任、中科院海西研究院先进制造所副所长；
2008年6月通过中科院“❈❈❈❈引进海外杰出人才”择优支持；2012年获得中科院❈❈❈❈终期优秀。
2010.3到中国人民大学物理系任教授。
人才培养：
已培养博士后两名，博士生15名，硕士生12名。
学术兼职：
1、高性能陶瓷纤维教育部重点实验室（B类）第一届学术委员（2011.7-2016.6）。
2、福建省特种先进材料重点实验室第二届学术委员（2011.9-2016.8）。
3、国际核心期刊Materials Research Bulletin的Editorial Board Member。
4、《材料导报》编委。
5、福建省3D打印产业联盟专家。
6、科技部重大专项核心库专家。
研究方向：
主要从事光功能透明陶瓷研究：包括激光陶瓷、多谱段荧光陶瓷与玻璃陶瓷、超薄透镜透明陶瓷，高导热AlN和Si3N4陶瓷基板方面的研究，第三代半导体氮化镓单晶生长研究、显示用广色域荧光粉、用于3D打印的金属-陶瓷-合金原材料粉体的球化研究、光解水制氢研究，分子束外延生长半导体薄膜研究，LED/LD封装研究，激光激发白光照明与显示研究。
研究兴趣：
1. 光电功能材料：激光透明陶瓷、结构与功能陶瓷；光电晶体生长；
2. 半导体激光照明，超高功率LED照明；
3. 二维单晶薄膜生长与表面物理。
承担科研项目情况：
目前作为项目负责人，主要主持国家自然科学基金重大研究计划重点基金、科技部重大基础科学研究计划（973）纳米重大科学研究计划课题、xxx863课题、中科院重要方向性项目、中科院重大装备自主研制项目、中科院“百人计划”项目、中科院“璀璨计划行动”重大专项、福建省重大专项、中央在京高校重大成果转化项目、国家科技计划重点专项等二十余项项目。
主要仪器设备：
分子束外延生长（MBE）系统、多功能磁控溅射系统、超高真空陶瓷烧结系统、真空热压烧结炉、真空气氛烧结炉、冷等静压机、球化系统、半导体封装生产与测试线，等等。
研究成果：
申请及授权专利42项，已授权22项（发明专利12项），授权美国发明专利一项，作为通讯作者/第一作者/重要作者在J Am Ceram.， J. Euro. Ceram.，Appl. Phys. Lett., Opt. Lett. , Opt. Exp.，Phys. Rev. B等国际核心期刊发表论文140余篇，引用3100余篇次， 合著专著《固体无机化学基础及新材料的设计合成》（2012，高等教育出版社出版，研究生专业课教材）。 在激光透明陶瓷、半导体照明、激光激发白光照明、无苯流延氮化铝陶瓷基板、无衬底氮化镓体单晶生长、3D打印用粉体球化技术、广色域显示用荧光粉、无缺陷相关联GaInN量子点的MBE生长等领域取得了一系列的原创性及部分国际领先性的成果，成功实现了四项技术的产业转化。
1 LED室内照明用低成本高效率改进型MCOB封装材料及技术集成 曹永革;洪茂椿;兰国政;吴少凡;刘著光;邓种华;郭旺;李军廷;兰海;王充;黄集权;王方宇;林文雄;郑发鲲;何文铭;魏建德;申小飞;童庆峰 中国科学院福建物质结构研究所 2012
2 新型双折射晶体材料的探索 曹永革 中国科学院物理研究所 2009
国外发明专利：
[1]GaN based LED Epitaxial Structure and Method for Manucturing the Same，美国专利授权号：US9590138B2，2017年5月7日授权
国内发明专利：
[1]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 发光装置、载体[P]. CN211654852U,2020-10-09.
[2]曹永革,王充,宋鹤然,杨灿灿,曹智泉,曹智俊. 基于柔性传感器的数据手套[P]. CN211577847U,2020-09-25.
[3]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚. 一种紫外消毒杀菌装置、面罩及其制备方法[P]. CN111632184A,2020-09-08.
[4]曹永革,王充,宋鹤然,杨灿灿,曹智泉,曹智俊. 柔性传感器的封装结构[P]. CN211404482U,2020-09-01.
[5]曹永革,王充,宋鹤然,杨灿灿,曹智泉,曹智俊. 柔性传感器的封装体[P]. CN211401072U,2020-09-01.
[6]曹永革,王充,宋鹤然,曹智泉,曹智俊. 柔性传感器[P]. CN211401071U,2020-09-01.
[7]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚. 一种发光二极管及其制备方法[P]. CN111584472A,2020-08-25.
[8]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 透射式白光装置[P]. CN211176360U,2020-08-04.
[9]曹永革,申小飞,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. LD白光装置[P]. CN211182793U,2020-08-04.
[10]曹永革,申小飞,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 发光二极管封装结构[P]. CN211062742U,2020-07-21.
[11]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 一种LD发光装置[P]. CN211063045U,2020-07-21.
[12]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 白光激光器及投射式白光装置[P]. CN211063046U,2020-07-21.
[13]李军廷,曹永革,陈根富,张家豪,黄集权,杨儒,陶阳,詹友铭. 一种氧化钇基超高温绝缘陶瓷异形零件及其制备方法[P]. CN111269013A,2020-06-12.
[14]曹永革,申小飞,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. LD白光装置及其制备方法[P]. CN111276865A,2020-06-12.
[15]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 透射式白光装置[P]. CN111189003A,2020-05-22.
[16]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 载体、发光装置[P]. CN111180567A,2020-05-19.
[17]曹永革,申小飞,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 发光二极管封装结构及其制备方法[P]. CN111180568A,2020-05-19.
[18]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 一种LD发光装置及其制备方法[P]. CN111180994A,2020-05-19.
[19]申小飞,曹永革,李英魁,麻朝阳,文子诚,王恩哥,王充. 白光激光器及投射式白光装置[P]. CN111180996A,2020-05-19.
[20]曹永革,麻朝阳,唐飞,马冉,文子诚. 一种双层复合陶瓷及其制备方法与应用[P]. CN107586126B,2019-12-13.
[21]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光高清护眼台灯[P]. CN208703660U,2019-04-05.
[22]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光高清球泡灯[P]. CN208268821U,2018-12-21.
[23]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光贴片LED灯珠[P]. CN208240673U,2018-12-14.
[24]曹永革,申小飞. 一种荧光液体激光发光装置[P]. CN208138889U,2018-11-23.
[25]曹永革,申小飞. 一种液冷远程激发照明装置[P]. CN208107669U,2018-11-16.
[26]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光的CSP光源结构[P]. CN208111477U,2018-11-16.
[27]曹永革,申小飞,文子诚. 一种大功率LED探照无人机[P]. CN208070016U,2018-11-09.
[28]曹永革,申小飞. 一种液冷激光发光装置[P]. CN208074603U,2018-11-09.
[29]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光垂直结构LED封装[P]. CN208078017U,2018-11-09.
[30]曹永革,申小飞. 一种LED激发荧光液体发光装置[P]. CN207868228U,2018-09-14.
[31]曹永革,汪玉珍,龙嘉奇. 一种高性能铕、镝共掺铝酸锶长余辉荧光粉及其制备方法[P]. CN108504353A,2018-09-07.
[32]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光贴片LED灯珠及其制备方法[P]. CN108511430A,2018-09-07.
[33]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光的CSP光源结构及制备方法[P]. CN108447963A,2018-08-24.
[34]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光高清球泡灯及制作方法[P]. CN108397696A,2018-08-14.
[35]曹永革,申小飞,文子诚. 一种晶体发光高清护眼台灯及制作方法[P]. CN108397707A,2018-08-14.
[36]曹永革,申小飞. 贴片式LED支架[P]. CN304738703S,2018-07-20.
[37]曹永革,申小飞. 一种荧光液体激光发光装置及其制作方法[P]. CN108194846A,2018-06-22.
[38]曹永革,申小飞,文子诚. 一种大功率LED探照无人机及其制作方法[P]. CN108177776A,2018-06-19.
[39]曹永革,申小飞. 一种液冷激光发光装置及其制作方法[P]. CN108180403A,2018-06-19.
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[41]曹永革,麻朝阳,唐飞,马冉,文子诚. 一种双层复合陶瓷及其制备方法与应用[P]. CN107586126A,2018-01-16.
[42]曹永革,申小飞,麻朝阳. 光热电一体化LED捕鱼灯具[P]. CN206890218U,2018-01-16.
[43]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种照明灯具[P]. CN206755117U,2017-12-15.
[44]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种光热一体化LED照明灯具[P]. CN206582553U,2017-10-24.
[45]曹永革,麻朝阳,文子诚. 一种氮化铝陶瓷基板及其制备方法[P]. CN107188568A,2017-09-22.
[46]曹永革,申小飞,麻朝阳. 倒装LED车灯[P]. CN206460955U,2017-09-01.
[47]曹永革,赵翀,文子诚,麻朝阳. 一种利用射频等离子体技术制备球形化TC4钛合金粉末的方法[P]. CN107052353A,2017-08-18.
[48]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种光热电一体化LED捕鱼灯具[P]. CN106931360A,2017-07-07.
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[51]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种倒装LED车灯[P]. CN106783828A,2017-05-31.
[52]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种光热一体化LED照明灯具及其制备方法[P]. CN106678563A,2017-05-17.
[53]曹永革,申小飞,麻朝阳. 一种分立式盖板倒装LED白光发光装置[P]. CN206098390U,2017-04-12.
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[64]曹永革,夏泽强,申小飞,麻朝阳. 用于照明或显示的激光白光发光装置[P]. CN105826457A,2016-08-03.
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[67]曹永革,龙嘉奇,杜苗苗,袁轩一. 一种Na/Mn共掺的Sr4Al14O25红色荧光粉及其制备方法与应用[P]. CN105602556A,2016-05-25.
[68]叶尚辉,张杰钦,曹永革. 固态荧光体集成光源的双通道导热封装结构及封装方法[P]. CN105470246A,2016-04-06.
[69]叶尚辉,张杰钦,曹永革. 一种集成LED光源导热结构及其实现方法[P]. CN105428514A,2016-03-23.
[70]曹永革,刘著光,邓种华,郭旺,李军庭,陈剑,陈东川,兰海. 包含新型固态透明荧光材料的白光LED及其制备方法[P]. CN104818024A,2015-08-05.
[71]周有福,王坤,林文雄,曹永革. 热压模具及其制备多孔结构陶瓷方法[P]. CN104609862A,2015-05-13.
[72]曹永革,刘著光,邓种华,陈剑,李军廷,费斌杰,郭旺,唐飞,黄秋凤,袁轩一. GaN基LED外延结构及其制造方法[P]. CN104332539A,2015-02-04.
[73]曹永革,王文超,朱辰,唐飞,袁轩一,王方宇,麻朝阳. CaCu3Ti4O12体系多层陶瓷电容器及其制备方法[P]. CN104261817A,2015-01-07.
[74]曹永革,王文超,朱辰,唐飞,袁轩一,王方宇,麻朝阳. 多层YAG-Tm:YAG-YAG-Ho:YAG-YAG复合激光陶瓷及其制备方法与应用[P]. CN104261831A,2015-01-07.
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发表论文： （*为通信作者）
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[190] C.C.Ge, J.T.Li, Y.G.Cao
荣誉奖励：
1、2013年福建省第一届创新领军人才。
2、2013年中科院成果转化优秀个人奖。
3、2012年度科学中国人年度人物。
4、2010年福建省运盛青年基金获得者。
5、2008年中国科学院“引进海外杰出人才及百人计划”及2012年终期评估优秀获得者。
6、2006年教育部新世纪优秀人才。
7、1999年获北京市科技进步奖。
2013年03月11日
[导读]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;...
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。
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。
来源：科技日报报道
曹永革在实验室
进入新世纪以来, 新材料就被作为一个独立的领域成为国家“863”计划所支持的重大专项之一。随着高新技术的发展, 我国新材料产业如今已迈入由大变强的关键阶段, 在“十二五”时期, 实施新材料重大工程项目, 对高强轻型合金材料、功能膜材料、新型动力电池材料等进行重点支持就成了大势所趋。
在时代的洪流中, 中国科学院福建物质结构研究所先进材料研究中心主任、中科院海西研究院先进制造与技术集成研究所副所长曹永革研究员发挥多年来在先进陶瓷和半导体材料领域积累的优势, 为我国新材料产业的发展贡献着自己的力量。
定位:立志闯出中国的前沿
1995～1998年, 曹永革于北京科技大学材料学院攻读博士学位。根据他的兴趣, 导师葛昌纯院士帮他选定了先进结构陶瓷作为研究题目。毕业后, 他前往中科院物理所, 随梁敬魁院士进行博士后研究, 不仅在GaN透明陶瓷研究上有了进一步的探索, 还将探究方向拓展到半导体照明的关键材料上。两年中, 他所在的课题组首次在常压下利用熔盐法生长出了高质量氮化镓单晶。这种对LED衬底GaN单晶生长的成功摸索, 在当时是一种非常先进的方法。鉴于其出色表现, 2000年, 他晋为副研究员;2001年, 他被公派至香港大学, 随谢茂海教授和唐叔贤院士进行博士后研究, 圆了他长期以来“将衬底外延生长做成器件”的梦想, 在LED芯片InGaN薄膜生长上取得了进一步的成就;2004年起, 他又转向有着“世界陶瓷之都”称誉的日本名古屋, 先后在名古屋工业大学、日本精细陶瓷研究所工作, 深入研究透明陶瓷与LED陶瓷封装。至此, 在透明陶瓷和半导体照明领域, 曹永革熟稔了从芯片开发、核心材料研发、器件研制直到封装技术的整套流程, 为他日后的研究打下了深厚的基础。
陶瓷和半导体照明, 在曹永革心底扎下了根, 十数年来, 从未间断。“我有两个想法, 一是在包括核心的陶瓷材料等领域实现国产化;二是希望能够进一步做到国际领先。”对于这段辗转的求学和工作经历, 他这样说。
透过他的介绍, 笔者了解到, 陶瓷要实现像玻璃一样的“透明”, 是非常不易的。而激光陶瓷主要针对激光的性能, 诸如此类特殊的透明陶瓷, 比普通的透明陶瓷实现难度要更大。在陶瓷领域, 从“不透明”能够达到“透明”以及从“透明”到实现“高功率激光”是迈出了两个很大的台阶。因其具有成本低、周期短等一系列的优势, 激光透明陶瓷成为一个非常有发展前景的领域。国防上且不说, 仅民用上, 就有激光雕刻机、激光打磨机、激光切割、激光焊接等广泛的应用。“作为国际陶瓷研究水平最先进的国家, 日本早在1995年就实现了陶瓷的激光输出, 日本精细陶瓷研究所就是第一个报道该技术的单位。到目前为止, 日本的激光陶瓷制备水平依然遥遥领先于世界任何一个国家。而在这一领域, 我国可以说是一直在跟踪日本的技术。我们的很多工作, 都受到过日本的影响。”曹永革说道。在他心目中, 学习并不是终极目的, 他所想的, 更多是如何从既成的技术中脱胎出中国特色的先进, 在陶瓷领域如此, 在半导体材料领域也如此。“现在说起LED, 大家都听得很熟悉了。确实, 目前国内外在LED领域都做得热火朝天, 单国内就有三四千家LED公司。”曹永革入行的1998年, LED领域并非如此火爆, 国内甚至是惨淡经营。他没有被眼前的黯淡所蒙住, 集中精力从上游的芯片衬底单晶生长做起, 到InGaN芯片的外延薄膜生长以及芯片制备, 一路直行, 进入到中游的芯片封装和下游的应用。用他的话说, 在这个行业里, “一代材料一代器件一代技术”, 材料永远是最关键也是最基础的问题。他所做的是半导体材料产业领域整体水平的体现, 而从整个流程角度来进行钻研, 则是为了从国外那些大的专利限制中, 走出一条光明的道路来。
这种想法, 在最初的科研生涯中逐渐浮现并定型, 成为他的追求。也因此, 在2006年, 他选择了回国, 先后承担起中国科学院福建物质结构所课题组长, 先进材料研究中心主任, 中科院海西研究院先进制造技术研究所副所长等职, 在祖国揭开了透明激光陶瓷与半导体照明事业的新篇章。
曹永革 (中) 在成果对接会上
新篇:敢与国际争锋
激光透明陶瓷
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, 但材料和技术上的禁运迫使我国面临一个现状:唯有自主创新, 才能摆脱国外限制。
经过长期的积累, 曹永革深知我国激光透明陶瓷自主研制存在设备与工艺两大瓶颈, 而工艺上又存在三个难点:粉体, 成型, 烧结。激光透明陶瓷材料的烧结制备对高温高真空烧结设备的要求极为苛刻, 而我国高温高真空技术与国外相比, 差距在15年以上。2006年, 国内的设备尚无法满足高质量的大尺寸激光透明陶瓷研究, 于是, 曹永革回国后第一个需要突破的就是装备。基于多年来在超高温、超高真空、超高压三个领域的工作经验, 他整合国内外相关技术优势, 通过巧妙设计, 解决了超高温与超高真空之间互相矛盾的技术难题, 自主设计研制成功三代核心烧结系统——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。
从工艺上来讲, 即使到了2006年, 国际上依然在沿用日本2001年之前的陶瓷制备工艺。而且由于其没有新一代国际专利放出来, 国际上也无法应用到更新的工艺。旧瓶里装新酒, 显然不太容易, 要有新的突破必须摸索出新的工艺。经过一番探索, 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, 解决了限制激光透明陶瓷制备工艺中的第一个工艺难题;接着, 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, 对于提高陶瓷烧结致密度和陶瓷透过率起到了重要作用, 基本解决第二个工艺难题;而后, 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, 有效解决了激光透明陶瓷制备的第三个工艺难题。
在此基础上, 他们采用与日本和上海硅酸盐研究所潘裕栢课题组不同的技术路线, 于2011年2月制备出大尺寸激光透明陶瓷, 实现了单片1.2kW陶瓷激光功率输出, 使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, 显著缩短了与日本的差距。这套土生土长的工艺从原料开始, 一点一滴都源自自主创新, 这令他们吃了不少苦, 却又无比自豪, 如今, 其相关成果已申请专利或获得项目专家验收通过, 并赢得了用户的高度评价。
半导体照明
“我国已发明出整灯光效高于140lm/W的LED日光灯管并已实现产业化。”
2011年10月20日, 海峡两岸LED产业科技成果发布会上传来这样的声音。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、三安光电共同刷新, 其中, 海西研究院背后站立的就是曹永革研究员。
在福建省重大专项、中科院重要方向性项目的支持下, 利用自己在LED芯片与封装方面8年的国内外技术积累, 曹永革在中科院福建物构所开辟了LED半导体照明新的研究方向, 搭建了LED封装中试生产线研发平台。在国外研发基础上, 他率课题组将陶瓷技术优势与LED封装技术相结合, 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;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, 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。该技术转让到福建蒲田万邦光电有限公司, 2010年一年内已获得2亿元产值, 2011年由于欧债危机影响略有下降, 获得1.4亿元产值。
2012年6月, 曹永革团队在LED封装技术方面又取得了重大突破, 该团队使用特殊陶瓷COB封装技术采用普通LED芯片封装已实现光源252 lm/W的光效, 是目前国际上报道的最高数据, 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1/5, 引起了产业界的极大关注, 许多大型LED企业表示希望全面深入合作。由曹永革带队的半导体照明方向目前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, 使得中科院福建物质结构研究所和中科院海西研究院成为中科院LED封装领域的重要示范单位。
曹永革 (前排中) 与他的学生们
合作:众人拾柴火焰高
一花独秀不是春, 曹永革从不认为单凭一己之力能够绝对地完成这些工作。以他在超高真空高温烧结炉上的研究来说, 就曾汇集了国内一批优势单位的优秀工程师, 刻苦攻关两年, 方修成正果。从他身上, 我们感受到的是一个正能量的磁场, 拓展出一个优秀的团队。
由他担任主任的先进材料研究中心依托于中国科学院福建物质结构研究所, 是根据研究所发展战略目标和战略部署对原有学科布局进行凝炼和优化调整后成立的。中心成立以来, 逐渐形成了光功能陶瓷材料研究、半导体照明关键材料与技术研发两个关键研究方向, 明确要以先进材料的研发为核心, 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。
该中心立足于自主知识产权的创新, 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。迄今为止, 中心已拥有分子束外延生长系统, 多功能磁控溅射系统, 大型多弧离子镀膜系统, 大型磁控溅射系统, 自主研制的中、大型真空高温烧结系统, 气氛高温烧结系统, 气氛退火炉, 各种成型机以及其他配套系统和测试系统等。LED研发中心还具备全自动进口封装线一套和检测系统一套。同时, 由福建省信息产业厅授权, 该中心还建成了福建省LED技术研发与检测服务中心。
如今, 该中心拥有一支结构合理、创新能力强和专业水平高的研发队伍, 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。这些高素质的研究、开发和产业化人才, 将为推动我国先进材料领域的科技进步和产业发展, 争取有一批具有自主知识产权的研究成果得到应用, 并产生显著的经济和社会效益发挥重要的作用。
在先进材料研究中心发展的同时, 曹永革又有了新的发展任务。2010年5月, 中国科学院与福建省、福州市政府决定在福州高新区海西园共同建设中国科学院海西研究院。在筹建期内 (2010～2013年) , 海西研究院将设3个研究所和1个中心, 即海西材料技术与工程研究所、海西先进制造与集成研究所、海西动力研究所、海峡两岸科技合作交流中心。曹永革任先进制造技术与集成研究所副所长。这是一个备受各方瞩目的团队, 也是一个朝气蓬勃的团队。经由昨日的成功, 这个新的团队正蓄势待发, 信心百倍地走向更广阔的天地。
思考:清醒地走向未来
都说做科研的人, 长于思考勤于思考。对曹永革来说, 思考是他在滚滚红尘中保持清醒的一剂良方。
他认为, 对发展中国家来说, 创新是非常重要的, 重视创新也是当务之急, 但我国在原创性思想和高端技术上的现状并不乐观, 这就意味着应当更多地去考虑如何创新。“创新, 首先要根据自己的学科特点、专业基础和技术优势, 立足于国内需求去做国产化。这是最根本的, 只有脚踏实地地经过一定的积累后, 才可能做到国际领先。在高技术领域, 创新是个备受争议的词。通常, 一个高技术的集成是要几代人才能完成的, 不是一人或者一个课题组简简单单就能做到。所以, 我只能说我们要做有特色的工作, 在前沿的基础上尽量往前迈出一小步。”这种“实事求是、脚踏实地”, 经过岁月的磨砺, 已经发展为他人生的座右铭。尤其回国后, 无论在科研、文章、评估还是成果转化上, 曹永革都面临着很大的压力, 但无论压力多大, 他都不曾动过“走捷径”的念头。“拿以前的成果充当现在的成绩, 或许会缓解个人压力, 但对于整体事业和国家发展来说, 都不是好事。”有时, 他也会戏谑地说, “日本人的整体特点是严谨勤奋, 相较之下, 中国人的思维更为灵活, 如果能够结合一下, 一定能够做出突破性的成果。”
他清醒地意识到, 在先进材料领域, 我国同日本、美国的差距很大。究其原因, 一是由于我国的基金政策, 导致一些不得不做的短期成果和短期突破行为, 而公司对待研发也多是短线投资。这种现状表现在科研领域就要求我们的科研人员不断去更新所谓的国际前沿课题, 才有可能支撑下去, 但也造成了一个材料体系很难被做踏实做透彻。与此相反, 日本的研发主要集中在大的公司, 资金来源、重大成果、一流团队都集中于此。这样一来, 团队研究起重大问题来从不需要担心经费问题, 也不必顾虑时间, 可以极其系统和彻底地去做。再者, 国内各领域都非常关注SCI的影响因子, 甚至这个影响因子已经作为高校和科研院所的一个量化的评估标准。“这样下去, 可能会造成一堆高影响因子的‘材料垃圾’。或许这样说的比较刻薄, 但事实上很多老一辈科学家都认为‘不能用的材料多是废料’。材料领域不应该是以发文章来评介某个材料和相关科研成果的重要性, 而是一定要扎实地做系统, 落到实处, 不要永远流于探索, 也不要做表面文章, 材料能否实现应用, 才能真正看出其功力。”他说。
做有用的材料, 做材料的工程转化当然不容易, “像我们这个领域, 有一个说法是, 从实验室研发到中试再到工程化产业化是1:10:100的资金投入比例。所以, 从实验室产品做到转化产品, 投入是极其大的。可即使如此, 也要努力做下去。”可喜的是, 我国十分重视材料科学与科技转化, 尤其“十二五”期间, 政府已提出了重大科技政策变革, 要求“科技必须与经济相结合”、“科技要成为经济的支撑和引领”、“企业要成为科技创新的主体”, 比如“863”高技术领域已经开始要求以企业为主体申请重大项目, 更加注重材料的工程转化。务实的曹永革显然很高兴看到这种转变。
正如他多年来一直在做的那样, 要实现国产化, 乃至国际化, 就要突破技术瓶颈, 走出国际专利的包围和垄断。长年走在遍地专利雷区的LED领域, 曹永革一直小心翼翼。“从上游的芯片设计到中游的封装到下游的灯具设计, 每一个领域都有成百上千个专利在包围着你, 要想进入LED领域, 要想在市场上占有一席之地, 没有专利保护基本是不行的。”这不仅是他, 也是国内LED企业都需要面对的困难。为了在国际半导体照明产业中得到更好的发展, 福建省依托于先进制造技术与集成研究所, 成立了半导体照明产业技术联盟, 曹永革任第一届秘书长。“我们的LED要走出国门, 要解决很多问题, 首当其冲的就是在国际专利阵地战中, 如何对抗国外的专利诉讼。现在国际上各个大的LED公司都是在逼迫对方相互授权, 互相保护, 形成垄断。我们要做的也是如此, 既然不可能不使用他们的一些大专利, 那如果能做到让他们也不得不使用我们的一些专利, 那在相互授权之下, 我们也能在国际上得到进一步发展。所以说, 专利是个生命线, 是非常重要的, 没有专利保护, 成果转化很难实现。”
在他的“十二五”蓝图中, 其LED研究将继续扩大产业化, 在一定范围内将技术扩散, 提升产业水平, 以期在更多层面上突破国际专利壁垒, 推动我国尽早规模化进入普通照明领域, 在国际市场上具备竞争优势。
人物简介
曹永革, 1970年出生。中国科学院福建物质结构研究所研究员、课题组长, 中科院“百人计划”获得者, 物构所先进材料研究中心主任, 中科院海西研究院先进制造与技术集成研究所副所长, 福建省半导体照明产业技术联盟秘书长, 福建省特种先进材料重点实验室学术委员会委员, 中国人民大学教授。长期从事激光透明陶瓷和半导体材料研究, 主持及完成“863”重点基金、“973”课题、自然科学基金重大研究计划重点基金、福建省重大专项、中科院重大装备自主研制项目等二十余项国家、省部级重要项目, 发表论文120余篇, 引用1200多次。近五年来申请专利30项, 其中授权3项。
中国发明与专利 . 2012 (10) : 108-112
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