Живите червени и жълти нюанси, които покриват някои детски играчки и опаковки на храни, отдавна прикриват една тревожна реалност – зависимостта от токсични тежки метали. Изследователи от Североизточен Китай казват, че може да са намерили рентабилен начин за елиминиране на тези опасности, като се възползват от изобилните запаси от редки земни елементи в страната.
Изследователски екип, ръководен от Dong Bin, професор в университета Dalian Minzu, разработи ново поколение екологични пигменти, направени от редкоземни елементи – често наричани „промишлени витамини“. Пигментите са проектирани да бъдат по-безопасни, по-трайни и значително по-евтини от съществуващите алтернативи от висок клас.
От десетилетия производителите разчитат на неорганични пигменти, съдържащи олово, живак и кадмий. Докато тези метали произвеждат ярки, стабилни цветове, те представляват сериозни рискове за здравето. Дори когато са покрити за намаляване на експозицията, тежките метали могат да се отделят при екстремна топлина или когато са изложени на силни киселини – включително стомашна киселина, ако дете случайно погълне играчка. Известно е, че продължителното излагане уврежда нервната система и бъбреците, както и нарушава способността на тялото да произвежда кръв.
Пробивът дойде, когато изследователите осъзнаха, че редкоземните йони абсорбират и отразяват светлината по начини, подобни на традиционните високоефективни пигменти. Превръщането на тази представа в използваем продукт се оказа предизвикателство. Редкоземните йони взаимодействат силно със светлината, но също така са силно чувствителни. Сами по себе си те често произвеждат слаби цветове, които се променят в зависимост от условията на осветление, което ги прави неподходящи за бои, пластмаси или потребителски стоки.
За да стабилизира цветовете, екипът се нуждаеше от подходящ материал за хост. Те избраха силикоалуминат, който е изобилен, но има много сложна вътрешна структура. Изследователят Luo Xixian каза, че е трудно да се предвиди къде ще се установи редкоземен йон в тази структура. Ако йонът заема грешна позиция, цветът ще бъде изкривен. Екипът коригира околната химическа среда, за да позволи на йоните да се движат ефективно между енергийните нива, произвеждайки дълбоки, наситени нюанси.
Тъй като поведението на редкоземните йони в кристалите е трудно за моделиране, екипът разчита на обширни експерименти, а не на компютърни симулации. В продължение на няколко години изследователите проведоха над 1000 целеви експеримента, тествайки хиляди комбинации от материали.
Процесът им позволи да преодолеят присъщата нестабилност на редкоземните йони и да произведат пигменти, които поддържат постоянен цвят при различни условия на осветление. За разлика от много съществуващи алтернативи, новите пигменти са устойчиви на топлина и стареене. Те не избледняват при продължително излагане на слънчева светлина и не се разграждат при високотемпературна промишлена обработка.
Издръжливостта е съчетана с ценово предимство. Чрез използването на изобилие от минерали и редкоземни елементи, които в момента са с ниско търсене на пазара, екипът изчислява, че пигментите могат да бъдат на цена с около 60 процента по-ниска от сравнимите екологични продукти от висок клас. Изследователите вече са постигнали пигменти с висока наситеност в четири основни цветови системи: зелено, жълто, оранжево и червено.
Значително е мястото на изследването. Докато редкоземните метали се използват широко в електрически превозни средства, вятърни турбини и смартфони, новите пигменти представляват стъпка към прилагането на усъвършенствана технология за материали за ежедневни потребителски стоки, включително играчки и предмети за бита.
Екипът е подписал предварително споразумение за изграждане на пилотна производствена линия от 500 метрични тона в новата зона Jinpu на провинция Liaoning. Изследователите продължават да работят за разширяване на цветовата гама с цел замяна на токсичните пигменти в потребителските продукти.
Според Донг целта е нетоксичните материали да бъдат изборът по подразбиране за ежедневна употреба.
Тиен Руикси допринесе за тази история.
Свържете се с авторите на [email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта