色彩鮮艷的玩具、印刷精美的包裝……這些我們?nèi)粘＝佑|的物品，雖然看起來賞心悅目，但其中一些工業(yè)顏料為了保持顏色持久鮮亮，可能會含有少量鉛、鎘、汞等重金屬。如果長期大量接觸，可能會對健康帶來一定影響。
我國科學(xué)家的一項成果，將攻克這一行業(yè)難題。日前，國家重點研發(fā)計劃“物態(tài)調(diào)控”重點專項項目首席科學(xué)家、國家高層次人才計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、大連民族大學(xué)教授董斌團(tuán)隊成功研發(fā)出全新一代環(huán)保顏料，它完全不含有毒重金屬，卻擁有更絢麗的色彩和更低的成本。
傳統(tǒng)無機(jī)顏料雖顏色穩(wěn)定，卻難以擺脫“有毒”的缺陷。即便采用包覆技術(shù)，仍難以完全杜絕重金屬在特定環(huán)境下溶出，進(jìn)而通過接觸、吸入或誤食進(jìn)入人體，侵蝕神經(jīng)、造血系統(tǒng)和腎臟。面對這一全球性難題，董斌團(tuán)隊立足我國稀土資源優(yōu)勢，另辟蹊徑選擇“寬帶隙基質(zhì)+稀土摻雜”的技術(shù)路線，通過精準(zhǔn)調(diào)控稀土離子的光學(xué)行為，實現(xiàn)了綠、黃、橙、紅四大色系的高飽和度呈色。它不僅顏色“能打”，更具備耐高溫、抗老化、色牢度強(qiáng)等綜合性能。
稀土研究者的環(huán)保初心
“我們團(tuán)隊原本是做稀土基礎(chǔ)研究的，與顏料研發(fā)看似毫不相干?！眻F(tuán)隊核心成員羅昔賢回憶說。彼時，團(tuán)隊在整理稀土應(yīng)用文獻(xiàn)時發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)無機(jī)顏料行業(yè)正面臨一個難以調(diào)和的矛盾：大多數(shù)鮮艷的黃—紅系顏料都依賴重金屬化合物。這些物質(zhì)雖著色效果優(yōu)異，卻具有強(qiáng)毒性和蓄積性。
“紅鉛礦、朱砂、鉻黃這些傳統(tǒng)顏料，在制備和使用過程中會持續(xù)釋放有毒元素?！绷_昔賢解釋道，這些窄帶隙材料存在毒性高、穩(wěn)定性不足等固有缺陷，且種類極為稀少，尋找新的低毒高艷著色材料成為行業(yè)難題。
一次偶然的實驗觀察，讓團(tuán)隊看到了突破的希望?！拔覀冊谘芯肯⊥岭x子光學(xué)特性時發(fā)現(xiàn)，某些稀土離子的躍遷具有獨特的寬吸收特性，這與顏料的顯色原理高度契合?！绷_昔賢說，我國是稀土資源大國，擁有豐富的稀土儲備，為研發(fā)低成本環(huán)保顏料提供了得天獨厚的資源基礎(chǔ)。
“既然稀土離子能實現(xiàn)顯色，又能避開重金屬毒性，為什么不試試用稀土研發(fā)新型顏料？”這一想法讓這支科研團(tuán)隊正式踏上了環(huán)保顏料的研發(fā)之路。
千次實驗鑄就技術(shù)突破
項目啟動之初，團(tuán)隊面臨著技術(shù)瓶頸難突破、相關(guān)科研設(shè)備無法保障等多重挑戰(zhàn)。7名核心成員根據(jù)專業(yè)特長，分為了測試分析、結(jié)果歸納、設(shè)備維護(hù)等專項小組，形成了高效協(xié)同的工作機(jī)制。
研發(fā)過程中，團(tuán)隊面臨的最大挑戰(zhàn)，在于稀土離子光學(xué)行為的精準(zhǔn)調(diào)控與色系飽和度的高效優(yōu)化。硅鋁酸鹽在制備和使用過程中對環(huán)境友好，符合理想著色顏料要求?！肮桎X酸鹽材料結(jié)構(gòu)變化豐富，稀土離子摻雜后的晶格占位、能級躍遷規(guī)律難以把握?！绷_昔賢介紹，團(tuán)隊需要在成千上萬種材料組合中篩選合適的寬帶隙基質(zhì)。之后，他們再通過調(diào)整晶體場強(qiáng)度、增加共價性，以此解決材料因吸光能力弱、輻射躍遷干擾導(dǎo)致呈色性隨不同輻照環(huán)境波動大，不能直接作為著色顏料使用的固有缺陷。為了攻克這一難題，團(tuán)隊在實驗室里度過了無數(shù)個不眠之夜?！皟H稀土離子與基質(zhì)材料的匹配實驗，我們就做了上千次。”羅昔賢說。
在成本控制方面，團(tuán)隊同樣實現(xiàn)了突破。硅鋁酸鹽是地殼中儲量最豐富的礦物之一，來源廣泛且價格低廉。生產(chǎn)該顏料所需的稀土離子多為市場需求較小的元素，成本優(yōu)勢明顯?！斑@些材料的低成本特性，加上規(guī)?；a(chǎn)帶來的邊際效益，讓我們有信心將售價較現(xiàn)有高端環(huán)保顏料降低60%以上?！倍笳f。
中國科學(xué)院院士徐紅星評價：“新型稀土環(huán)保顏料的呈色策略突破了傳統(tǒng)顏料的局限，其出現(xiàn)及量產(chǎn)不僅解決了傳統(tǒng)顏料有毒性、環(huán)境污染等問題，還在穩(wěn)定性和生產(chǎn)成本上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，將引領(lǐng)下一代顏料技術(shù)。”
在團(tuán)隊成員看來，新型環(huán)保顏料的普及將推動整個顏料行業(yè)的技術(shù)變革，促使更多企業(yè)轉(zhuǎn)向綠色生產(chǎn)，推動環(huán)保科技與實體經(jīng)濟(jì)深度融合。
目前，團(tuán)隊已經(jīng)實現(xiàn)了綠、黃、橙、紅四大色系顏料的穩(wěn)定產(chǎn)出，并與大連金普新區(qū)達(dá)成初步合作意向，通過校地合作建立500噸級試驗生產(chǎn)線，實現(xiàn)量產(chǎn)?！跋乱徊?，我們計劃實現(xiàn)全色系覆蓋。在應(yīng)用性方面，將從建筑外墻、跑道、陶瓷、汽車涂料等與民生密切相關(guān)的領(lǐng)域切入，讓‘無毒替代’走進(jìn)普通消費品領(lǐng)域?！倍笸嘎?，團(tuán)隊還在探索稀土在X光檢測等醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用研究，努力解決更多技術(shù)難題。（科技日報記者 張 蘊 通訊員 田芮溪）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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