Las partículas en solución pueden crecer, transporte, chocar, interactuar, y agregar en formas y estructuras complejas. Predecir el resultado de estos eventos es muy difícil, especialmente para partículas de forma irregular en condiciones extremas de solución. Una nueva investigación de científicos del Centro de Investigación de la Frontera Energética de Dinámica Interfacial en Ambientes y Materiales Radiactivos (IDREAM) ha encontrado que las nanoplaquetas de oxihidróxido de aluminio (boehmita) se alinean y adhieren para formar pilas perfectamente ordenadas, un hallazgo novedoso que involucró investigación tanto experimental como computacional.

La obra, dirigido por científicos del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en colaboración con científicos de la Universidad Estatal de Washington y el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, apareció en ACS Nano en un papel titulado, "Impacto de la química de la solución y la anisotropía de partículas en la dinámica colectiva de la agregación orientada".

El estudio proporciona detalles clave sobre la estructura y dinámica de las plaquetas de boehmita en soluciones salinas a pH alto. condiciones relevantes para los desechos radiactivos de alto nivel, como el que se encuentra en el sitio nuclear de Hanford.

Cuando se colocaron pilas de nanocristales en soluciones salinas a pH alto, se agregaron rápidamente en microestructuras más grandes. Estas pilas de plaquetas se agregan aún más a velocidades que aumentan con el pH y la [NaNO ₃ ], cruce de regímenes limitados por reacción a regímenes limitados por difusión. Para ayudar a explicar este comportamiento, calculamos las propiedades de transporte de las nanoplaquetas, específicamente sus modos de movimiento rotacional y traslacional. Los cálculos de las difusividades traslacional / rotacional y las relaciones de estabilidad coloidal demostraron la importancia de considerar las formas irregulares de las partículas.

Las simulaciones de Monte Carlo conectaron la forma de las nanopartículas de semillas con la estructura y el comportamiento de crecimiento de los agregados emergentes. Es más, determinamos que las plaquetas interactúan de manera diferente en los bordes, caras, o rincones, lo que complica el uso de modelos típicos basados ​​en partículas esféricas. Estos resultados son pasos importantes hacia una comprensión predictiva del transporte y agregación de nanopartículas que resolverá problemas en geoquímica. biología, ciencia de los Materiales, y más allá.

Estos nuevos conocimientos sobre el crecimiento montaje, y la agregación para boehmita y otros sistemas de rodamientos de aluminio informarán el desarrollo de modelos predictivos aplicados a los esquemas de control de procesos.