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1 早于爱迪生,稀土点亮人类照明时代

  在爱迪生凭借电灯泡闻名世界之前,奥地利化学家韦尔斯巴赫已用稀土元素点亮了全球的夜晚。这位科学家的核心贡献颇丰——发现镨元素、开发钍铈合金汽灯纱罩与自燃合金,而他的座右铭“Plus Lucis”(意为“更多光”),始终驱动着他探索前行。从汽灯纱罩到金属灯丝,韦尔斯巴赫完成了一系列革命性发明,他既是潜心钻研的科研者,亦是眼光独到的企业家,其人生堪称一部追逐光明的传奇。

  稀土照明的破晓时刻

  “Plus Lucis”(更多光),这句拉丁文格言是韦尔斯巴赫一生的写照。它不仅是科学探索的工具,更是他作为发明家和企业家的一切主题。时间回到1885年,韦尔斯巴赫同时完成了科学与技术上的两件大事:在科学上,他证实了“金笛”这一所谓元素并不存在,终结了这一科学谬误;在技术上,他发明了一种基于稀土、即将改变人类照明史的产品。

  这一切的灵感,可以追溯到他与导师罗伯特·本生(德国化学家)的交流。本生发明的本生灯(一种以煤气为燃料的加热器具)是实验室里的得力器具,却无法用于照明。但本生曾敏锐地指出,煤气照明的未来取决于火焰中燃烧的固体物质。这句话如同一粒种子,深植于韦尔斯巴赫心中。当他离开海德堡大学时,带走的不仅是学位证书和矿物样品,更有这个终将照亮世界的伟大构想。

  在韦尔斯巴赫之前,早期的汽灯纱罩已然出现,其原理是利用硝酸盐溶液浸泡纱布,高温灼烧后形成金属氧化物网罩,从而发出亮光。但先驱往往成为先烈,这些早期产品或因成本高昂,或因效果不稳,都未能真正推广。韦尔斯巴赫的优势在于他对稀土元素的深刻理解。1885年,他独辟蹊径,利用稀土尝试发光效果,成功研发出一种全新配方的汽灯纱罩——包含60%的氧化镁、20%的氧化镧和20%的氧化钇。这被视为稀土元素在工业上的首次成功应用,堪称“稀土工业的黎明”。

  韦尔斯巴赫不仅是个发明家,更是个精明的商人。他没有选择公开配方,而是采取了神秘的“特许经营”模式:将纱罩浸液的成分列为最高机密,首先在多个国家申请专利,然后授权给各国厂商,只允许他们使用由自己总厂统一配制的神秘浸液进行生产。1887年,他甚至买下一家破产的制药厂,招募化学家和工人,全力生产关键原料硝酸钍和硝酸钇。

  然而,创业之路并非坦途。第一代稀土纱罩质地脆弱,且发出的光线中绿光过多,照明效果并不理想。与此同时,爱迪生等人的电灯技术正在迅猛发展,给韦尔斯巴赫带来了巨大的竞争压力。到了1890年前后,下游特许厂商经营困难,甚至威胁起诉,韦尔斯巴赫被迫关闭了工厂。

  一盏汽灯点燃整个稀土产业

  工厂虽然关闭,但设备和希望还在。在人心涣散、团队解散的低谷期,韦尔斯巴赫几乎独自坚守在空荡的厂房里。转机来自一个看似无关的任务:他的一位前团队成员在为《无机化学手册》这本书撰稿时,偶然读到学者布瓦博德朗(法国化学家,以发现镓和镝等元素而闻名)的论文,其中描述了一种含铬氧化铝的发光现象。他们重复实验后惊喜地发现,这种光的效果远超他们之前的研究成果。

  这一发现让韦尔斯巴赫大为振奋,他立刻重整旗鼓,带领剩下的人员开始对大量物质进行系统性测试。经过无数次的失败与尝试,他终于找到了堪称完美的纱罩浸液新配比:硝酸钍1000克、硝酸铈10克、硝酸铍5克、硝酸镁1.5克,再加2000克水制成混合液。这一配比下的纱罩,发出的光线不再是恼人的绿色,而是更柔和、更明亮的白光,使用寿命也大大延长。

  1891年11月4日,成为改变历史的时刻。配有这款新型纱罩的汽灯在维也纳歌剧院咖啡馆外公开亮相,其优异的照明效果引起巨大轰动。这不仅是一款新产品的成功,更标志着现代稀土工业的正式诞生。因为汽灯纱罩的巨大需求,直接拉动了对稀土原料(如独居石)的开采,进而推动了稀土分离、提纯等一系列产业链的发展。

  在韦尔斯巴赫的白炽汽灯面前,旧的照明方式相形见绌:蜡烛和煤油灯亮度有限,只适用于小空间;而亮度尚可的煤气灯烟雾缭绕、气味刺鼻,且对健康有害。新型稀土汽灯一经推出,便以无味、明亮、安全、便宜的绝对优势风靡整个欧洲,从街道、工厂到商铺、家庭,迅速取代了旧式光源。他的工厂在9个月内就售出了9万盏新型灯罩。即便到了1913年,通用电气公司已造出廉价的钨丝灯泡多年之后,韦尔斯巴赫的汽灯全球年产量仍高达3亿盏,其影响力之持久可见一斑。

  从汽灯、电灯到口袋里的火光

  白炽汽灯的巨大成功并未让韦尔斯巴赫满足,他“更多光”的追求延伸到了新兴的电灯领域。韦尔斯巴赫敏锐地投身于此,在多种金属中,他选择了当时被认为是熔点最高的金属——锇来制作灯丝。

  然而,他犯了一个化学家不该犯的错误,他以为锇是熔点最高的金属,于是想尽各种办法,要利用锇制造灯丝,但他忽视了钨。尽管后来发现锇的熔点并非最高,且其材质坚硬易碎,加工难度极大,但韦尔斯巴赫再次展现了其发明家的韧性。他利用四氧化锇易挥发的特性,创新工艺,最终在1893年制成了锇丝白炽电灯并获得专利,这比著名的钨丝灯泡的发明时间还早了十多年。虽然锇丝灯存在寿命短的缺陷,韦尔斯巴赫想出了用“出租灯泡”而非出售的商业模式来应对,但最终,这项发明未能复制汽灯的商业神话。尽管如此,此举也深刻体现了韦尔斯巴赫作为行业颠覆者,不固步自封、勇于拥抱新技术的积极态度。

  他的第三项重大发明,即稀土元素的第二种应用——火石,则让稀土的光芒走进了每个人的口袋。这项灵感源于他早年跟随本生学习时的一个发现:在电解还原稀土金属时,铁质电极碰撞会产生火花,原因是形成了稀土—铁合金。多年后,利用生产中的稀土废料,他于1904年获得“自燃金属合金”专利,并于1908年实现工业化生产,将800千克混合稀土加工成400万颗火石。这种利用铈、镧等稀土金属低着火点特性制成的火石,成为打火机的核心部件,奠定了便携式点火技术的基础,直到被压电陶瓷技术逐渐取代。

  火石打火机如今见不到了,但韦尔斯巴赫发明的火石仍在应用,堪称野营利器的打火棒就是用混合稀土合金制成的。

  韦尔斯巴赫以完全不同的方式塑造了稀土化学的历史。

  作者:羊顿  从事通俗科学读物、非虚构文本的创作与出版

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作者:aymi 2026/2/13 23:33:14 | 举报 | 回复楼主

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