环保又耐造稀土 “变” 出环保新颜料

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<article><section data-type="rtext">科技日报记者 张蕴 通讯员 田芮溪近日，在天津某权威检测机构的实验室里，一份检测报告静静躺在案头。报告显示，一款全新研发的环保颜料不含铅、汞、镉等任何有毒重金属，其色彩饱和度、耐高温性和抗老化能力均优于传统产品。更令人瞩目的是，这款产品大规模量产后的售价将比现有高端环保颜料降低60%以上，甚至低于部分含重金属的传统颜料。这不是实验室里的空想，而是国家重点研发计划首席科学家、国家高层次人才计划科技创新领军人才、大连民族大学董斌教授团队历经五年攻关取得的科研突破。这项以“宽带隙基质+稀土掺杂”为核心的技术创新，不仅破解了全球工业颜料行业的难题，更凭借我国稀土资源优势，开辟了“环保与经济兼得”的产业新路径。12月16日，记者走进大连民族大学，探访稀土研发新型颜料的创新密码。缘起：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。”项目核心成员罗昔贤教授的将时间回忆拉回到2020年。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着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。
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 “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，通过呼吸、接触等途径进入人体，侵蚀神经系统、造血系统和肾脏。”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，发现新的窄带隙着色颜料异常困难，寻找新的低毒高艳着色材料成为行业世界性难题。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f→d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？”这个大胆的想法，让这支科研团队正式踏上了环保颜料的研发之路。攻关：千次实验铸就技术突破“科研从来没有捷径，尤其是在全新的技术路线上摸索。”罗昔贤坦言，项目启动之初，团队面临着技术瓶颈、设备保障等多重挑战。7名核心成员根据专业特长，划分了测试分析、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，最大的挑战来自稀土离子光学行为调控和色系饱和度优化。“硅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。”罗昔贤回忆，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，再通过调整晶体场强度、增加共价性，以此解决因吸光能力弱、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。”罗昔贤表示。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；而选用的稀土离子多为市场需求下降的元素，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降低60%以上。”团队负责人董斌表示，这意味着环保颜料将不再是高端市场的“奢侈品”，而是能走进普通消费品的“日用品”。展望：引领下一代颜料技术革命“科研不仅要出成果，更要育新人。”在项目研发过程中，团队始终坚持“以研育人”，让学生在攻关一线锤炼本领。材料与化工领域研究生小崔就是其中的受益者，她在项目中负责颜料的基础制备、纯度测试和光谱表征工作。<img data-alt="" src="//img.huanqiucdn.cn/dp/api/files/imageDir/a3c10097bca794a0c3dd42fd87674478.bmp?imageView2/2/w/1260" />“刚开始做高温固相法合成实验时，经常因为温度控制不当导致产品颜色偏差。”小崔回忆，参与项目研究的过程中，她学会了通过多变量条件优化实验设计，逐步掌握了温度、时间、掺杂比例对产物结构与颜色的影响规律。“经过上百次实验，我不仅熟练掌握了光谱分析技术，还培养了系统性思维和问题解决能力。”罗昔贤认为，“理论学习与科研实践的深度融合，是培养创新人才的关键。”他以颜料呈色机理为例，当学生理解“颜料颜色是其互补色的视觉呈现”这一理论后，便引导他们通过反射光谱测量和色坐标计算，将抽象理论转化为精准调控颜色的实践能力。这种“从理论到实践、再从实践到理论”的闭环培养模式，让学生实现了能力的螺旋式上升。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。”对此，团队深知责任重大：“这一评价是肯定，更是鞭策。我们的技术不仅解决了行业痛点，更开辟了新的发展方向。”在他们看来，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。“科研成果不能只停留在论文里，要真正走进市场、惠及民生。”这是团队始终坚守的理念。目前，团队已经实现了绿、黄、橙、红四大色系的稳定产出，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吨级实验生产线，实现量产。团队的科研愿景不止于此。“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“卡脖子”技术难题。从实验室里的上千次实验，到即将投产的500吨实验线；从稀土资源的创新应用，到环保颜料的民生普及，这款承载着科研工作者初心与担当的新型环保颜料，正从实验室走向生产线，从技术突破走向民生应用。（大连民族大学供图）</section></article>

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