作为现代信息科学技术的重要组成部分,光电子技术近年来获得迅猛发展。
光电功能材料是光电子技术领域的重要基础,包括单晶材料、陶瓷材料、纳米材料、薄膜材料等,利用它们的光电敏感特性,实现光电信号的发生、转换、传输和处理。
在世界主要工业发达国家的中长期科技发展规划中,光电功能材料研究一直被列为重点发展的新材料技术领域。
本团队项目受宁波市科技局资助,起止时间为2010年1月到2015年12月。
本创新团队的核心研究内容为光电功能材料的合成制备、结构性能研究及应用,处于固体化学、凝聚态物理学、材料科学的交叉领域,旨在发展新型光电功能材料的规模化可控化学合成方法和制备技术,揭示材料发光、压电、铁电、热光等性能的本质,结合不同应用目标,发展以这些光电功能材料为基础的器件制造技术。
新型功能材料是发展一系列高新技术不可或缺的基础。
对功能材料的组成、电子结构、晶体结构及其尺寸效应等进行有效调控是实现功能材料性能设计的基础。
本创新团队设立了三个研究方向:(1)功能玻璃材料及器件;(2)功能晶体材料及器件;(3)纳米材料与薄膜及器件。
以功能材料的结构调控(包括不同层次的结构,如化学结构、晶体结构、电子结构、纳米结构等)与光电响应机理为主题,从理论设计上、物理上和化学上对功能薄膜材料的结构进行调控,并通过深入系统的理论研究和制备方法的探索,揭示功能材料结构与性能间关系的物理本质,为功能材料的高性能化和实用化提供理论和实验基础。
本团队取得的成果如下:在特种玻璃材料及器件方向;研发了硫系玻璃的制备工艺技术,制备了大尺寸高质量的硫系玻璃样品,最大口径达到 140 mm,形成了规模生产能力;部分产品提供给美国Lightpath、德国Schott公司、昆明北方红外等公司,成为国内高校中唯一能批量提供系列产品的单位。
并进一步与地方企业-余姚舜宇集团开展合作,在国内率先实现非球面的硫系玻璃透镜的模压技术,为降低硫系玻璃的制备成本提供了技术保障。
与国内最大红外企业-云南北方驰宏光电有限公司(原昆明北方红外技术股份有限公司)合作开展硫系玻璃透镜设计、镜片镀膜、红外热像设备研发工作。
所研制的红外热像仪部分进入了军工和民用产品。
80mm口径的红外热像仪已作为样机提供给美国波音公司。
目前在该研究方向上已获得了2014年度国家技术发明奖二等奖、2012年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖、浙江省科技进步一等奖、2011年度宁波市科学技术奖一等奖。
在本项目带动下,云南北方驰宏光电股份有限公司开发的KIRO-A温度自适应红外硫系镜头获得了国家重点新产品称号。
本项目的应用推广,使得合作企业宁波舜宇红外技术有限公司和云南北方驰宏光电股份有限公司成为国际上知名的红外硫系玻璃及镜头的生产企业。
本项目打破了国外红外硫系玻璃制备技术的封锁,并降低了传统红外热像仪镜头对锗稀有资源的巨大消耗,从而推动了我国红外镜头或红外光学行业产品的升级换代,且大大推动了国内民用和军用市场红外夜视仪产业的发展,带动了国内在红外材料制造业、红外光学镀膜业、红外超精细加工业、红外镜头设计制造业、红外镜头装配检测技术等行业的发展,从而有效提升了我国红外光学产品在国际市场中的竞争力,为国防现代化和国民经济做出贡献。
在功能晶体及器件研究方向已在钨酸镉单晶和铌酸盐系列弛豫铁电单晶材料制备技术上获得了技术突破,2012成功生长出3英寸直径大尺寸PIMNT单晶,这是迄今国内研发机构所制备的最大尺寸弛豫铁电单晶。
为了推进新型弛豫铁电单晶材料在超声探测成像技术领域的实际应用,在闪烁发光材料-钨酸镉单晶的研究方面,本团队密切结合该单晶材料物理化学的基础研究,开展了钨酸镉晶体制备技术的攻关。
围绕钨酸镉单晶的材料物理化学的基础研究,本团队研究了在软X射线辐照条件下钨酸镉单晶的色心形成与辐照损伤机理,探讨了多种金属离子掺杂与色心形成的关系,研究掺杂离子与点缺陷对色心形成的复合作用;
开展纯钨酸镉晶体和掺杂钨酸镉晶体的辐照光谱学研究,分析晶体辐照损伤与杂质浓度的关系,探寻辐照损伤与氧空位、Cd, W 缺位和填隙的关系,研究单晶材料辐照损伤的恢复动力学特征;
分析多种金属离子掺杂对钨酸镉晶体辐照损伤的影响,为探索适当掺杂离子以改善单晶的抗辐照损伤性能的技术途径提供依据。
迄今本研究团队协同北京滨松公司成功实现了大尺寸钨酸镉单晶材料的规模化生产,所生产用于射线探测器的系列规格单晶阵列和晶片产品已批量销往国内外多家公司,特别是产品销往我国最大的安检设备制造企业--清华同方威视技术股份有限公司,为我国安检设备制造业所需钨酸镉闪烁单晶材料替代进口提供了技术支撑。
2013年以来基于本研究团队技术成果已经实现钨酸镉单晶材料产品销售额3000余万元,经过今后三至四年的技术推广应用,基于该技术预期将形成年产值达到5000万元以上的材料产业规模,且以较高利润率和持续市场需求而实现良好经济效益。