中国科学家研发新型稀土环保颜料，打破重金属“魔咒”

中国科学家研发新型稀土环保颜料 打破重金属束缚

在我们的日常生活中，鲜艳的色彩无处不在——从孩子手中的玩具到商品的精美包装，这些斑斓的视觉体验背后，却可能隐藏着不容忽视的健康风险。传统工业颜料为了保持色彩的持久与亮丽，往往依赖铅、镉、汞等重金属成分，长期接触可能对人体神经系统、造血功能及肾脏造成潜在伤害。

如今，这一困扰全球颜料行业的难题迎来了革命性的解决方案。近日，大连民族大学董斌教授科研团队成功研发出新一代环保型稀土颜料，该技术不仅彻底摒弃了有毒重金属的使用，更在色彩表现、稳定性和生产成本上实现多重突破。

传统颜料的困境

长期以来，传统无机颜料行业面临着一个两难困境：鲜艳稳定的色彩往往与重金属毒性相伴。即便采用包覆等改良技术，仍难以完全杜绝重金属在特定条件下的析出风险，对生产者和消费者都构成潜在威胁，可能通过接触、吸入或误食进入人体。尤其是红铅矿、朱砂、铬黄等鲜艳色系颜料，其制备和使用过程都会持续释放有毒元素，给健康和环境带来潜在风险。

“我们在整理稀土应用文献时发现，黄—红系高饱和度颜料几乎都依赖重金属化合物，这类窄带隙材料毒性高且稳定性不足。”团队核心成员罗昔贤回忆道，“寻找新的低毒高艳着色材料成为亟待解决的行业难题。”

稀土技术的独特优势

一次偶然的实验观察，为团队提供了突破口。在研究稀土离子的光学特性时，他们发现某些稀土离子的跃迁具有独特的宽吸收特性，这一特性与颜料显色原理高度契合。考虑到我国稀土资源丰富，团队萌生了一个大胆想法：用稀土离子研发新型环保颜料，以实现低毒高艳。

“稀土离子不仅可以显色，而且避免了重金属的毒性问题，这为研发环保颜料提供了技术可行性。”罗昔贤说。基于这一思路，团队选择了“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，实现绿、黄、橙、红四大色系的高饱和度呈色。同时，这些颜料具备耐高温、抗老化、色牢度强等综合性能，性能全面优于传统无机颜料。

千次实验铸就技术突破

研发过程中，团队面临诸多挑战，包括稀土离子光学行为的精准调控、色系饱和度优化以及科研设备限制等。团队7名核心成员根据专业特长分为测试分析、结果归纳、设备维护等专项小组，形成高效协作机制。

“硅铝酸盐作为宽带隙基质环保、成本低，但掺杂稀土后的晶格占位和能级跃迁规律难以把握。”罗昔贤介绍，为了攻克这一难题，团队在实验室里进行了数千次材料筛选和参数优化，通过调整晶体场强度、增强共价性等方法，解决了材料在不同辐照环境下呈色不稳定的问题。

在成本控制方面，团队同样实现了突破。硅铝酸盐储量丰富、价格低廉，而所需稀土离子多为市场需求小的元素，整体生产成本远低于现有高端环保颜料。董斌表示：“规模化生产结合材料低成本优势，使我们有信心将售价降低60%以上。”

引领颜料行业绿色转型

中国科学院院士徐红星评价此项研究“突破了传统颜料的技术局限，在解决毒性问题的同时，实现了性能与成本的双重优化，将引领颜料行业的技术革新”。

目前，该团队已实现四大色系颜料的稳定制备，并与大连金普新区达成合作意向，计划建立年产500吨的试验生产线。董斌教授表示，下一步研发将向两个方向拓展：一是实现全色系覆盖，满足多元化需求；二是拓展应用场景，从建筑涂料、工业漆料到日用消费品，推动“无毒替代”在更广泛领域的落地。

与此同时，团队还在探索稀土材料在医疗成像等高科技领域的应用可能，展现了这项基础研究的广阔前景。

随着新型稀土环保颜料逐步走向产业化，我们有望迎来一个全新的色彩时代——在这个时代里，绚丽的色彩不再以牺牲健康和环境为代价，科技的进步真正服务于人民对美好生活的向往，让每一抹鲜艳都承载着安全与健康的承诺。