Name: Exfoliación de azul y Han egipcia Azul, Dos pigmentos a base de silicato alcalino Tierra Cobre (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-24T15:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Aprende a preparar nanoláminas procesables en solución de CaCuSi₄O₁₀ y BaCuSi₄O₁₀ mediante exfoliación térmica o por ultrasonido. Este método permite estudiar sus propiedades luminiscentes mediante imagen infrarroja cercana.

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Agradecemos al Prof. Marcos Abbe (UGA) para el suministro de los equipos de formación de imágenes NIR y el Dr. Rasik Raythatha (Solvay Performance Chemicals) el carbonato de bario utilizado en este trabajo. Reconocemos los esfuerzos de Isaías Norris (UGA pregrado) y Terra Blevins (North Oconee Escuela Secundaria), que ayudó a poner a prueba los métodos de síntesis.

1. Preparación de CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Melt Flux Síntesis de CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Pesar CaCO3, SiO2, y Cu 2 CO 3 (OH) 2 en una relación molar 2:08:01: 0,1331 g (1,330 mmoles) de CaCO 3, 0,3196 g (5,319 mmol) de SiO 2, 0,1470 g ( 0,6648 mmol) de Cu 2 CO 3 (OH) 2. Además, pesar los componentes de flujo (12,5% en peso):. 0.0375 g de Na 2 CO 3, 0,0125 g de NaCl, y 0,0250 g de Na 2 B 4 O 7 10H 2 O. Añadir estos materiales a un mortero de ágata limpio. </li><li> Grind mano de ~ 5 min con un mortero de ágata hasta que la mezcla se convierte en un polvo de color verde claro homogéneo (Figuras 1a y 2a). Transfiera esta mezcla a un crisol de platino limpio y seco. </li><li> Caliente el crisol en un horno a 875 ° C (tasa de incremento de 2 º C / min), mantengaa 875 ° C durante 16 h, y luego enfriar hasta la temperatura ambiente (velocidad de 0,8 º C / min). </li><li> Retirar los cristales del crisol y suavemente aplastarlos usando una mano de mortero. </li><li> Permitir que los cristales en remojo en 50 ml de HCl acuoso 1 M durante la noche para eliminar el flujo de masa fundida. </li><li> Filtra los cristales y se lavan con agua desionizada para eliminar totalmente cualquier flujo de masa fundida restante. Nota: Este material debe ser molido en un polvo más fino para el polvo de difracción de rayos X (PXRD) análisis (Figura 5). También se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3), microscopía electrónica de barrido (SEM) (Figura 4), ​​y NIR fotografía (Figura 8). </li></ol></li><li> Sólido de síntesis de estado de CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Pesar CaCO3, SiO2, y CuO en una relación molar 1:04:01: 0,1331 g (1,330 mmoles) de CaCO 3, 0,3196 g (5,319 mmol) de SiO 2, y 0,1058 g de CuO (1,330 mmoles)y agregar a un mortero de ágata limpio. </li><li> Humedezca la mezcla de polvo con 1-2 ml de acetona y grind mano con un mortero de ágata de ~ 5 min. Transferir el polvo gris claro resultante (Figuras 1b y 2b) en un crisol de platino. </li><li> Caliente el crisol en un horno de caja a 1020 ° C a una velocidad de rampa de 5 ° C / min, mantenido durante 16 horas, y luego enfriar a temperatura ambiente </li><li> Raspe el polvo de color azul-gris suelta, la luz usando un politetrafluoroetileno (PTFE) espátula. Nota: El producto se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3), SEM (Figura 4), ​​de PXRD (Figura 5), y NIR fotografía (Figura 8). </li></ol></li></ol> 2. Síntesis de BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Melt Flux Síntesis de BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Pesar BaCO3, SiO2, y CuO en una relación molar 01:04:01:0,2085 g BaCO3 (1,057 mmoles), 0,2539 g de SiO2 (4,226 mmoles), y 0,0840 g de CuO (1,056 mmoles). Además, pesar el componente de flujo (12,5% en peso): 0,0765 g de PbO. Añadir estos materiales a un mortero de ágata limpio. </li><li> Grind mano de ~ 5 min con un mortero de ágata hasta que la mezcla se convierte en un polvo gris claro homogéneo (Figuras 1c y 2c). Transfiera esta mezcla a un crisol de platino limpio y seco. </li><li> Caliente el crisol en un horno a 950 ° C (tasa de incremento de 2 º C / min), mantener a 950 º C durante 24 horas, luego enfriar lentamente hasta 700 º C (velocidad de 0,1 º C / min), y, finalmente, enfriar a temperatura ambiente. </li><li> Retirar los cristales del crisol y suavemente aplastarlos usando una mano de mortero. </li><li> Permitir que los cristales en remojo en 50 ml de HNO acuosa 1 M 3 durante la noche para eliminar el flujo de masa fundida. </li><li> Filtrar los cristales y se lava con agua desionizada para eliminar completamente el resto del flujo de masa fundida. Nota: Esta mamaterial debe ser molido en un polvo más fino para el análisis de PXRD (Figura 6). También se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3) y NIR fotografía (Figura 8). </li></ol></li><li> Sólido de síntesis de estado de BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Pesar BaCO3, SiO2, y CuO en una relación molar 1:04:01: 0,2085 g BaCO3 (1,057 mmoles), 0,2539 g de SiO2 (4,226 mmoles), y 0,0840 g de CuO (1,056 mmol) y añadir a una mortero de ágata limpio. </li><li> Humedezca la mezcla de polvo con 1-2 ml de acetona y grind mano con un mortero de ágata de ~ 5 min. Transferir el resultado en polvo de color gris claro (Figuras 1d y 2d) en un crisol de platino. </li><li> Caliente el crisol en un horno de caja de 960 ° C a una velocidad de rampa de 5 º C / min y mantener durante 16 horas, después se enfría a temperatura ambiente. </li><li> Raspe el polvo azul floja usando un politetrafluoroetileno (PTFE) espátula. Nota:El producto se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3), de PXRD (Figura 6), y NIR fotografía (Figura 8). </li></ol></li></ol> 3. Exfoliación de CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Cargar un matraz de fondo redondo de 50 ml con 0,50 g de CaCuSi 4 O 10, 40 ml de agua desionizada, y una barra de agitación magnética revestida de vidrio. </li><li> Adjuntar un condensador enfriado por agua al matraz. Calentar la reacción a 85 ° C con agitación magnética a 400 rpm durante dos semanas. </li><li> Eliminar de la fuente de calor, deje que la solución se asiente durante la noche sin ser molestados, y después se filtra el sobrenadante a través de un filtro de 0,4 micras de membrana. Vacío secar los sólidos. Nota: El producto es un polvo de color azul claro que se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3), de PXRD (Figura 5), microscopía electrónica de transmisión (TEM) (Figura 7), y NIR fotografía (Fig.Ure 8). </li></ol> 4. Exfoliación de BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Carga de un tubo de centrífuga de plástico de 50 ml con 0,14 g de BaCuSi 4 O 10 y 20 ml de N-vinil pirrolidona. </li><li> Con el tubo de centrífuga sumerge en un baño de hielo / agua, someter a ultrasonidos con un ultrasonicador sonda a 40% de la amplitud (17 W) durante 1 hora. </li><li> Deje que se asiente dispersión inalteradas durante la noche, y luego decantar el sobrenadante a un nuevo tubo de centrífuga. </li><li> Centrifugar a 10.286 xg utilizando una centrifugadora. Decantar el sobrenadante, dejando las nanoláminas en la parte inferior del tubo de centrífuga. </li><li> Resuspender este material en 20 ml de agua con unos pocos minutos de sonicación baño. Para aislar un polvo, se filtra a través de un filtro de membrana de 0,4 micras y de vacío secar los sólidos. Nota: El producto es un polvo de color azul claro que se puede caracterizar por microscopía óptica (Figura 3), PXRD (Figura 6), TEM (Figura 7 </strong&gt;) y NIR fotografía (Figura 8). </li></ol> 5. Preparación de tinta <ol><li> Dispersar ~ 0,10 g de CaCuSi 4 O 10 nanoláminas en 5 ml de agua desionizada utilizando sonicación baño durante ~ 10 min. Nota: Esta tinta (Figura 9) se puede utilizar para la pintura, impresión, etc Véase la figura 10 para un ejemplo representativo en el que se aplica la tinta al papel con un cepillo. </li></ol> 6. Infrarrojo Cercano Imaging fotográfica <ol><li> Irradiar las muestras usando la luz roja (por ejemplo, con un emisor de luz de matriz de diodos de color rojo), teniendo cuidado de eliminar cualquier otra fuente de luz. </li><li> Fotografía utilizando una cámara modificada a la imagen en la región del infrarrojo cercano. Utilice f establecer f/22 parada y un tiempo de exposición de 0,5 seg. </li></ol>

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Los autores no tienen intereses financieros en competencia.

La preparación de pigmento azul egipcio, una mezcla de la mayoría CaCuSi 4 O 10 y SiO2, es un proceso bien estudiado 4,13-21. Los numerosos procedimientos reportados pueden ser categorizados como derretir reacciones de flujo o de estado sólido. Dos de las principales ventajas de la vía de flujo de masa fundida son que permite temperaturas de reacción más bajas (&lt;900 ° C) y permite CaCuSi 4 O 10 cristales para nuclean y crecen a partir de una fase de vidrio fundido 20. El componente de flujo es típicamente una sal de metal alcalino (por ejemplo, Na 2 CO 3) o compuesto de borato (por ejemplo, bórax). En comparación, las síntesis de estado sólido omiten el flujo, sino que requieren temperaturas más altas (~ 1000 ° C) para la reacción entre Ca, CuO y SiO 2 fuentes para llegar a su finalización. Aunque la síntesis de Han pigmento azul no está tan bien estudiada como la de azul egipcio 4,22-25, la preparación de BaCuSi 4 O 10 sigue el flujo de masa fundida similar y rutas de estado sólido con dos diferencias: (1) un flujo PbO se debe utilizar, y (2) las temperaturas de reacción debe estar más estrechamente controlado por fases Ba-Cu-Si-O alternativos que puede formar (por ejemplo BaCuSi 2 O 6). Estos puntos se ilustran mediante los procedimientos detallados y resultados descritos en este documento. En primer lugar, para todos los métodos, los materiales de partida deben ser molidos en un polvo suave (Figuras 1a-d) que consta de 5 a 20 micras (partículas caracterizadas por SEM; figuras 2a-d). A continuación, el uso de una cantidad significativa de flujo (12,5% en peso) en la preparación de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 conduce a productos altamente cristalinos, que se caracterizan por una intensa coloración azul (figuras 3a y 3c), relativamente grandes tamaños de partículas (Figura 4a </strong&gt;) Y fuertes patrones PXRD (figuras 5a y 6a). Los rendimientos disminuidos aislados (~ 70%) de estas preparaciones son causadas por la adhesión de las mezclas de reacción fundido para el crisol. En comparación, CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 preparado por la ruta exhibición de estado sólido menos intensa coloración (Figuras 3b y 3d) y tamaño de las partículas más pequeñas (Figura 4b). Cuando se sintetizan, estos productos son polvos que se pueden aislar en rendimientos casi cuantitativos. Así, por tanto CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10, las ventajas de flujo y la importancia de la temperatura de reacción pueden no ser exagerada. Cabe destacar que la exfoliación de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 se produce en condiciones acuosas simples. En el caso de CaCuSi 4 O 10, esta reacción es bastante lento en la salatemperatura (≥ 6 semanas para ver cualquier exfoliación apreciable), pero se vuelve sintéticamente útil a 80 ° C (exfoliación sustancial después de 2 semanas). En comparación, la exfoliación de BaCuSi 4 O 10 es lento, incluso a 80 ° C, y por lo que se aplica una mayor entrada de energía en forma de ultrasonidos. Estas reacciones son muy fiables, con dos salvedades. Para CaCuSi 4 O 10, es importante utilizar una barra de agitación recubierta de vidrio; si se utiliza una barra de agitación estándar recubierto de PTFE, nos encontramos con que los subproductos de PTFE contaminan el producto nanosheet CaCuSi 4 O 10. Para BaCuSi 4 O 10, es importante para controlar la potencia y el tiempo de tratamiento con ultrasonidos de modo que la reacción se detiene antes de que los nanoláminas se degradan. Microscopía electrónica de transmisión (TEM) de los productos nanosheet muestra que estos materiales muy finos tienen dimensiones laterales que van desde cientos de nanómetros a varios micrófonorons. En general estas dimensiones laterales se correlacionan con el tamaño de los cristalitos del material de partida en tres dimensiones. En un trabajo anterior, microscopía de fuerza atómica proporciona cartografía topográfica que demostró el espesor de una sola capa (~ 1.2 nm) de estos nanoláminas 12. Las fotografías de polvo CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 muestras nanosheet (Figuras 3e-h) muestran que su color es menos intensa que la de los materiales de partida, un resultado directo de la nanoestructuración. Se proporciona información adicional por PXRD (Figuras 5 y 6), que revela la escisión basales a lo largo del plano (001) y la orientación preferida a lo largo de la {00} L serie para todas las muestras nanosheet. Estas características reflejan la alineación apilada de estos nanomateriales altamente anisotrópicos cuando fundido a gota sobre un sustrato. Además, la emisión NIR característica de CaCuSi 4 O 10 a ~ 910 nm y BaCuSi 4 O 10 a ~ 950 nm se ilustra en una fotografía de NIR de las ocho muestras (Figura 8). El procesamiento de solución de CaCuSi 4 O 10 se puede realizar simplemente preparando una dispersión coloidal de CaCuSi 4 O 10 nanoláminas (Figura 9) para usar como una tinta. Esta tinta a continuación, se puede aplicar a un sustrato a través de recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por pulverización, chorro de tinta de impresión 12, o simplemente el cepillado (Figura 10). Es importante destacar que las propiedades de emisión NIR de CaCuSi 4 O 10 se mantienen en todas las etapas de este proceso. Estas nuevas posibilidades ponen de relieve el contraste entre CaCuSi 4 O 10 nanoláminas y el uso tradicional de pigmento azul egipcio, un material altamente granular que es un reto de incorporar en una pintura lisa.

Colores vibrantes eran muy apreciados en todo el mundo antiguo. Incluso hoy en día, todavía podemos ver los restos de pigmentos y colorantes creadas por cada cultura importante. Cabe destacar que dos de los más famosos pigmentos azules sintéticos comparten una composición química similar y estructura, a pesar de haber sido ampliamente desarrollado en diferentes momentos y lugares. Los componentes coloreados de azul egipcio tanto, CaCuSi 4 O 10, y azul de Han, BaCuSi 4 O 10, pertenecen a la serie alcalinotérreo tetrasilicato cobre, ACuSi 4 O 10 (A = Ca, Sr, Ba) 1, así como la grupo gillespite más grande, ABSi 4 O 10 (B = Fe, Cu, Cr) 2,3. Más allá de las aplicaciones tradicionales de pigmento, el interés científico actual en estos materiales se centra en su fuerte de infrarrojo cercano (NIR) propiedades de emisión. Esta emisión se origina en el Cu 2 + en coordinación cuadrada plana; estos iones están unidos por tetraedrosrestos l de silicato dentro de la estructura cristalina tridimensional, y las capas resultantes se alternan con iones alcalinos 4-6. Técnicos destacados recientes incluyen imágenes NIR para identificar pigmentos azules egipcios y Han en artefactos del patrimonio cultural, de los lantánidos 7,8 dopaje de ACuSi 4 O 10 para mejorar las propiedades de reflectancia NIR y abrir nueva transferencia de energía pathways 9,10, el uso de ACuSi 4 O 10 como el material activo para sensores ópticos 11, y la exfoliación de CaCuSi 4 O 10 en nanoláminas monocapa 12. En particular, este último ejemplo proporciona una forma de nanoestructura CaCuSi 4 O 10 de modo que puede ser manejado como una dispersión coloidal en lugar de como un sólido en partículas 12. Debido a dispersiones coloidales son compatibles con las técnicas de procesamiento de solución (por ejemplo, recubrimiento de giro, impresión de chorro de tinta, la deposición capa por capación), este avance abre nuevas áreas de aplicación que van desde las tintas de seguridad de imagen biomédica. Los protocolos experimentales ilustrados en esta contribución permitirá a los investigadores de diversos orígenes para preparar, caracterizar y utilizar CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 nanoláminas en su trabajo.

<table><tbody><tr><td>Carbonato de sodio (Na2CO3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7795</td><td>bioXtra, &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Carbonato de calcio (CaCO3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C4830</td><td>bioXtra, &ge; 99,0 %</td></tr><tr><td>Carbonato de bario (BaCO3)</td>Muestra de investigación de <td>Solvay Performance Chemicals</td><td></td><td>: Pureza electrónica,</td></tr><tr><td>carbonato de cobre (II) nanocristalino de grado electrónico básico [Cu2CO3(OH)2]</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207896</td><td></td></tr><tr><td>Óxido de cobre (II) de grado reactivo (CuO)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>450812</td><td>base de metales traza del 99,99%</td></tr><tr><td>Dióxido de silicio (SiO2)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5631</td><td>~99%, tamaño de partícula 0,5-10 &mu; m (aproximadamente el 80% entre 1-5 y mu; m)</td></tr><tr><td>Tetraborato de sodio decahidratado (Na4B4O7.10H2O)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9640</td><td>ACS &ge; 99.5%</td></tr><tr><td>Cloruro de sodio (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td>ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Óxido de plomo (II) (PbO) &nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>402982</td><td>ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>N-Vinilpirrolidinona (C6H9NO)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>V3409</td><td>contiene hidróxido de sodio como inhibidor, ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Box Furnace</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Lindberg Blue</td></tr><tr><td>M Box Furnace</td><td>Carbolite</td><td>CWF 12/5 1200C</td><td></td></tr><tr><td>Bath Sonicator</td><td>Branson</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonicador</td><td>Qsonica</td><td></td><td>Misonix S-4000</td></tr><tr><td>Cámara</td> modificación <td>personalizada de la cámara Nikon D3000 por LDP LLC MaxMax.com</td><td>n/a</td><td>Cámara Xnite Nikon D3000 con una lente Nikkor 18-200 mm y un filtro Xnite 830&nbsp;</td></tr><tr><td>Fuente de luz</td><td>Excled Ltd.</td><td>Microscopio</td><td>óptico LED LED Colour Beamer</td></tr><tr><td>Microscopio</td><td>estereoscópico Leica</td><td></td><td>mz6 con cámara Spot Idea y software</td></tr><tr><td>Difractómetro de rayos X en polvo Difractómetro</td><td>Bruker</td><td></td><td>D8-Advance (Co-K y alfa; fuente de radiación)</td></tr><tr><td>Microscopio electrónico de transmisión</td><td>FEI</td><td></td><td>Technai 20</td></tr><tr><td>Microscopio electrónico de barrido</td><td>FEI</td><td></td><td>Inspect F</td></tr><tr><td>Filtros de membrana</td><td>Millipore</td><td>HTTP04700</td><td>Isopore Filtro de membrana con 0.4 &micro; m Tamaño de poro</td></tr></tbody></table>

exfoliación de azul y han egipcia azul, dos pigmentos a base de silicato alcalino tierra cobre

Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments

En un ejemplo de visualizar el pasado antiguo que conecta con los tiempos modernos, se describe la preparación y la exfoliación de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10, las partes de color de los históricos pigmentos azules azules y Han egipcios. Las formas a granel de estos materiales se sintetizan por tanto fundir rutas de flujo y de estado sólido, que proporcionan un cierto control sobre el tamaño de los cristalitos del producto. El proceso de flujo de masa fundida es intensiva en tiempo, pero que produce cristales relativamente grandes a temperaturas de reacción más bajas. En comparación, el método de estado sólido es más rápido aún requiere temperaturas de reacción más altas y produce cristalitos más pequeños. Después de agitar en agua caliente, CaCuSi 4 O 10 exfolia espontáneamente en nanoláminas monocapa, que se caracterizan por TEM y de PXRD. BaCuSi 4 O 10 en el otro lado requiere tratamiento con ultrasonidos en disolventes orgánicos para lograr la exfoliación. De imágenes de infrarrojo cercano ilustraque tanto el volumen y las formas nanosheet de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 son fuertes emisores de infrarrojos cercanos. Acuosa CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 dispersiones nanosheet son útiles porque proporcionan una nueva manera de manejar, caracterizar y procesar estos materiales en forma coloidal.

Las síntesis descritas de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 proporcionan aproximadamente 0,5 g de producto por lote. Los rendimientos aislados de CaCuSi 4 O 10 desde el flujo de masa fundida y síntesis de estado sólido suelen oscilar entre 70-75% y 90-95%, respectivamente. Para BaCuSi 4 O 10, el rendimientos aislados del flujo de masa fundida y síntesis de estado sólido suelen oscilar entre 65-70% y 95-99%, respectivamente. Las texturas de todos los materiales preparados, así como las diferencias en la intensidad de su color azul debido a diferentes tamaños de cristalitos, son visibles por microscopía óptica magnificación baja (figuras 3a-h). Microscopía electrónica de barrido (SEM) imágenes confirman que el método de estado sólido de sintetizar CaCuSi 4 O 10 produce ~ 1-15 micras cristalitos primarios (Figura 4b), mientras que en estado fundido condiciones de flujo conduce a ~ 5-50 micras cryst<html> allites (Figura 4a). Polvo de difracción de rayos X (PXRD) las pautas CaCuSi 4 O 10 (Figuras 5a y 5c) y BaCuSi 4 O 10 (Figuras 6a y 6c) mostrar la composición y pureza de fase de estos productos. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión Representante (TEM) muestran la morfología nanosheet de los productos de descamación (Figura 7). Además, imágenes fotográficas NIR muestra la fuerte luminiscencia tanto de la mayor y materiales exfoliadas (Figura 8). Una forma sencilla de ilustrar la capacidad de tratamiento de solución CaCuSi 4 O 10 nanoláminas es preparar una tinta acuosa (Figura 9) conveniente para la pintura (Figura 10). hres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg &quot;/&gt; Figura 1. Las fotografías de la tierra-mano materiales de partida. (A) CaCuSi 4 O 10 de flujo de masa fundida, (b) CaCuSi 4 O 10 de estado sólido, (c) BaCuSi 4 O 10 de flujo de masa fundida, y (d) BaCuSi 4 O 10 síntesis de estado sólido. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig1highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2.jpg" /> Figura 2. Microscopía Electrónica de Barrido. Imágenes de el terreno mano materiales para la (una) CaCuSi 4 O 10 de flujo de masa fundida de partida, ( <strong&gt; b) CaCuSi 4 O 10 de estado sólido, (c) BaCuSi 4 O 10 de flujo en estado fundido, y (d) BaCuSi 4 O 10 síntesis de estado sólido. Todas las muestras se recubrieron con oro antes de la imagen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3.jpg" /> Figura 3. Microscopía óptica. Granel CaCuSi 4 O 10 preparado por flujo en estado fundido (a) y de estado sólido (b) procedimientos. Granel BaCuSi 4 O 10 preparado por flujo en estado fundido (C) y de estado sólido (d) procedimientos. Productos exfoliadas (eh) de (a-<html> d), respectivamente. Todas las imágenes comparten el espectáculo barra de escala 1 mm en el panel (a). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4.jpg" /> Figura 4. Microscopía Electrónica de Barrido. Imágenes de mayor CaCuSi 4 O 10 hecha por el flujo de masa fundida (A) y del estado (b) métodos sólidos. Las muestras se recubrieron con oro antes de la imagen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> 686/51686fig5highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; . Figura 5 Polvo difracción de rayos X:. CaCuSi 4 O 10 Patrones para CaCuSi mayor 4 O 10 preparado por el flujo de fusión (a) y los métodos de estado sólido (c). Los asteriscos denotan una impureza de sílice. Patrones para exfoliada CaCuSi 4 O 10, (b) y (d), preparado a partir de (a) y (c), respectivamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig5highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="La figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" width="500" /> . Figura 6 Polvo Difracción de Rayos X:. BaCuSi 4 O 10 Patrones para mayor BaCuSi 4 O 10 preparado por el flujo de fusión ( <strong&gt; a) y de estado sólido (c) los métodos. El asterisco denota una impureza de sílice. Patrones para exfoliada BaCuSi 4 O 10, (b) y (d), preparado a partir de (a) y (c), respectivamente. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="La figura 7" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7.jpg" /> Figura 7. Microscopía Electrónica de Transmisión. Imágenes representativas de exfoliada CaCuSi 4 O 10 derivado de CaCuSi granel 4 O 10 hecha por el flujo de masa fundida (A) o de estado sólido (b) métodos. Imágenes representativas de exfoliada BaCuSi 4 O 10 derivado del mayorBaCuSi 4 O 10 hecha por el flujo de fusión (c) o en estado sólido (d) métodos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8.jpg" /> Figura 8. Infrarrojo Cercano Imaging. Luminiscencia de CaCuSi mayor 4 O 10 preparado por el flujo de fusión (a) y (b) los procedimientos de estado sólido. La luminiscencia de mayor BaCuSi 4 O 10 preparado por flujo en estado fundido (C) y de estado sólido (d) procedimientos. La luminiscencia de los productos exfoliadas (eh) de (AD), respectivamente. Las muestras de polvo están contenidos dentro de frascos de vidrio, y la entire grupo de muestras fue fotografiada a la vez. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9.jpg" /> La Figura 9. Fotografía de una tinta CaCuSi 4 O 10 nanosheet en un vial. <img alt="Figura 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10.jpg" /> Figura 10. Infrarrojo Cercano Imaging. Una pintura rudimentaria con la tinta CaCuSi 4 O 10 nanosheet que ilustra tanto su sencilla aplicación y sus propiedades de luminiscencia.

La preparación y la exfoliación de CaCuSi 4 O 10 y BaCuSi 4 O 10 se describen. Tras la agitación en agua caliente, CaCuSi 4 O 10 exfolia espontáneamente en monocapas, mientras que BaCuSi 4 O 10 requiere ultrasonidos en disolventes orgánicos. Infrarrojo cercano (NIR) de formación de imágenes ilustra las propiedades de emisión NIR de estos materiales, y dispersiones acuosas de estos nanomateriales son útiles para el procesamiento de solución.

Exfoliación de azul y Han egipcia Azul, Dos pigmentos a base de silicato alcalino Tierra Cobre

In a visualized example of the ancient past connecting with modern times, we describe the preparation and exfoliation of CaCuSi4O10 and BaCuSi4O10, the ...

El objetivo general de este procedimiento es preparar nanohojas procesables en solución de materiales de calcio, cobre, tetrasilicato y tetrasilicato de bario y cobre. Esto se logra primero preparando los materiales a granel mediante métodos de estado sólido o de fusión por flujo. El segundo paso consiste en exfoliar estos materiales estratificados en nanohojas utilizando técnicas de calentamiento o ultrasonido.El paso final consiste en dispersar las nano hojas en agua para su procesamiento en solución. En última instancia, se utiliza microscopía electrónica de transmisión para demostrar la formación de nano hojas de silicato de tierras alcalinas y cobre, y la imagenología en el infrarrojo cercano muestra las propiedades luminiscentes de las muestras de nano hojas procesadas tanto en polvo como en solución. Este método puede proporcionar información sobre los factores que influyen en la formación y exfoliación de los silicatos de tierras alcalinas y cobre, y además ofrece una manera sencilla de procesar estos materiales.Comience a sintetizar el tetrasilicato de calcio y cobre mediante el método de fusión con fundente, pesando carbonato de calcio, dióxido de silicio y carbonato básico de cobre en una relación molar de dos a ocho a uno. Además, pese los componentes del fundente —carbonato de sodio, cloruro de sodio y borax— en un 12,5 % en peso respecto a los otros componentes. Coloque todos estos materiales en un mortero de huevo ocho.La mezcla inicialmente tendrá este aspecto. Utilice un mortero de ocho puntas para moler manualmente la mezcla durante aproximadamente cinco minutos. Deténgase cuando la mezcla se convierta en un polvo verde claro homogéneo.Luego, transfiera esta mezcla a un crisol de platino limpio y seco. A continuación, coloque el crisol en un horno ajustado y comience el ciclo adecuado de calentamiento y enfriamiento. Esto llevará más de 40 horas.Después de recuperar los cristales del horno, colóquelos en el mortero de ocho huevos y tritúrelos suavemente con un pistilo. A continuación, transfiera los cristales a un vaso de precipitados. Prepare 50 mililitros de ácido clorhídrico acuoso uno molar.Vierta esto en el recipiente con los cristales. Deje que los cristales se remojen durante la noche para eliminar el fundente. Después de al menos 10 a 12 horas, filtre los cristales.Elimine cualquier fundente restante lavándolos con agua desionizada. Los cristales se pueden almacenar en un vial para la síntesis en estado sólido de silicato de calcio, cobre y tetra, pese carbonato de calcio, dióxido de silicio y óxido de cobre. En una relación molar de uno a cuatro a uno, añada estos a un huevo limpio.Ocho morteros. Humedezca la mezcla de polvo con uno a dos mililitros de acetona. A continuación, muele la mezcla a mano con un pistilo de ágata durante aproximadamente cinco minutos.Deténgase cuando se convierta en un polvo gris claro. Después de transferir este polvo a un crisol de platino, coloque el crisol en un horno e inicie el ciclo adecuado de calentamiento y enfriamiento. Una vez completado el ciclo, tome el crisol y la espátula de A-P-T-F-E.Utilice la espátula para raspar el polvo suelto de color azul claro en un vial para exfoliar el tetrasilicato de calcio y cobre. Use un matraz redondo de 50 mililitros. Añádale 0,50 gramos de los cristales y 40 mililitros de agua desionizada.Además, agregue una barra magnética revestida de vidrio. A continuación, conecte un condensador refrigerado por agua al matraz. Coloque el matraz sobre una fuente de calor ajustada a 85 grados Celsius y una agitación fijada a 400 rpm.Mantenga estas condiciones durante dos semanas. Pasadas dos semanas, retire el matraz de la fuente de calor y agite. Deje el matraz aparte para permitir que la solución se asiente.El matraz debe permanecer sin perturbaciones durante la noche después de que haya sedimentado. Retire la barra de agitación y filtre el sobrenadante a través de un filtro de membrana de 0,4 micrómetros mediante filtración al vacío. Prepare una tinta con el tetrasilicato de calcio y cobre añadiendo aproximadamente 0,10 gramos del manguito nano a cinco mililitros de agua desionizada.Coloque esto en un baño de aceite. Cuando hayan pasado aproximadamente 10 minutos, retire el recipiente. El resultado es una tinta que puede utilizarse para pintar e imprimir para comenzar la síntesis por fusión fundente de tetrasilicato de bario y cobre: pese carbonato de bario, dióxido de silicio y óxido de cobre en una relación molar de uno a cuatro a uno.También pese un 12,5 % en peso del componente fundente óxido de plomo. Añada estos materiales a un mortero de ágata limpio y triture a mano hasta que la mezcla se convierta en un polvo gris claro. En este punto, transfiera la mezcla a un crisol de platino limpio y seco y colóquelo en un horno para iniciar un ciclo de calentamiento y enfriamiento.Después de recuperar los cristales del crisol, tritúrelos suavemente con un mortero para eliminar el fundente. Transfiera los cristales a un vaso de precipitados y sumérjalos en 50 mililitros de ácido nítrico uno molar. Después de remojarlos entre 10 y 12 horas, filtre los cristales y lávenlos con agua ionizada para eliminar el resto del fundente.La síntesis en estado sólido del tetrasilicato de bario y cobre comienza con carbonato de bario, dióxido de silicio y óxido de cobre en una relación molar de uno a cuatro a uno en un mortero de porcelana limpio, humedezca la mezcla con uno a dos mililitros de acetona. Muela el polvo a mano hasta que adquiera un color gris claro. Transfiera el polvo a un crisol de platino y colóquelo en un horno para su ciclo de calentamiento y enfriamiento.Cuando el ciclo haya terminado, utilice una espátula A-P-T-F-E para raspar el material. Almacene el polvo azul suelto en un vial. La exfoliación del tetrasilicato de bario y cobre comienza con un tubo centrífugo de plástico de 50 mililitros. Añada 0,14 gramos de los cristales y 20 mililitros de pernona vinílica con el tubo sumergido en un baño de hielo.Utilice un sonicador con sonda a 17 vatios para sonicar durante una hora. Después de la sonicación, deje reposar la dispersión sin perturbar durante la noche. A continuación, después de 10 a 12 horas, decante el sobrenadante en un nuevo tubo de centrífuga.Utilice la centrífuga para centrifugar el contenido a aproximadamente 10,300 G durante 10 minutos. Una vez finalizada la centrifugación, retire el tubo y deseche el sobrenadante, dejando las láminas nanométricas en el fondo del tubo. Para resuspender este material, agregue 20 mililitros de agua.Transfiera el recipiente a un baño, sométalo a ultrasonidos y continúe la sonicación durante unos minutos. Retire el recipiente, filtre la mezcla a través de un filtro de membrana de 0,4 micrómetros y seque todos los materiales. Coloque una cámara capaz de obtener imágenes en el infrarrojo cercano, ajuste su número F a 22 y su tiempo de exposición a 0,5 segundos. A continuación, ilumine las muestras con una matriz de LED u otra fuente de luz roja.Elimine otras fuentes de luz y capture imágenes de la muestra. A continuación se muestran imágenes ópticas con baja magnificación de silicato de calcio cobre tetra obtenido por flujo fundido y por síntesis en estado sólido. A continuación, silicato de bario cobre tetra en masa obtenido por flujo fundido y por síntesis en estado sólido.Aquí se muestran los productos exfoliados. Estas imágenes de los materiales preparados muestran sus texturas y las diferencias en la intensidad de su color azul debido a tamaños cristalinos variables. La escala de longitud en la primera imagen es válida para todas estas imágenes de microscopía electrónica de barrido de silicato de calcio cobre tetrabásico recubierto con oro, y muestra cómo los diferentes procedimientos de preparación conducen a tamaños distintos de cristalitos.A la izquierda, el producto de la síntesis por fusión fundida tiene cristalitos de cinco a 50 micrómetros. El producto de la síntesis en estado sólido a la derecha tiene polvo de cristalitos de uno a 15 micrómetros. La difracción de rayos X proporciona información sobre la composición de los productos.A continuación se muestran los patrones para la serie de tetrasilicato de calcio y cobre. Los patrones azules corresponden al material masivo preparado mediante el método de fusión fundida en la parte inferior y la muestra exfoliada subsiguiente en la parte superior. Los patrones verdes corresponden al material masivo preparado mediante el método de estado sólido en la parte inferior y la muestra exfoliada subsiguiente en la parte superior.El asterisco indica una impureza de silicio. Estas imágenes representativas de microscopía electrónica de transmisión muestran nanohojas de tetrasilicato de calcio y cobre en los dos paneles superiores y nanohojas de tetrasilicato de bario y cobre en los dos paneles inferiores.Las imágenes de la izquierda corresponden a nanoplacas derivadas de materiales masivos preparados mediante raíces de fusión, mientras que las imágenes de la derecha corresponden a nanoplacas derivadas de materiales masivos preparados mediante raíces en estado sólido. A continuación se muestra una pintura rudimentaria realizada con tinta de nanoplacas de tetrasilicato de cobre y calcio que ilustra tanto su aplicación sencilla como sus propiedades de luminiscencia siguiendo este procedimiento. Otras técnicas como recubrimiento por centrifugado, recubrimiento por pulverización, impresión por chorro de tinta y deposición capa por capa pueden utilizarse para procesar nanoplacas de tetrasilicato de cobre y tierras alcalinas para su estudio adicional y el desarrollo de aplicaciones.

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Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

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