Nanokrystalstudie giver indsigt i vækst, samling og sammenlægning

Partikler i opløsning kan vokse, transportere, kollidere, interagere, og aggregeres i komplekse former og strukturer. Det er meget udfordrende at forudsige resultatet af disse begivenheder, især for uregelmæssigt formede partikler under ekstreme opløsningsbetingelser. Ny forskning fra forskere ved Interfacial Dynamics in Radioactive Miljøer og Materialer (IDREAM) Energy Frontier Research Center har fundet ud af, at aluminiumoxyhydroxid (boehmit) nanoplateletter justeres og vedhæfter til pænt ordnede stakke, et nyt fund, der involverede både eksperimentel og beregningsmæssig forskning.

Arbejdet, ledet af Pacific Northwest National Laboratory -forskere i samarbejde med forskere ved Washington State University og Oak Ridge National Laboratory, blev vist i ACS Nano i et papir med titlen, "Virkning af løsningskemi og partikelanisotropi på den kollektive dynamik af orienteret aggregation."

Undersøgelsen indeholder vigtige detaljer om strukturen og dynamikken af ​​boehmit -blodplader i saltopløsninger ved højt pH, forhold, der er relevante for radioaktivt affald på højt niveau, f.eks. det, der findes på Hanford-atomstedet.

Når nanokrystalstakke blev placeret i saltopløsninger ved højt pH, de aggregerede hurtigt i større mikrostrukturer. Disse trombocytstakke aggregerer yderligere med hastigheder, der stiger med pH og [NaNO ₃ ], krydsning fra reaktionsbegrænsede til diffusionsbegrænsede regimer. For at hjælpe med at forklare denne adfærd, vi har beregnet transportegenskaberne for nanoplateter, specifikt deres rotations- og translationelle bevægelsesmåder. Beregninger af translationelle/rotationsdiffusiviteter og kolloide stabilitetskvoter viste vigtigheden af ​​at overveje uregelmæssige partikelformer.

Monte Carlo -simuleringer forbandt formen af ​​frønanopartiklerne med strukturen og vækstadfærden for de nye aggregater. I øvrigt, vi fastslog, at blodplader interagerer forskelligt i kanterne, ansigter, eller hjørner, hvilket komplicerer brugen af ​​typiske modeller baseret på sfæriske partikler. Disse resultater er vigtige skridt i retning af en forudsigelig forståelse af nanopartikeltransport og aggregering, der vil løse problemer inden for geokemi, biologi, materialevidenskab, og videre.

Disse nye indsigter i væksten, montage, og aggregering for boehmite og andre aluminiumlejesystemer vil informere om udviklingen af ​​forudsigelsesmodeller, der anvendes på processtyringsordninger.