北京
色彩鲜艳的玩具、印刷精美的包装……这些我们日常接触的物品，虽然看起来赏心悦目，但其中一些工业颜料为了保持颜色持久鲜亮，可能会含有少量铅、镉、汞等重金属。如果长期大量接触，可能会对健康带来一定影响。
我国科学家的一项成果，将攻克这一行业难题。日前，国家重点研发计划“物态调控”重点专项项目首席科学家、国家高层次人才计划科技创新领军人才、大连民族大学教授董斌团队成功研发出全新一代环保颜料，它完全不含有毒重金属，却拥有更绚丽的色彩和更低的成本。
传统无机颜料虽颜色稳定，却难以摆脱“有毒”的缺陷。即便采用包覆技术，仍难以完全杜绝重金属在特定环境下溶出，进而通过接触、吸入或误食进入人体，侵蚀神经、造血系统和肾脏。面对这一全球性难题，董斌团队立足我国稀土资源优势，另辟蹊径选择“宽带隙基质+稀土掺杂”的技术路线，通过精准调控稀土离子的光学行为，实现了绿、黄、橙、红四大色系的高饱和度呈色。它不仅颜色“能打”，更具备耐高温、抗老化、色牢度强等综合性能。
稀土研究者的环保初心
“我们团队原本是做稀土基础研究的，与颜料研发看似毫不相干。”团队核心成员罗昔贤回忆说。彼时，团队在整理稀土应用文献时发现，传统无机颜料行业正面临一个难以调和的矛盾：大多数鲜艳的黄—红系颜料都依赖重金属化合物。这些物质虽着色效果优异，却具有强毒性和蓄积性。
“红铅矿、朱砂、铬黄这些传统颜料，在制备和使用过程中会持续释放有毒元素。”罗昔贤解释道，这些窄带隙材料存在毒性高、稳定性不足等固有缺陷，且种类极为稀少，寻找新的低毒高艳着色材料成为行业难题。
一次偶然的实验观察，让团队看到了突破的希望。“我们在研究稀土离子光学特性时发现，某些稀土离子的跃迁具有独特的宽吸收特性，这与颜料的显色原理高度契合。”罗昔贤说，我国是稀土资源大国，拥有丰富的稀土储备，为研发低成本环保颜料提供了得天独厚的资源基础。
“既然稀土离子能实现显色，又能避开重金属毒性，为什么不试试用稀土研发新型颜料？”这一想法让这支科研团队正式踏上了环保颜料的研发之路。
千次实验铸就技术突破
项目启动之初，团队面临着技术瓶颈难突破、相关科研设备无法保障等多重挑战。7名核心成员根据专业特长，分为了测试分析、结果归纳、设备维护等专项小组，形成了高效协同的工作机制。
研发过程中，团队面临的最大挑战，在于稀土离子光学行为的精准调控与色系饱和度的高效优化。硅铝酸盐在制备和使用过程中对环境友好，符合理想着色颜料要求。“硅铝酸盐材料结构变化丰富，稀土离子掺杂后的晶格占位、能级跃迁规律难以把握。”罗昔贤介绍，团队需要在成千上万种材料组合中筛选合适的宽带隙基质。之后，他们再通过调整晶体场强度、增加共价性，以此解决材料因吸光能力弱、辐射跃迁干扰导致呈色性随不同辐照环境波动大，不能直接作为着色颜料使用的固有缺陷。为了攻克这一难题，团队在实验室里度过了无数个不眠之夜。“仅稀土离子与基质材料的匹配实验，我们就做了上千次。”罗昔贤说。
在成本控制方面，团队同样实现了突破。硅铝酸盐是地壳中储量最丰富的矿物之一，来源广泛且价格低廉。生产该颜料所需的稀土离子多为市场需求较小的元素，成本优势明显。“这些材料的低成本特性，加上规模化生产带来的边际效益，让我们有信心将售价较现有高端环保颜料降低60%以上。”董斌说。
中国科学院院士徐红星评价：“新型稀土环保颜料的呈色策略突破了传统颜料的局限，其出现及量产不仅解决了传统颜料有毒性、环境污染等问题，还在稳定性和生产成本上展现出显著优势，将引领下一代颜料技术。”
在团队成员看来，新型环保颜料的普及将推动整个颜料行业的技术变革，促使更多企业转向绿色生产，推动环保科技与实体经济深度融合。
目前，团队已经实现了绿、黄、橙、红四大色系颜料的稳定产出，并与大连金普新区达成初步合作意向，通过校地合作建立500吨级试验生产线，实现量产。“下一步，我们计划实现全色系覆盖。在应用性方面，将从建筑外墙、跑道、陶瓷、汽车涂料等与民生密切相关的领域切入，让‘无毒替代’走进普通消费品领域。”董斌透露，团队还在探索稀土在X光检测等医疗领域的应用研究，努力解决更多技术难题。
（科技日报）
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