Les particules en solution peuvent croître, transport, entrer en collision, interagir, et agréger en formes et structures complexes. Il est très difficile de prédire l'issue de ces événements, en particulier pour les particules de forme irrégulière dans des conditions de solution extrêmes. De nouvelles recherches menées par des scientifiques du Centre de recherche Energy Frontier sur la dynamique interfaciale dans les environnements et les matériaux radioactifs (IDREAM) ont révélé que les nanoplaquettes d'oxyhydroxyde d'aluminium (boehmite) s'alignent et se fixent pour former des piles soigneusement ordonnées, de nouvelles découvertes impliquant à la fois des recherches expérimentales et informatiques.

L'oeuvre, dirigé par des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory en collaboration avec des scientifiques de la Washington State University et du Oak Ridge National Laboratory, a été présenté dans ACS Nano dans un article intitulé, "Impact de la chimie des solutions et de l'anisotropie des particules sur la dynamique collective de l'agrégation orientée."

L'étude fournit des détails clés sur la structure et la dynamique des plaquettes de boehmite dans des solutions salines à pH élevé, conditions relatives aux déchets hautement radioactifs tels que ceux trouvés sur le site nucléaire de Hanford.

Lorsque des empilements de nanocristaux ont été placés dans des solutions salines à pH élevé, ils se sont agrégés rapidement en microstructures plus grandes. Ces empilements de plaquettes s'agrègent davantage à des taux qui augmentent avec le pH et [NaNO 3 ], passage des régimes limités en réaction à des régimes limités en diffusion. Pour expliquer ce comportement, nous avons calculé les propriétés de transport des nanoplaquettes, spécifiquement leurs modes de mouvement de rotation et de translation. Les calculs des diffusivités translationnelles/rotationnelles et des rapports de stabilité colloïdale ont démontré l'importance de considérer des formes de particules irrégulières.

Des simulations de Monte Carlo ont relié la forme des nanoparticules germes à la structure et au comportement de croissance des agrégats émergents. De plus, nous avons déterminé que les plaquettes interagissent différemment sur les bords, visages, ou des coins, ce qui complique l'utilisation de modèles typiques basés sur des particules sphériques. Ces résultats sont des étapes importantes vers une compréhension prédictive du transport et de l'agrégation des nanoparticules qui résoudront des problèmes en géochimie, la biologie, la science des matériaux, et au-delà.

Ces nouvelles perspectives sur la croissance, Assemblée, et l'agrégation pour la boehmite et d'autres systèmes de paliers en aluminium éclaireront le développement de modèles prédictifs appliqués aux schémas de contrôle des processus.