盡管它們的名字表示稀有句伶，稀土元素實(shí)際上并不是那么稀有。稀土在世界各地都很豐富陆淀，在許多高科技產(chǎn)品中都使用稀土考余，包括視覺顯示器、電池轧苫、超導(dǎo)體和電腦硬盤楚堤。雖然它們并不一定很難找到，但這些元素經(jīng)常在一起含懊，很難分離和提取身冬。
美國西北大學(xué)(Northwestern University)的莫妮卡?奧維拉?德?拉?克魯茲(Monica Olvera de la Cruz)表示:“擁有恢復(fù)稀土資源的能力很重要，因?yàn)樗鼈兪怯邢薜牟砬牵枨罅亢艽笏煮荨！薄耙崛∷鼈冎刈铮覀冃枰鼈兎稚⒑头蛛x樱哼，但它們往往聚集在一起〗伺洌”
Olvera de la Cruz和她的團(tuán)隊(duì)正致力于更好地理解為什么稀土在長距離的相互吸引搅幅，使得分離和提取變得非常困難。一系列的分子模擬表明呼胚，第一次茄唐，元素被懸浮的介質(zhì)——除了元素本身之外——對(duì)強(qiáng)烈的吸引力負(fù)有部分責(zé)任。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)使稀土開采更快、更容易沪编，也更便宜呼盆。
稀土元素是元素周期表底部的17種化學(xué)元素。因?yàn)榇蠖鄶?shù)元素在它們的離子結(jié)構(gòu)中都有+ 3的電荷蚁廓，所以它們很難分開访圃。“他們變得非常集中相嵌，”西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院的律師泰勒·德·拉·克魯茲(Olvera de la Cruz)說腿时。“如果我們能理解它們?yōu)槭裁聪嗷ノ贡觯覀兙涂梢詢?yōu)化提取機(jī)制批糟。”耗時(shí)和昂貴的分離過程需要數(shù)百個(gè)步驟和有毒化學(xué)溶劑看铆。為了分離這些元素徽鼎，工程師們將它們封裝在浸入石油的自組裝納米微滴中。然后工程師們使用表面活性劑弹惦，這些表面活性劑從水中獲取元素并將其拉入油中否淤。但當(dāng)水滴懸浮在油里時(shí)，液滴強(qiáng)烈地相互吸引肤频，聚集在一起叹括。“早期的實(shí)驗(yàn)和全原子的計(jì)算表明宵荒，這些液滴在所有的距離上都有很強(qiáng)的相互作用汁雷，”沈說”龋“不幸的是侠讯，這些研究并沒有揭示這些相互作用的起源∈钊校”
在一項(xiàng)理論研究中厢漩，Olvera de la Cruz的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，石油和水的混合介質(zhì)起著重要作用岩臣×锸龋“這些乳劑的一個(gè)獨(dú)特之處是，兩個(gè)介質(zhì)之間的界面會(huì)產(chǎn)生表面偏振架谎，”O(jiān)lvera de la Cruz解釋道炸宵。“表面的偏振導(dǎo)致了水滴間的相互作用谷扣⊥寥”“我們認(rèn)為誘導(dǎo)電荷的極化會(huì)對(duì)相互作用產(chǎn)生微小的影響，”沈說」祝“但我們發(fā)現(xiàn)瑞凑，表面極化的誘導(dǎo)電荷實(shí)際上是對(duì)相互作用的主要貢獻(xiàn)「乓常”
盡管研究人員之前曾在水中研究過帶電的納米粒子籽御，但他們通常使用固定的、循序漸進(jìn)的方法绰沥，而這并不適用于這種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)篱蝇。Olvera de la Cruz通過開發(fā)計(jì)算方法繞過了這個(gè)問題』涨“液滴的電荷由極化決定，極化由電荷決定麸塞，”她說秃臣。“我們開發(fā)了一種技術(shù)哪工，可以同時(shí)確定電荷極化和介質(zhì)的反應(yīng)奥此。”
令人驚訝的是雁比，研究小組還發(fā)現(xiàn)稚虎，這一發(fā)現(xiàn)只適用于石油中的水滴。當(dāng)反向發(fā)生時(shí)偎捎，油滴在水中懸浮蠢终，誘導(dǎo)電荷被排斥，吸引力降低茴她。這種對(duì)乳劑的更好理解可以用于分離稀土以及其他元素寻拂，包括去除放射性金屬和核廢料。
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