色彩鮮艷的玩具、印刷精美的包裝……這些我們日常接觸的物品，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)調控”重點專項項目首席科學家、國家高層次人才計劃科技創(chuàng)新領軍人才、大連民族大學教授董斌團隊成功研發(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。
傳統無機顏料雖顏色穩(wěn)定，卻難以擺脫“有毒”的缺陷。即便采用包覆技術，仍難以完全杜絕重金屬在特定環(huán)境下溶出，進而通過接觸、吸入或誤食進入人體，侵蝕神經、造血系統和腎臟。面對這一全球性難題，董斌團隊立足我國稀土資源優(yōu)勢，另辟蹊徑選擇“寬帶隙基質+稀土摻雜”的技術路線，通過精準調控稀土離子的光學行為，實現了綠、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、色牢度強等綜合性能。
稀土研究者的環(huán)保初心
“我們團隊原本是做稀土基礎研究的，與顏料研發(fā)看似毫不相干?！眻F隊核心成員羅昔賢回憶說。彼時，團隊在整理稀土應用文獻時發(fā)現，傳統無機顏料行業(yè)正面臨一個難以調和的矛盾：大多數鮮艷的黃—紅系顏料都依賴重金屬化合物。這些物質雖著色效果優(yōu)異，卻具有強毒性和蓄積性。
“紅鉛礦、朱砂、鉻黃這些傳統顏料，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，讓團隊看到了突破的希望?！拔覀冊谘芯肯⊥岭x子光學特性時發(fā)現，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。
“既然稀土離子能實現顯色，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。
千次實驗鑄就技術突破
項目啟動之初，團隊面臨著技術瓶頸難突破、相關科研設備無法保障等多重挑戰(zhàn)。7名核心成員根據專業(yè)特長，分為了測試分析、結果歸納、設備維護等專項小組，形成了高效協同的工作機制。
研發(fā)過程中，團隊面臨的最大挑戰(zhàn)，在于稀土離子光學行為的精準調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酸鹽材料結構變化豐富，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，團隊需要在成千上萬種材料組合中篩選合適的寬帶隙基質。之后，他們再通過調整晶體場強度、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，團隊在實驗室里度過了無數個不眠之夜。“僅稀土離子與基質材料的匹配實驗，我們就做了上千次?！绷_昔賢說。
在成本控制方面，團隊同樣實現了突破。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。“這些材料的低成本特性，加上規(guī)模化生產帶來的邊際效益，讓我們有信心將售價較現有高端環(huán)保顏料降低60%以上?！倍笳f。
中國科學院院士徐紅星評價：“新型稀土環(huán)保顏料的呈色策略突破了傳統顏料的局限，其出現及量產不僅解決了傳統顏料有毒性、環(huán)境污染等問題，還在穩(wěn)定性和生產成本上展現出顯著優(yōu)勢，將引領下一代顏料技術?！?/p>
在團隊成員看來，新型環(huán)保顏料的普及將推動整個顏料行業(yè)的技術變革，促使更多企業(yè)轉向綠色生產，推動環(huán)?？萍寂c實體經濟深度融合。
目前，團隊已經實現了綠、黃、橙、紅四大色系顏料的穩(wěn)定產出，并與大連金普新區(qū)達成初步合作意向，通過校地合作建立500噸級試驗生產線，實現量產?！跋乱徊?，我們計劃實現全色系覆蓋。在應用性方面，將從建筑外墻、跑道、陶瓷、汽車涂料等與民生密切相關的領域切入，讓‘無毒替代’走進普通消費品領域?！倍笸嘎叮瑘F隊還在探索稀土在X光檢測等醫(yī)療領域的應用研究，努力解決更多技術難題。（科技日報記者 張 蘊 通訊員 田芮溪）
（責任編輯：蔡文斌）
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