据外媒报道,受月球矿物学和古埃及化学的启发,俄勒冈州立大学(Oregon State University)研究人员开发出持久的洋红色颜料,可用作车辆和建筑物的节能涂料。
图片来源:俄勒冈州立大学
俄勒冈州立大学杰出化学教授Mas Subramanian和合作者已将相关论文发表于期刊《Chemistry of Materials.》。这种新型颜料以二价铬Cr2+为基础,并且是第一个将其用作发色团的颜料,其中发色团是分子的一部分,通过反射某些波长的光同时吸收其他波长来确定颜色。
俄勒冈州立大学理学院材料科学Milton Harris教授Subramanian表示:“迄今为止,还没有报道称地球上的矿物含有二价态铬。然而,对阿波罗任务收集的月球
二价铬具有与三价锰相同数量的不成对电子,三价锰是Subramanian团队15年前发现的YInMn蓝的发色团。Shepherd Color Company授权YInMn蓝用于各种涂料和塑料,甚至还启发了新的Crayola蜡笔颜色:Bluetiful。
当YInMn蓝被发现时,研究人员一直在试验可用于电子应用的新材料,并将氧化锰(黑色)与其他化学品混合,然后在熔炉中将其加热到近2,400华氏度。研究的其中一个样品呈亮蓝色,以组成元素钇、铟和锰命名为YInMn蓝。这是两个世纪以来第一个蓝色颜料的发现,在安全性、耐用性以及鲜艳度方面取得了巨大进步。
在这项新研究中,Subramanian、助理研究员Jun Li和研究生Anjali Verma正是受到埃及蓝中作为发色团的二价铜的启发,埃及蓝是世界上第一种已知的合成颜料,其历史可以追溯到5000多年前。
研究人员用二价铬取代了埃及蓝中的二价铜,从而产生了耐用的洋红色颜料。为了稳定地球上的二价铬,研究人员在从金属铬、三氧化铬和其他化学品开始合成过程中,在高真空下维持了近2,500华氏度的高温。
“当今使用的大多数洋红色颜料都是有机化学品,当暴露在紫外线和太阳热量下时,它们因为破坏有机化学键而出现稳定性问题,”Subramanian表示。“无机洋红色颜料很罕见,大多数都需要大量的钴盐,这对人类和环境都有害。”
作者指出,俄勒冈州立大学研究人员开发的洋红色颜料由于制备温度高而具有热和化学惰性,并且在暴露于酸和碱时结构和光学上保持不变。
此外,与含钴颜料不同,铬基洋红色颜料能够高度反射来自太阳的热量,这意味着它们具有冷却特性,可以为汽车和结构节省能源。
“大多数颜料都是偶然发现的,”Subramanian表示。“原因是,材料颜色的来源不仅取决于化学成分,还取决于晶体结构中原子的复杂排列。因此,必须先在实验室中制造材料,然后彻底研究其晶体结构以解释颜色。”
Subramanian补充说,尽管量子力学理论和计算方法最近取得了进展,但预测能够产生所需颜色的浓烈无机颜料的晶体结构仍然难以实现。“我们第一次很幸运地获得了YInMn蓝,现在我们正在提出一些基本的化学和晶体结构设计原理,以合理地创造新的颜料。”
Subramanian表示:“确定产生鲜艳色彩所需的关键结构成分应该可以缩短颜料发现之间的时间。科学并不总是遵循规定的路径,但我们正在探索在各种无机化合物晶体结构的不同配位环境中以二价铬作为发色团的颜料。”