问题——关键材料长期受制于人,产业化“卡”在成本与稳定性。
力致发光材料可在摩擦、挤压等机械作用下直接发光,兼具无源、可视化、可集成等特点,适用于可穿戴传感、柔性电子、智能机器人触觉等前沿领域。
然而在较长一段时间里,高端产品和部分核心原料被国外厂商垄断,国内相关研究与应用依赖进口,价格高、供给不确定。
同时,国内自主探索的材料体系普遍存在重复性不足、稳定性不够、批量制备难等问题,导致实验室成果难以走向工程化与规模化。
原因——“配方—机理—工艺”三道关口交织,试错成本高、放大风险大。
材料研发早期常依赖大量试验筛选,体系复杂、变量众多,若缺少理论牵引,开发周期长、资源消耗大。
更关键的是,从小试到量产并非简单放大:力致发光材料对晶相、缺陷、颗粒尺寸等敏感,受力发光存在阈值与上限,工业破碎若过于“粗暴”,易损伤结构、造成发光性能衰减。
以烧结环节为例,原料在高温处理后因温度不均容易结块,若不能获得足够细腻且分散均匀的粉体,就难以与有机材料混合制成薄膜或涂层,直接影响终端产品的一致性与可靠性。
影响——国产化替代打开应用空间,带动新材料到终端的协同创新。
烟台先进材料与绿色制造山东省实验室实现力致发光材料10公斤规模化量产,意味着该材料从“能做出来”走向“能稳定做出来”。
据团队介绍,新材料在重复发光次数上可超过2万次,相关指标达到并部分超越国外同类产品。
更重要的是,新筛选的复合材料成本仅为国外同类材料的五分之一,为大规模应用提供了经济性基础。
对于智能服装、智能机器人等场景,力致发光材料若作为柔性“皮肤”或可视化传感层,可把接触、按压、摩擦等力学行为转化为直观光信号,实现无需额外供电的触觉反馈与状态监测,提升设备交互能力与安全性。
在更广阔的产业链上,关键材料的自主可控有助于降低供应链风险,推动可穿戴、柔性电子、生物检测等新兴赛道加快技术迭代。
对策——以理论模型牵引材料筛选,以工艺创新破解放大瓶颈。
面对试错成本高的问题,研发团队从基础理论入手,建立原创性物理机理模型,为材料体系筛选提供方向,减少盲目试验,提高研发效率。
在工程化环节,团队选择更大众化、成本更低的国产原材料,并通过工艺路线“另辟蹊径”弥补高纯原料带来的性能优势缺口。
针对烧结后结块、粉体难分散且传统破碎易损伤发光性能的难题,团队在反复调整原料配比与烧制工艺基础上,提出“自崩解法”:使烧结形成的粉体具备自崩解特性,投入水中可逐步解体为分散粉体,从而获得更适合与有机基体复合的细粉形态。
这一方法在不引入过度机械冲击的前提下,兼顾粉体可加工性与发光性能保持,为批量化制备提供了可复制的工艺路径。
前景——从10公斤到百公斤级,关键在标准化、良率与应用验证的协同推进。
团队预计未来两年将持续优化生产工艺,推动单批次百公斤级规模化制备。
业内人士认为,力致发光材料要实现更大范围落地,除扩大产能外,还需在产品一致性、寿命衰减机理、环境适应性(湿热、弯折、摩擦磨损等)方面建立更完备的评价体系,并与下游企业开展应用端验证,形成从材料、器件到系统的标准与接口。
同时,随着我国新材料产业链加速完善,地方科研平台与产业需求的深度耦合,将有助于把更多“实验室性能”转化为“产业化能力”,推动关键材料从单点突破走向体系化突破。
力致发光材料的国产化突破,充分体现了我国在新材料领域自主创新的能力和决心。
从基础理论研究到工艺创新,再到规模化生产,这一系列成就凝聚了科研人员的智慧和汗水,也得益于政府部门的大力支持。
这不仅打破了国外技术垄断,降低了产业成本,更为我国在可穿戴设备、人工智能等战略性新兴产业中的发展提供了重要的材料基础。
随着产业化进程的推进,力致发光材料必将在更多领域发挥重要作用,为我国新材料产业的高质量发展注入新的动力。