Name: Ästhetisch verbessertes Silica-Aerogel durch Einbau von Laserätzen und Farbstoffen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Erfahren Sie die Laserätzung von Silica-Aerogelen für ästhetische Materialanwendungen. Diese Methode ermöglicht die Präzisionsbearbeitung von Monolithen in verschiedenen Formen, Größen und Farben für Kunst und nachhaltige Architektur.

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Die Autoren möchten den Union College Faculty Research Fund, das Student Research Grant-Programm und das Sommer-Undergraduate-Forschungsprogramm für die finanzielle Unterstützung des Projekts anerkennen. Die Autoren möchten auch Joana Santos für das Design der dreiteiligen Form, Chris Avanessian für die SEM-Bildgebung, Ronald Tocci für das Ätzen auf die gekrümmte Aerogeloberfläche und Dr. Ioannis Michaloudis für die Inspiration und erste Arbeit am Radierungsprojekt sowie für die Bereitstellung des Kouros-Bildes und des zylindrischen Aerogels danken.

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Aerogels+Handbook%22">Aerogels Handbook</a>. Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. , Springer. New York. (2011).</li>
<li>Pierre, A. C., Pajonk, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+aerogels+and+their+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chemistry of aerogels and their applications.</a> Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).</li>
<li>Zinzi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+and+visual+experimental+characterization+of+a+glazing+system+with+monolithic+silica+aerogel%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy%22%5BJournal%5D)">Optical and visual experimental characterization of a glazing system with monolithic silica aerogel.</a> Solar Energy. 183, 30-39 (2019).</li>
<li>Bhuiya, M. M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+monolithic+silica+aerogel+for+fenestration+applications%3A+scaling+up%2C+reducing+cycle+time%2C+and+improving+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Preparation of monolithic silica aerogel for fenestration applications: scaling up, reducing cycle time, and improving performance.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 55 (25), 6971-6981 (2016).</li>
<li>Jelle, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fenestration+of+today+and+tomorrow%3A+A+state-of-the-art+review+and+future+research+opportunities%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Fenestration of today and tomorrow: A state-of-the-art review and future research opportunities.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 96, 1-28 (2012).</li>
<li>Michalous, I., Carroll, M. K., Kupiec, S., Cook, K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+method+for+surface+etching+of+silica+aerogel+monoliths%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-Gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Facile method for surface etching of silica aerogel monoliths.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 87 (1), 22-26 (2018).</li>
<li>Stanec, A. M., Anderson, A. M., Avanessian, C., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+and+characterization+of+etched+silica+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-Gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Analysis and characterization of etched silica aerogels.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 94, 406-415 (2020).</li>
<li>Sun, J., Longtin, J. P., Norris, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+laser+micromachining+of+silica+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Ultrafast laser micromachining of silica aerogels.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 281 (1-3), 39-47 (2001).</li>
<li>Bian, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromachining+of+polyurea+aerogel+using+femtosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Micromachining of polyurea aerogel using femtosecond laser pulses.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 357 (1), 186-193 (2011).</li>
<li>Yalizay, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Versatile+liquid-core+optofluidic+waveguides+fabricated+in+hydrophobic+silica+aerogels+by+femtosecond-laser+ablation%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Versatile liquid-core optofluidic waveguides fabricated in hydrophobic silica aerogels by femtosecond-laser ablation.</a> Optical Materials. 47, 478-483 (2015).</li>
<li>Vainos, N. A., Karoutsos, V., Mills, B., Eason, R. W., Prassas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotropic+contractive+scaling+of+laser+written+microstructures+in+vitrified+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Materials+Express%22%5BJournal%5D)">Isotropic contractive scaling of laser written microstructures in vitrified aerogels.</a> Optical Materials Express. 6 (12), 3814-3825 (2016).</li>
<li>Plata, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerogel-platform+optical+sensors+for+oxygen+gas%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-+Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Aerogel-platform optical sensors for oxygen gas.</a> Journal of Non- Crystalline Solids. 350, 326-335 (2004).</li>
<li>Carroll, M. K., Anderson, A. M. Aerogels as platforms for chemical sensors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCarroll%2C+MK+%22Aerogels+Handbook.+Advances+in+Sol-Gel+Derived+Materials+and+Technologies%22">Aerogels Handbook. Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies</a>. Aegerter, M., Leventis, N., Koebel, M. , Springer. New York. (2011).</li>
<li>Bockhorst, M., Heinloth, K., Pajonk, G. M., Begag, R., Elaloui, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+dye+doped+aerogels+for+the+enhancement+of+Cerenkov+light+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Fluorescent dye doped aerogels for the enhancement of Cerenkov light detection.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 186, 388-394 (1995).</li>
<li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Gorka, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparing+silica+aerogel+monoliths+via+a+rapid+supercritical+extraction+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Preparing silica aerogel monoliths via a rapid supercritical extraction method.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (84), e51421(2014).</li>
<li>Gauthier, B. M., Bakrania, S. D., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+supercritical+extraction+technique+for+aerogel+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">A fast supercritical extraction technique for aerogel fabrication.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 350, 238-243 (2004).</li>
<li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby. U.S. Patent. , 8080591 (2011).</li>
<li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby. U.S. Patent. , 7384988 (2008).</li>
<li>Estok, S. K., Hughes, T. A., Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+TEOS-based+silica+aerogels+prepared+using+rapid+supercritical+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of TEOS-based silica aerogels prepared using rapid supercritical extraction.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 70 (3), 371-377 (2014).</li>
<li>Roth, T. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+a+rapid+supercritical+extraction+aerogel+fabrication+process%3A+Prediction+of+thermodynamic+conditions+during+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Analysis of a rapid supercritical extraction aerogel fabrication process: Prediction of thermodynamic conditions during processing.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).</li>
<li>Bouck, R. M., Anderson, A. M., Prasad, C., Hagerman, M. E., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cobalt-alumina+sol+gels%3A+Effects+of+heat+treatment+on+structure+and+catalytic+ability%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Cobalt-alumina sol gels: Effects of heat treatment on structure and catalytic ability.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 453, 94-102 (2016).</li>
<li>Dunn, N. J. H., Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+alumina+and+nickel-alumina+aerogels+prepared+via+rapid+supercritical+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Preprints%22%5BJournal%5D)">Characterization of alumina and nickel-alumina aerogels prepared via rapid supercritical extraction.</a> Polymer Preprints. 52 (1), 250-251 (2011).</li>
<li>Tobin, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+copper-containing+alumina+and+silica+aerogels+for+catalytic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of copper-containing alumina and silica aerogels for catalytic applications.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 84 (3), 432-445 (2017).</li>
<li>Tsou, P., Brownlee, D. E., Glesias, R., Grigoropoulos, C. P., Weschler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cutting+silica+aerogel+for+particle+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Lunar+and+Planetary+Science+XXXVI.+Part+19%22%5BJournal%5D)">Cutting silica aerogel for particle extraction.</a> Lunar and Planetary Science XXXVI. Part 19. , (2005).</li>
<li>Ishii, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+extraction+of+dust+impact+tracks+from+silica+aerogel+by+ultrasonic+microblades%5BTitle%5D)+AND+%22Meteoritics+%26+Planetary+Science%22%5BJournal%5D)">Rapid extraction of dust impact tracks from silica aerogel by ultrasonic microblades.</a> Meteoritics & Planetary Science. 40 (11), 1741-1747 (2005).</li>
<li>Ishii, H. A., Bradley, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroscopic+subdivision+of+silica+aerogel+collectors+for+sample+return+missions%5BTitle%5D)+AND+%22Meteoritics+%26+Planetary+Science%22%5BJournal%5D)">Macroscopic subdivision of silica aerogel collectors for sample return missions.</a> Meteoritics & Planetary Science. 41 (2), 233-236 (2006).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preiszugeben.

Dieses Protokoll zeigt, wie Laserätzen und die Einbeziehung von Farbstoffen verwendet werden können, um ästhetisch ansprechende Aerogelmaterialien herzustellen.
Die Herstellung großer (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) Aerogelmonolithen erfordert eine ordnungsgemäße Formvorbereitung durch Schleifen, Reinigen und Fettauftrag, um zu verhindern, dass das Aerogel an der Form klebt und sich größere Risse bilden. Die Teile der Form, die in direktem Kontakt mit der Vorläuferlösung / demnächst zu formenden Aero...

Silica-Aerogel ist ein nanoporöses, akustisch isolierendes Material mit hoher Oberfläche und geringer Wärmeleitfähigkeit, das in einer Reihe von Anwendungen vom Sammeln von Weltraumstaub bis zum Gebäudedämmmaterial1,2verwendet werden kann. Bei der Herstellung in monolithischer Form sind Silica-Aerogele transluzent und können zur Herstellung von hochisolierenden Fenstern3,4,5verwendet werden.
Vor kurzem haben wir gezeigt, dass es möglich ist, das Aussehen eines Silica-Aerogels durch Ätzen oder Schneiden durch die Oberfläche miteinemLasergravursystem 6 ,7 zuverändern,ohne das Aerogel zu beschädigen. Dies könnte nützlich sein, um ästhetische Verbesserungen zu machen, Inventarinformationen zu drucken und Aerogel-Monolithen in verschiedene Formen zu bearbeiten. Femtosekundenlaser haben gezeigt, dass sie für die rohe "Mikrobearbeitung" von Aerogelen8,9,10,11funktionieren ; Das aktuelle Protokoll demonstriert jedoch die Fähigkeit, die Oberfläche von Aerogelen mit einem einfachen Lasergravursystem zu verändern. Infolgedessen ist dieses Protokoll weitgehend auf die künstlerische und technische Gemeinschaft anwendbar.
Es ist auch möglich, Farbstoffe in die chemische Vorläufermischung von Aerogel einzuarbeiten und dadurch farbstoffreiche Aerogele mit einer Reihe von Farbtönen herzustellen. Diese Methode wurde verwendet, um chemische Sensoren12,13, zur Verbesserung der Cerenkov-Detektion14und aus rein ästhetischen Gründen herzustellen. Hier demonstrieren wir die Verwendung von Farbstoffen und Laserätzen zur Herstellung ästhetisch ansprechender Aerogele.
Im folgenden Abschnitt beschreiben wir Verfahren zur Herstellung großer Silica-Aerogel-Monolithen, zur Änderung des Monolith-Vorbereitungsverfahrens, um Farbstoffe zu integrieren, Text, Muster und Bilder auf die Oberfläche eines Aerogel-Monolithen zu ätzen und Formen aus großen gefärbten Monolithen zu schneiden, die zu Mosaiken zusammengesetzt werden.

<table><tbody><tr><td>Schleifpapier der Körnung 2000</td><td>Verschiedene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>50W Lasergravierer</td><td>Epilog Laser</td><td></td><td>Jeder Laserschneider ist geeignet</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A18-20</td><td>Certified ACS Reagenzqualität&nbsp;</td></tr><tr><td>Ammoniumhydroxid (wässriges Ammoniak)</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A669S212</td><td>zertifiziert ACS Plus, ca. 14,8 N, 28,0-20,0 w/w%</td></tr><tr><td>Becher Von</td><td>Fisher Scientific</td><td></td> gekauft <td>Jeder Glasbecher ist geeignet.</td></tr><tr><td>Deionisiertes Wasser</td><td>Im Wasserhahn im Haus</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Digitale Waage</td><td>OHaus Explorer Pro</td><td></td><td>Jede digitale Waage ist geeignet.</td></tr><tr><td>Einweg-Reinigungstücher</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>06-666</td><td>KimWipe</td></tr><tr><td>Zeichensoftware</td><td>CorelDraw Graphics Suite</td><td></td><td>CorelDraw</td></tr><tr><td>Flexible Graphite Sheet</td><td>Phelps Industrial Products</td><td>7500.062.3</td><td>1/16" dickes</td></tr><tr><td>Fluorescein</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>F2456</td><td>Farbstoffgehalt ~95%</td></tr><tr><td>Schaumstoffpinsel&nbsp;</td><td>Verschiedenes&nbsp;</td><td></td><td>1-2 cm Größe</td></tr><tr><td>Hochvakuumfett</td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hydraulische Heißpresse</td><td>Tetraeder www.tetrahedronassociates.com</td><td>MTP-14</td><td>Jede Heißpresse mit Temperatur- und Kraftregelung funktioniert. Benötigt eine maximale Temperatur von ~550 F und eine maximale Kraft von 24 Tonnen.</td></tr><tr><td>Lasergravierer</td><td>Epilogue Laser</td><td>Helix - 24</td><td>50 W</td></tr><tr><td>Methanol (MeOH)</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A412-20</td><td>zertifiziert ACS Reagenzqualität, &ge 99,8%</td></tr> <tr><td>Form</td><td>im Haus</td><td></td> hergestellt <td>Herstellen Sie aus kaltgewalztem Stahl oder Edelstahl.</td></tr><tr><td>Paraffinfilm</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>S37441</td><td>Parafilm M Laborfilm</td></tr><tr><td>Rhodamine-6G Rhodamine-6g FlouresceinRhodamin-6g</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>20.132-4</td><td>Farbstoffgehalt ~95%</td></tr><tr><td>Rhodamin-B Rhodamine-6g FlouresceinRhodamine-6g</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>R-953</td><td>Farbstoffgehalt ~80%</td></tr><tr><td>Seife zum Reinigen von Schimmel</td><td>Verschiedene</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Edelstahlfolien</td><td></td> Verschiedene.0005<td></td><td>" dicke, 304 Edelstahl</td></tr><tr><td>Tetramethylorthosilikat (TMOS)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>218472-500G</td><td>98% Reinheit, CAS 681-84-5</td></tr><tr><td>Ultraschallreiniger</td><td>FisherScientific FS6</td><td>153356</td><td>Jedes Ultraschallgerät ist geeignet.</td></tr><tr><td>Unterdruck-Absauganlage</td><td>Purex</td><td>800i</td><td>Jede Absauganlage ist geeignet.</td></tr><tr><td>Variabler Mikropipettor, 100-1000 & Mikro; L</td><td>Hergestellt von Eppendorf, bezogen von Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>S304665</td><td>Any 100-1000 & micro; L-Pipette ist geeignet.</td></tr></tbody></table>

Ästhetisch verbessertes silica-aerogel durch einbau von laserätzen und farbstoffen

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

Ein Verfahren zur ästhetischen Verbesserung von Silica-Aerogel-Monolithen durch Laserätzen und Einarbeiten von Farbstoffen wird in diesem Manuskript beschrieben. Mit einem schnellen überkritischen Extraktionsverfahren kann ein großer Silica-Aerogel-Monolith (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) in etwa 10 h hergestellt werden. Farbstoffe, die in die Vorläufermischung eingearbeitet werden, führen zu gelb-, rosa- und orangefarbenen Aerogelen. Text, Muster und Bilder können auf die Oberfläche (oder Oberflächen) des Aerogel-Monolithen geätzt werden, ohne die Massenstruktur zu beschädigen. Mit dem Lasergravierer können Formen aus dem Aerogel geschnitten und bunte Mosaike entstehen.

Dieses Protokoll kann verwendet werden, um eine Vielzahl von ästhetisch ansprechenden Aerogel-Monolithen für Anwendungen wie Kunst und nachhaltiges Gebäudedesign vorzubereiten. Die Einbeziehung der hier verwendeten geringen Farbstoffmengen in die Vorläufermischung wird nur beobachtet, um die Farbe des resultierenden Aerogelmonolithen zu beeinflussen; Veränderungen anderer optischer oder struktureller Eigenschaften werden nicht beobachtet.
<p class="jove_content" fo:keep-together.withi...

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zum Ätzen von Text, Mustern und Bildern auf die Oberfläche von Silica-Aerogel-Monolithen in nativer und gefärbter Form und zum Zusammensetzen der Aerogele zu Mosaikdesigns.

Ästhetisch verbessertes Silica-Aerogel durch Einbau von Laserätzen und Farbstoffen

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid ...

Dieses Protokoll stellt die erste visuelle Methodik zum Ätzen und Schneiden von einfachem und gefärbtem Aerogel mit einem Lasergravursystem dar. Der Hauptvorteil dieser Technik ist ihre Einfachheit, da Aerogel-Monolithen jeder Form, Größe oder Farbe geätzt werden können. Die Videopräsentation ermöglicht die Demonstration der praktischen Überlegungen des Protokolls, einschließlich der Platzierung des Aerogels und der Ausrichtung des Laserschneiders.Um eine Form für die Herstellung von Aerogel-Monolithen vorzubereiten, wählen Sie eine dreiteilige Stahlform, die aus einem oberen, mittleren und unteren Teil mit Außenmaßen von 15,24 x 14 Zentimetern in einem 10 x 11 Zentimeter großen Hohlraum in der Mitte besteht. Der obere Teil der Form sollte auf jeder Seite sieben 0,08 Zentimeter Entlüftungslöcher haben. Verwenden Sie verdünnte Seife und einen rauen strukturierten Schwamm, um die oberen, mittleren und unteren Teile der Form zu schrubben und alle sauberen Teile der Form mit einem Papiertuch zu trocknen.Verwenden Sie nach dem Trocknen einzelne Einweg-Aceton-getauchte Reinigungstücher, um die Form abzuwischen, bis das Reinigungstuch sauber bleibt. Als nächstes verwenden Sie 2.000 Körnungssandpapier, um alle Oberflächen leicht zu schleifen, bis sich die Form glatt anfühlt und alle Rückstände aus früheren Verwendungen entfernt wurden, wobei Sie besonders auf das Innere der mittleren Form achten, in der das Aerogel gebildet wird. Reinigen Sie die Entlüftungslöcher am oberen Formteil mit Druckluft und tragen Sie manuell ca. 2,4 Milliliter Hochvakuumfett in einer dicken, sogar ein bis zwei Millimeter großen Schicht über die gesamte obere Verbindungsfläche der unteren Form und etwa einen Milliliter Fett in einer dicken, sogar ein bis zwei Millimeter großen Schicht auf die äußere Hälfte der unteren Verbindungsfläche der oberen Form auf.Tragen Sie etwa 0,5 Milliliter Hochvakuumfett in einer noch kleineren Als 0,5-Millimeter-Schicht auf die Innenflächen der Ober- und Unterform auf und wischen Sie überschüssiges Fett mit einem Einweg-Reinigungstuch ab, bis sich die Oberfläche glatt anfühlt und keine Klebrigkeit vom Fett übrig bleibt. Tragen Sie manuell 0,5 Milliliter Hochvakuumfett in einer noch kleineren als 0,5 Millimeter Fettschicht auf die Innenfläche der mittleren Form auf. Um die Ätzmusterdatei vorzubereiten, öffnen Sie ein neues Dokument in einer geeigneten Zeichenanwendung, fügen Sie den gewünschten Text oder das gewünschte Bild beliebiger Größe und Linienbreite direkt zum Dokument hinzu und speichern Sie die Datei.Um einen Aerogel-Monolithen zu ätzen, schalten Sie zuerst den Lasergravierer, die Vakuumauspuffanlage und den angeschlossenen Computer ein. Messen Sie die Größe der Aerogel-Monolithoberfläche, die geätzt wird, und öffnen Sie die Ätzmusterdatei. Stellen Sie die Abmessungsgröße des Dokuments so ein, dass sie der gemessenen Aerogel-Monolithgröße entspricht, und öffnen Sie den Deckel des Lasergraveurs.Verwenden Sie eine behandschuhte Hand, um das Aerogel auf die Lasergravierplattform zu legen und das Aerogel in der oberen linken Ecke auszurichten, wobei das Aerogel das obere und linke Lineal berührt. Drehen Sie das manuelle Fokusmessgerät des V-förmigen Magneten, das am Laser befestigt ist, auf den Kopf und drücken Sie Focus auf den Lasergravierer. Schützen Sie den Aerogel-Monolithen mit einem Einweg-Reinigungstuch und verwenden Sie den Pfeil nach oben auf dem Bedienfeld des Lasergravierers, um die Lasergraviererplattform zu bewegen, bis der untere Teil des manuellen Fokusmessgeräts nur noch das Aerogel berührt.Entfernen Sie das Wischtuch, und bringen Sie das Messgerät in seine ursprüngliche Position zurück. Schließen Sie den Lasergraviererdeckel und klicken Sie im Zeichenprogramm auf Datei und Drucken. Wählen Sie den Lasergravierer als Druckort aus und öffnen Sie das Voreinstellungsfenster, um die Druckereigenschaften festzulegen.Wählen Sie den Raster-Modus innerhalb einer DPI von 600, einer Geschwindigkeit von 100 % und einer Leistung von 55 %Stellen Sie fest, dass die Stückgröße mit der gemessenen Aerogel-Monolithgröße übereinstimmt, und klicken Sie auf Übernehmen und Drucken. Klicken Sie auf der Vorderseite des Lasergravierers auf Auftrag und wählen Sie den entsprechenden Dateinamen aus. Klicken Sie auf Los.Wenn der Lasergravierer fertig ist, klicken Sie auf Fokus und verwenden Sie den Abwärtspfeil auf dem vorderen Bedienfeld des Lasergravierers, um die Basis abzusenken.Verwenden Sie eine behandschuhte Hand, um das Aerogel vorsichtig von der Lasergravierplattform in den Behälter zu übertragen, und klicken Sie auf Papierkorb, um den Auftrag vom Gravierer zu entfernen. Um einen Aerogel-Monolithen zu schneiden, schalten Sie den Lasergravierer, die Vakuumauspuffanlage und den angeschlossenen Computer ein und messen Sie die Größe der zu schneidenden Aerogel-Monolithoberfläche. Öffnen Sie für den allgemeinen Schnitt ein neues Dokument im Zeichenprogramm und geben Sie die Abmessungen für die Dokumentgröße ein, um sie mit der gemessenen Aerogel-Monolithgröße zu korrelieren.Verwenden Sie das Zeichenwerkzeug für die Haaransatzbreite, um das zu schneidende Muster zu erstellen und das Muster so zu positionieren, dass es der gewünschten Schnittposition auf dem Aerogel entspricht. Reinigen Sie ein 0,0127 Millimeter dickes Blatt Edelstahlfolie, das groß genug ist, um die Basis des Aerogel-Monolithen mit Aceton zu bedecken, und legen Sie die Folie auf die Lasergraviererplattform. Richten Sie das Aerogel und die Edelstahlfolie in der oberen linken Ecke aus, wobei das Aerogel das obere und linke Lineal berührt, und passen Sie die Messposition wie gezeigt an.Klicken Sie im Zeichenprogramm auf Datei und Drucken, wählen Sie den Lasergravierer als Druckposition aus und öffnen Sie das Voreinstellungsfenster, um die Druckereigenschaften festzulegen. Wählen Sie den Vektormodus und stellen Sie die DPI auf 600, die Geschwindigkeit auf 3%, die Leistung auf 90% und die Frequenz auf 1.000 Hertz. Vergewissern Sie sich, dass die Stückgröße mit der gemessenen Aerogelgröße übereinstimmt.Die Tiefe des Schnitts variiert mit der Lasergeschwindigkeit. Klicken Sie auf Auftrag und Gehe zu, um den Schnitt wie gezeigt zu starten. Nachdem Sie die Probe entnommen haben, verwenden Sie eine Schaumstoffbürste, um alle kleinen Stücke von abgetragenem Aerogel, die auf der Vorderseite des Monolithen, der mit dem Laser in Kontakt kam, zurückgelassen wurden, vorsichtig zu entfernen.Für diesen Aerogel-Mosaikansatz wurde das gleiche Muster in drei verschiedene gefärbte Aerogel-Monolithen geschnitten und die Teile zu einem Mosaikmuster zusammengesetzt. Es ist möglich, Designs auf kleinere monolithische Stücke zu ätzen, wie gezeigt, um visuell interessante Anordnungen unter natürlichen und ultravioletten Lichtbedingungen auch auf kleineren Stücken zu erhalten. Wie dargestellt, können native Aerogele mit Mustern unterschiedlicher Dichte mit Fotografien auf die Vorderseite eines planaren Aerogels, auf eine gekrümmte Oberfläche und auf fluoreszierend gefärbte Aerogele geätzt werden.In dieser rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme eines geätzten Silica-Aerogels kann die Grenzfläche zwischen den geätzten Linien und dem fast glatten ungeätzten nanoporösen Aerogel beobachtet werden. Das Ätzen bewirkt die Ablation und das Schmelzen des Oberflächenmaterials in filamentartige Strukturen, wie in diesem Bild beobachtet, das die Wirkung eines einzelnen Laserpulses des Aerogels zeigt. Eine sorgfältige Vorbereitung, einschließlich der Kontrastanpassung der zu ätzenden Bilder, ist entscheidend, um qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen.Eine weitere Verfeinerung des Laserätzverfahrens könnte eine Alternative zur Mikrobearbeitung der Silica-Aerogele bieten. Ästhetische Aerogel-Monolithen könnten in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung finden, einschließlich Kunstwerken und nachhaltigen Gebäuden.

aesthetically-enhanced-silica-aerogel-via-incorporation-laser-etching

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Biosensoren Verbindung mit komplexen, biologischen Umgebungen und führen gezielte Erkennung durch die Kombination von hochempfindlichen Sensoren mit sehr spezifischen Sonden, die an dem Sensor über Oberflächenmodifizierung. Hier zeigen wir die Funktionalisierung der Oberfläche von Silica optische Sensoren mit Biotin mit Silankupplungsmittel, um den Sensor und die biologische Umwelt zu überbrücken.

Anbringen biologischen Sonden zur Silica Optische Biosensoren Mit Silane Coupling Agents

Wir beschreiben die Verwendung von einem Kohlendioxid-Laser-Reflow-Verfahren zu Siliciumdioxid Resonanzhohlräume, einschließlich freistehenden Mikrokügelchen und On-Chip Mikrotoroide herzustellen. Der Reflow-Methode entfernt Unebenheiten, so dass lange Photonenlebensdauern innerhalb der beiden Geräte. Die daraus resultierenden Geräte verfügen über extrem hohe Güten und ermöglicht Anwendungen, die von der Telekommunikation bis Biodetektion.

Herstellung von Silica Ultra High Quality Factor Mikroresonatoren

Dieser Artikel beschreibt eine schnelle kritische Extraktion Verfahren zur Herstellung von Silica-Aerogele. Durch die Verwendung eines geschlossenen Form und hydraulischen Heißpresse können monolithische Aerogele in acht Stunden oder weniger hergestellt werden.

Vorbereiten Silica Aerogel Monolithen über eine schnelle Überkritische Extraktion-Methode

Wir berichten von einem Verfahren der in situ Veränderung der HF behandelt Si (001) -Oberfläche in einer hydrophilen oder hydrophoben Zustand durch Bestrahlen Proben in Mikrofluidkammern mit H 2 O 2 / H 2 O-Lösung (0,01% -0,5%) oder Methanol-Lösungen gefüllt mittels gepulster UV-Laser mit einer relativen niedrigen Impulsfluenz.

Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

Dieses Verfahren beschreibt , wie Cytochrom c zu kapseln (cyt. C) in Kieselsäure (SiO 2) Sol-Gele, Verfahren diese Gele bioaerogels zu bilden, und diese bioaerogels verwenden , um schnell Stickstoffmonoxid (NO) durch eine Gasphasenreaktion zu erkennen. Diese Art von Protokoll kann bei der zukünftigen Entwicklung von Biosensoren oder andere bioanalytische Geräte unterstützen.

Einkapseln Cytochrome<em&gt; c</em&gt; In Silica Aerogel-Nanoarchitekturen ohne Metallnanopartikel unter Beibehaltung der Gasphase Bioaktivität

Hier präsentieren wir Protokolle für die Vorbereitung und Prüfung katalytische Aerogele durch Metall Arten in Kieselsäure und Tonerde Aerogel-Plattformen zu integrieren. Verfahren zur Herstellung von Materialien mit Kupfer-Salze und Kupferhaltige Nanopartikel sind ebenfalls vorhanden. Katalytische Testprotokolle belegen die Wirksamkeit dieser Aerogele für Dreiwege Katalyse-Anwendungen.

Herstellung und Prüfung von katalytischen Aerogelen über schnelle überkritische Extraktion vorbereitet

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll zur muskelmodelle Kieselsäure Materialien zu synthetisieren und Enzyme darin zu immobilisieren. Kieselsäure wird synthetisiert durch die Kombination von Natrium-Silikat und einem Amin "Additiv", die mit einer kontrollierten Rate zu neutralisieren. Materialeigenschaften und Funktion können entweder durch in Situ Enzym Immobilisierung oder Post-synthetische Säure Elution von gekapselten Zusatzstoffe verändert werden.

Vorbereitung der funktionalen Kieselsäure mit einer Muskelmodelle Methode

Eine schnelle und direkte Lösung-basierte Synthese Reduktionsmethode, Au, Pd und Pt Aerogele zu erhalten wird vorgestellt.

Eine schnelle Synthese-Methode für Au, Pd und Pt-Aerogelen über lösungsorientierte Direktreduktion

Diese Arbeit präsentiert Mikrofabrikationsprotokolle zur Erzielung von Hohlräumen und Säulen mit reentranten und doppelt reentranten Profilen auf SiO2/Si-Wafern mittels Photolithographie und Trockenätzung. Die resultierenden mikrotexturierten Oberflächen zeigen eine bemerkenswerte Flüssigkeitsabstoßung, die sich trotz der intrinsischen Benetzbarkeit von Kieselsäure durch eine robuste Langzeiteinschlussvon Luft unter Benetzungsflüssigkeiten auszeichnet.

Rendern von SiO2/Si Oberflächen Omniphobic durch Schnitzen von Gas-Entrapping Mikrotexturen bestehend reentrant und doppelt reentrant Hohlräume oder Säulen

Hier wird ein schrittweises Protokoll zur Realisierung von Gas-Entrapping-Membranen (GEMs) von SiO2/Si-Wafern mit integrierter Schaltungs-Mikrofabricationstechnologie vorgestellt. Wenn Kieselsäure-GEMs in Wasser getaucht werden, wird das Eindringen von Wasser trotz der wasserliebenden Zusammensetzung von Kieselsäure verhindert.

Proof-of-Concept für Gas-Entrapping Membranen abgeleitet von wasserliebenden SiO2/Si/SiO2 Wafern für grüne Entsalzung

Diese Arbeit zielt darauf ab, die Entwicklung standardisierter Techniken zur Imprägnierung oder Pfropfung aminierter Verbindungen auf Silica-Substraten zu erleichtern, die in der Literatur oft breit beschrieben sind. Spezifische Mengen an Lösungsmitteln, Substrat, Aminen und die Werte anderer wichtiger experimenteller Parameter werden im Detail diskutiert.

Eine synthetische Methode zur Herstellung von imprägnierten und gepfropften Kieselsäure-Verbundwerkstoffen auf Aminbasis für die Kohlenstoffabscheidung

Erfahren Sie die Laserätzung von Silica-Aerogelen für ästhetische Materialanwendungen. Diese Methode ermöglicht die Präzisionsbearbeitung von Monolithen in verschiedenen Formen, Größen und Farben für Kunst und nachhaltige Architektur.

Ästhetisch verbessertes Silica-Aerogel durch Einbau von Laserätzen und Farbstoffen

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