Частицы в растворе могут расти, транспортироваться, сталкиваться, взаимодействовать и объединяться в сложные формы и структуры. Прогнозировать исход этих событий очень сложно, особенно для частиц неправильной формы в экстремальных условиях решения. Новое исследование ученых из Межфазной динамики в радиоактивных средах и материалах (IDREAM) Исследовательский центр Energy Frontier обнаружило, что наногранулы оксигидроксида алюминия (бемита) выстраиваются и соединяются, образуя аккуратно упорядоченные стопки, новые результаты, которые включали как экспериментальные, так и вычислительные исследования.

Работа, проведенная учеными Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в сотрудничестве с учеными из Университета штата Вашингтон и Национальной лаборатории Ок-Риджа, была показана в ACS Nano в статье под названием «Влияние химии раствора и анизотропии частиц на коллективную динамику ориентированной агрегации». »

В исследовании приводятся основные сведения о структуре и динамике тромбоцитов бемита в солевых растворах при высоких значениях pH, условиях, относящихся к радиоактивным отходам высокого уровня, например, обнаруженным на ядерной площадке в Хэнфорде.

Когда нанокристаллические стеки были помещены в солевые растворы при высоком pH, они быстро агрегировали в более крупные микроструктуры. Эти стопки тромбоцитов дополнительно агрегируют со скоростью, которая увеличивается с pH и [NaNO 3 ], переходя от режимов, ограниченных реакцией, к режимам, ограниченным диффузией. Чтобы помочь объяснить это поведение, мы рассчитали транспортные свойства наночастиц, в частности их вращательный и поступательный режимы движения. Расчеты поступательной / вращательной диффузии и коэффициентов коллоидной устойчивости показали важность рассмотрения неправильной формы частиц.

Моделирование методом Монте-Карло связывало форму наночастиц семян со структурой и поведением роста возникающих агрегатов. Кроме того, мы определили, что тромбоциты по-разному взаимодействуют по краям, граням или углам, что усложняет использование типичных моделей на основе сферических частиц . Эти результаты являются важными шагами к прогнозному пониманию транспорта и агрегации наночастиц, которые решат проблемы в геохимии, биологии, материаловедении и за ее пределами.

Это новое понимание роста, сборки и агрегации бемита и других алюминиевых подшипниковых систем послужит основой для разработки прогнозных моделей, применяемых к схемам управления процессом.