长期以来,高端力致发光材料被国外企业垄断,国内研究严重依赖进口原料,不仅成本高昂,而且自主开发的材料普遍存在重复性和稳定性不足的问题,成为制约产业化发展的关键瓶颈。
这一状况在新材料产业竞争日趋激烈的背景下,已成为影响我国战略性基础产业发展的重要制约因素。
力致发光材料是一种特殊功能材料,具有受力即可发光的独特性质。
与传统发光材料需要通电才能工作不同,这种材料仅需施加摩擦力就能产生光线,无需外部电源供应。
这一特性使其在新一代可穿戴设备、人工电子皮肤、生物力学检测等领域具有广泛的应用潜力。
例如,将其应用于智能服装和智能机器人,可以赋予机器人类似人类皮肤的触觉感知能力,实时感知表面接触的力学行为。
为了打破国外技术垄断,山东省市区各级政府先后投入超过14亿元,打造烟台先进材料与绿色制造山东省实验室,建立起从基础研究、技术突破到产业应用的完整创新链条。
研究团队面临的首要任务是寻找成本低廉、易于获取的国产原材料替代进口产品。
传统的力致发光材料开发采用试错法,需要大范围尝试各种材料体系,消耗大量人力物力,开发周期极长。
为突破这一瓶颈,研究团队决定从基础理论入手,建立了原创性的物理机理模型,为材料研发提供了科学指导。
通过该模型,研究人员能够有针对性地筛选材料体系,进而制备出高性能的力致发光材料。
新筛选的复合材料成本仅为国外同类产品的五分之一,大幅降低了生产成本。
然而,从实验室成果到规模化生产的转化过程中,研究团队遭遇了更大的技术挑战。
在实际应用中,只有细腻的粉末才能便于与其他有机材料混合制成薄膜和图层。
但原材料经过1000度高温烧制后,由于温度分布不均,容易结成硬块,难以均匀散开。
更为棘手的是,工业破碎方法通常采用暴力机械破碎,这会导致力致发光材料丧失大部分发光性能,因为该材料对应力极为敏感,存在应力发光的阈值上限。
面对这一难题,研究团队创新性地提出了"自崩解法"工艺。
通过调整原材料配比和烧制工艺参数,烧结出具有自崩解特性的粉体,使结块的材料能够在水中自动解体,转化为分散的细粉。
这一创新方法既保护了材料的发光性能,又实现了粉体的均匀分散,为规模化生产奠定了基础。
2025年5月,烟台先进材料与绿色制造山东省实验室率先实现了10公斤规模化量产,标志着该材料从实验室走向产业化的重要突破。
经过测试,国产力致发光材料的重复发光次数超过2万次,性能指标已超越国外同类产品。
这一成就不仅打破了国外技术垄断,更为我国新材料产业的自主创新树立了典范。
研究团队表示,未来两年内,通过持续优化生产工艺,预计能达到每批次百公斤级的生产规模,为大规模产业化应用做好准备。
与此同时,研究团队还在拓展材料的应用范围。
山东大学材料科学与工程学院的研究人员正在将发光波段从可见光向紫外波段拓展,这将为海上营救、海上搜救等民用领域开辟新的应用空间。
力致发光材料的国产化突破,不仅展现了我国在新材料领域从跟跑到并跑的技术跨越,更揭示了"基础理论创新引领工艺革新"的科研范式。
在全球新材料产业竞争加剧的背景下,这一成果为我国战略性产业的发展提供了重要启示:只有打通"理论—技术—产业"的全链条创新,才能在关键领域实现真正意义上的自主可控。
未来,随着材料性能的持续优化和应用场景的拓展,这项"会发光的中国创造"或将照亮更多高端制造的新可能。