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價值 10 億美元的現代煉金術:色彩即生命,要比“法拉利紅”更完美
發布時間:2019-10-09        瀏覽次數:26        返回列表
 編者按:現代計算機可以展現1680萬種顏色。每種顏色都是由RGB三個發光點分別用不同的強度的光纖組合而成的。可是在現實世界里,要想要到鮮艷、穩定、安全、耐久的顏色就困難多了。因為不同的顏料需要不同的化合物,而研究這些需要運氣和孜孜不倦的探索。俄勒岡州立大學材料科學教授Subramanian及其同事在一次意外發現之后已經找到了彩虹顏色中的6種,也許這個世界上還從來都沒有一種真正安全穩定的鮮紅色顏料就要在這里取得突破了。《彭博新聞周刊》報道了近兩個世紀以來第一種新藍色顏料的發現故事。

在顏料研究的無名世界里,Mas Subramanian是最大的明星。他朝著那堆含有七彩虹顏色的大口罐瞄了一眼。他已經拿到了OYGBIV,除了一種。“我們已經更接近了,”他大聲地說道。他的手指向了一罐像辣椒粉一樣飽滿的紅棕色粉末。那顏色很迷人,但不是他想要的那種。

Subramanian是俄勒岡州立大學的一名材料科學教授,就像他的很多同事一樣,在對奇怪而又挑剔的顏色領域長達9年的探索當中,他已經對一種一度被認為是沒有技術含量的化學反應給迷住了。他的名聲源自2009年他的意外創造,一種新顏料,一種能夠將顏色賦予另一種材料的物質。YInMn藍是一種由釔、氧化銦與錳組成的混合物——這些元素周期表的元素湊到一起就能組成某種獨特的東西。YInMn是200多年來發現的第一種藍色顏料。

令顏料業感到興奮的不僅是這種藍色的獨特性,還在于這種顏料能夠生成的其他色調。Subramanian很快意識到,通過增加銅,他就能做出一種綠。加入鐵,他就得到了橙。加入鋅和鈦,就得到了一種柔和的紫色。

眼睛掃過散布在工作臺上的這些創造物,他皺起了眉頭,說:“其他顏色我們都做出來了,但我們還沒沒有發現紅色。”

Subramanian在他的實驗室。YInMn是他職業生涯中的第57項專利。

這個世界缺少一種完美的紅色。一直都是。目前我們只是用有毒或粗劣的替換物勉強應付。角斗士臉上抹的是含汞的朱砂。提香作畫用的是一種含有砒霜的礦物,叫做雄黃。英國軍隊的紅衣是用碾碎的胭脂蟲浸泡的。在好幾十年的時間里,紅色的樂高積木都含有鎘,這是一種致癌物質。

今天自然與合成的紅色顏料數量超過了200種,但每一種都有安全、穩定、染色性及/或不透明等問題。比方說顏料紅254,又名法拉利紅,既安全又流行,但卻是碳基的,遇到雨或者熱容易會褪色。哈佛施特勞斯保護技術研究中心(Harvard’s Straus Center for Conservation & Technical Studies)主任,福布斯顏料收藏庫(Forbes Pigment Collection)館長Narayan Khandekar說:“如果我們坐在太陽底下的話,對我們是不好的。對于大多數有機系統來說也是一樣的道理。”有一種紅色倒是很穩定,無毒,且永不褪色:那就是氧化鐵,或者赭紅色,那種在舊石器時代洞穴壁畫中發現的粘土質赤鐵。可是Khandekar說:“它的顏色沒有大家想要的那種明亮”。

一種新的顏料每年可以創造數億美元的收入,影響著從塑料到化妝品乃至于汽車和建筑等產品類別。商業化最成功的藍色,酞菁,在眼影、發膠甚至英國鐵路的機車上都能看到。Subramanian的藍色似乎很出色,但這并不意味著它就能讓他變得富有。作為一項科學追求起步的YInMn此后要面對包括批準、生產以及上市在內的一系列挑戰。

與此同時,科學家角色勝過首席執行官的Subramanian現在還在尋求通過YInMn制作出類似安全、無機的紅色——如果成功,這種顏料有望將估計年價值約3億美元的法拉利紅拋在身后。Shepherd Color公司的營銷經理Mark Ryan說誰要是找到這樣一種紅色的話“第二天就不用再去上班了。”

聽到Ryan夸口的回報后,Subramanian笑了笑,他說:“我還得去工作。我熱愛我的工作。”

現年64歲的Subramanian身材不高還有點小肚子,一把黑色的胡子順著嘴巴兩邊卷曲。在印度東南沿海城市金奈長大的他對物體的構成很著迷,常常會仔細查看被沖刷到岸上的那些好看的貝殼,然后問自己:“自然是怎么造出這些東西來的呢?”不久之后他開始好奇這些貝殼是怎么長出各自的顏色的。

從技術上來講,顏色是當光線被物體的原子構成折射、散射或者反射時產生的一種視覺效應。現代計算機可以展示其中的1680萬種,這已經遠遠超出了人能分辨或者打印機能打印出來的顏色數量。要想把數字化或想象中的顏色變成有形的東西就需要顏料。(輔助公司制訂品牌或產品顏色戰略的)Pantone Color Institute的副總裁Laurie Pressman說:“是,你有了這種極好的藍色,不過且慢,我能不能在天鵝絨、絲綢、棉花、人造纖維或者銅版紙造出這種顏色呢?”

她繼續補充道:“這不僅是顏色。它還是顏色的化學成分。還有,那種成分能不能在我要應用的材料上實現呢?”

新出爐的這種藍色是那么的有光澤、那么的迷人,以至于仿佛就像是天外之物

這一限制制約了可供服裝業、建筑業、技術業等行業使用的顏料池規模。光是二氧化鈦這一種就占到了全球顏料產出的2/3;價值約達132億美元的二氧化鈦是交通線、牙刷以及抹粉甜甜圈等亮白色的顏料。在歷史上如果要做出其他顏色往往意味著要吸收危險的無機元素或者化合物,比如鉛、鈷甚至氰化物等。近年來,健康和環境監管大力推進更加溫和的有機顏料,這導致了研究人員發現了大量的黑色、黃色和綠色顏料。藍色是個不同的故事。

YInMn藍粉

Subramanian進入顏料傳奇編年史完全是誤打誤撞,一開始他并沒有想著要尋找某種顏料或者設想能夠制作獨特顏色的混合物。他和他的合作研究人員搞的是電子學,尤其是多鐵性,一種具備電、磁偏極化的材料,因為這種材料對計算很有用。灰白色的釔,黑色的氧化銦,膽汁黃的錳。Subramanian 的一位博士生Andrew Smith把它們研磨成了灰色,將混合物放到了一個小碟子,然后放到熔爐加熱到2200華氏度。12個小時之后,一種深深的、有活力且令人陶醉的藍色新鮮出爐。它是那么的有光澤、那么的迷人,以至于仿佛就像是天外之物——就像成熟的進行草莓,干凈、光潔,并且鮮艷通透。

看到它的Subramanian問道:“到底發生了什么?”

Smith說:“我完全是按照你告訴我的去做的啊!”

“你確定做對了嗎?”

“是的。”

“那我們再試一次。”

Subramanian對這次發現稍微清楚一點東西。在印度理工學院拿到化學博士學位之后,他在杜邦花了30年的時間研究固態材料化學,基本上把任何不是液體的東西的構成都研究了一遍。他的名下有54項專利,大部分涉及到超導體、溫差電材料以及其他關心電子學的一小撮化學家才感興趣的神秘之物。那些都不是彩色的。但Subramanian知道其中出了什么問題。

他給加州大學圣巴巴拉分校的一些同事打電話:“你們得親眼看看這個否則無法相信。”但他們對他的這種工作之外的癡迷并不感興趣。

不同濃度的錳導致不同的飽和度和密度的顏色。

他回憶道:“我一輩子都沒見過像這樣的顏色。我曾經制作過那么多的氧化物。超導體一直都是黑色、棕色或者有時候是黃色的。但我從來沒做過像這樣的。”這就好像是他用西紅柿和洋蔥雜交出了一個哈密瓜一樣。“我總是在擔心,這是真的嗎?我是不是在做夢?”

藍色是自然界最豐富的色調之一,但已被證明人類很難手工制作出來。當雇埃及人試圖符合深藍色那種深邃的海洋色調來裝飾陵墓和藝術品時,結果得到的卻是某種更像藍綠色的東西。在文藝復興期間,深藍色甚至比黃金還要昂貴,因為取色所用的天青石要從遙遠的阿富汗挖掘而來。(但米開朗基羅還是把一些深藍色刷到了西斯廷教堂的天花板上)第一種現代的合成顏料普魯士藍,或者亞鐵氰化鐵,是到了18世紀初才由一位試圖制作紅色的德國化學家發現的。從此之后,很多常見的藍色(蔚藍色、碧綠色、深藍色)都有鈷的成分,這是一種有致癌嫌疑的物質。

Subramanian和Smith開始把混合物浸泡到酸液中進行測試;他們高興地看到它們并未溶解。YInMn還被證實是惰性、不褪色且無毒的。它比深藍和普魯士藍更耐久,比鈷藍更安全,比酞菁藍更明亮,比維多利亞藍更深。它的熱反射出奇的強,有可能讓所覆蓋的任何物體在陽光下保持冷卻。Subramanian開始把一對鳥籠放到辦公桌的兩盞熱燈下烤。那兩個鳥籠的其中一只頂部抹的是等量的黑氧化鉻和鈷藍;另一個籠子頂部則是黑色混合YInMn藍。結果表明,YInMn的那個籠子的溫度要比前者低55°。

Subramanian寫了一篇論文來描述他的藍色的屬性,文章最終發表到了《美國化學協會期刊》上,并且還申請了一項專利(專利號8282728,2012年10月授予Subramanian、Smith及一位同事)。他是某種新型藍色之父的消息引起了媒體注意——企業青睞者也接踵而至。Subramanian對大家的興致感到驚訝,于是他迅速申請要求更多的政府資金。他說:“我想有關這個的一切都已經知道了。誰會為我提供資金繼續顏料的研究呢?”

將釔、銦、錳混合在一起來制作YInMn。

這項研究的利害攸關超出了他一開始的想象。研究公司Ceresana估計,顏料是一個價值300億美元的行當,主要都是由Lanxess、BASF、Venator (從Huntsman拆分出來)以及Chemours(杜邦拆分出來的公司)等主流公司把持。據Smithers Rapra的數據,高效能的顏料——也就是色彩最鮮艷、穩定,耐久的那些顏料——是一個快速增長的細分市場,幾乎占到了2016年總市值的1/6。隨著含鉛顏料的逐步淘汰以及新興市場將高效能顏料用到工業和建筑涂料上,對它的需求正在不斷上升。

一種安全、耐久且環境友好的藍色本應是極其有利可圖的。按照Pantone Color Institute的Pressman的說法,藍色是美國人極其喜愛的一種藍色。她說:“藍色代表著希望、可靠、穩定、沉穩、以及冷靜。我們認為它是恒久和真理之色,是最平易近人的顏色之一,這種顏色是最舒服的顏色。”藍色是宜家、福特、沃爾瑪以及Facebook等品牌形象的核心。它出現在我們的冰箱架、墻壁以及衣服上。美國職棒大聯盟有2/3的球隊都把藍色作為隊服的基色。藍色隨處可見。

給Subramanian打電話的公司對YInMn有很多想法。惠普想知道這種顏料能不能轉化成墨水。香奈兒對它能否用到化妝品感興趣。默克琢磨著是不是可以做進護膚品里面。耐克很好奇它能不能用到運動鞋皮革上來保持足部的涼爽。研發無人車公司的分包商認為YInMn的反射性也許能改進車輛的傳感器。

顏料賣家也很感興趣。那篇論文發表還不到一周Shepherd Color就派代表前往俄勒岡州,然后用了2年時間來測試YInMn的環境韌性、合規性以及成本。下一步就是授權。專利屬于Subramanian,但俄勒岡州有權瓜分版稅因為發現是在一家大學實驗室取得的。2015年,Shepherd贏得了獨家許可,開始準備生產半噸顏料,他們瞄準的是自己認為最可行的市場:用于壁板與屋頂的工業涂料。去年9月,也就是在Subramanian發現該顏色的8年之后,美國環境保護署終于批準YInMn可用于工業涂料和塑料的商業銷售。Shepherd迅速將其推向市場。

Shepherd的下一步自然就是提交申請被列入到環保署有毒物質控制法目錄里面,這一步將批準它用于所有的應用——可能就包括耐克等感興趣的一些應用。但Shepherd還沒有提交申請。到目前為止,YInMn僅有的其他涉足市場的嘗試來自繪兒樂(Crayola LLC),這家公司推出了10年來的第一款新蠟筆,Bluetiful,據稱靈感就源自YInMn——Shepherd不愿對該公司是否支付了版稅發表評論——以及澳洲顏料制造商Derivan,它已經把這種顏料轉化成了一種亞克力提供給少量零售商的藝術家供樣本用。

 



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