了解稀土乳剂—研究人员发现，混合介质中的表面偏振增加了元素之间的吸引力

尽管它们的名字表示稀有，稀土元素实际上并不是那么稀有。稀土在世界各地都很丰富，在许多高科技产品中都使用稀土，包括视觉显示器、电池、超导体和电脑硬盘。虽然它们并不一定很难找到，但这些元素经常在一起，很难分离和提取。

美国西北大学(Northwestern University)的莫妮卡•奥维拉•德•拉•克鲁兹(Monica Olvera de la Cruz)表示:“拥有恢复稀土资源的能力很重要，因为它们是有限的，但需求量很大。”“要提取它们，我们需要它们分散和分离，但它们往往聚集在一起。”

Olvera de la Cruz和她的团队正致力于更好地理解为什么稀土在长距离的相互吸引，使得分离和提取变得非常困难。一系列的分子模拟表明，第一次，元素被悬浮的介质——除了元素本身之外——对强烈的吸引力负有部分责任。这一发现可能会使稀土开采更快、更容易，也更便宜。

稀土元素是元素周期表底部的17种化学元素。因为大多数元素在它们的离子结构中都有+ 3的电荷，所以它们很难分开。“他们变得非常集中，”西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程学院的律师泰勒·德·拉·克鲁兹(Olvera de la Cruz)说。“如果我们能理解它们为什么相互吸引，我们就可以优化提取机制。”耗时和昂贵的分离过程需要数百个步骤和有毒化学溶剂。为了分离这些元素，工程师们将它们封装在浸入石油的自组装纳米微滴中。然后工程师们使用表面活性剂，这些表面活性剂从水中获取元素并将其拉入油中。但当水滴悬浮在油里时，液滴强烈地相互吸引，聚集在一起。“早期的实验和全原子的计算表明，这些液滴在所有的距离上都有很强的相互作用，”沈说。“不幸的是，这些研究并没有揭示这些相互作用的起源。”

在一项理论研究中，Olvera de la Cruz的团队发现，石油和水的混合介质起着重要作用。“这些乳剂的一个独特之处是，两个介质之间的界面会产生表面偏振，”Olvera de la Cruz解释道。“表面的偏振导致了水滴间的相互作用。”“我们认为诱导电荷的极化会对相互作用产生微小的影响，”沈说。“但我们发现，表面极化的诱导电荷实际上是对相互作用的主要贡献。”

尽管研究人员之前曾在水中研究过带电的纳米粒子，但他们通常使用固定的、循序渐进的方法，而这并不适用于这种动态系统。Olvera de la Cruz通过开发计算方法绕过了这个问题。“液滴的电荷由极化决定，极化由电荷决定，”她说。“我们开发了一种技术，可以同时确定电荷极化和介质的反应。”

令人惊讶的是，研究小组还发现，这一发现只适用于石油中的水滴。当反向发生时，油滴在水中悬浮，诱导电荷被排斥，吸引力降低。这种对乳剂的更好理解可以用于分离稀土以及其他元素，包括去除放射性金属和核废料。

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