Aerogel de sílice estéticamente mejorado mediante la incorporación de grabado láser y tintes

Este protocolo presenta la primera metodología visual para el grabado y corte de Aerogel liso y teñido mediante un sistema de grabado láser. La principal ventaja de esta técnica es su simplicidad, ya que permite grabar monolitos de aerogel de cualquier forma, tamaño o color. La presentación en video permite la demostración de las consideraciones prácticas del protocolo, incluida la colocación del aerogel y la alineación del cortador láser.

Para preparar un molde para la fabricación de monolitos de aerogel, seleccione un molde de acero de tres partes que consista en una parte superior, media e inferior con dimensiones exteriores de 15.24 por 14 centímetros en una cavidad de 10 por 11 centímetros en el centro. La parte superior del molde debe tener siete orificios de ventilación de 0,08 centímetros en cada lado. Use jabón diluido y una esponja de textura áspera para frotar las partes superior, media e inferior del molde y seque todas las partes limpias del molde con una toalla de papel.

Después del secado, use toallitas de limpieza desechables individuales sumergidas en acetona para limpiar el moho hasta que la toallita de limpieza permanezca limpia. A continuación, use papel de lija de grano 2, 000 para lijar ligeramente todas las superficies hasta que el molde esté liso al tacto y se haya eliminado cualquier residuo de usos anteriores, prestando especial atención al interior del molde medio donde se forma el Aerogel. Limpa los orificios de ventilación en la parte superior del molde con aire comprimido y aplique manualmente aproximadamente 2,4 mililitros de grasa de alto vacío en una capa gruesa, incluso de uno a dos milímetros, sobre toda la superficie de conexión superior del molde inferior y aproximadamente un mililitro de grasa en una capa gruesa, incluso de uno a dos milímetros, a la mitad exterior de la superficie de conexión inferior del molde superior.

Aplique aproximadamente 0,5 mililitros de grasa de alto vacío en una capa incluso inferior a 0,5 milímetros en las superficies interiores de los moldes superior e inferior y use una toallita de limpieza desechable para limpiar el exceso de grasa hasta que la superficie se sienta lisa y no quede pegajosa de la grasa. Aplique manualmente 0,5 mililitros de grasa de alto vacío en una capa de grasa incluso inferior a 0,5 milímetros en la superficie interior del molde central. Para preparar el archivo de patrón de grabado, abra un nuevo documento en una aplicación de dibujo adecuada y agregue el texto o la imagen deseados de cualquier tamaño y ancho de línea directamente al documento, luego guarde el archivo.

Para grabar un monolito de Aerogel, primero encienda el grabador láser, el sistema de escape al vacío y la computadora conectada. Mida el tamaño de la superficie del monolito Aerogel que se grabará y abra el archivo de patrón de grabado. Establezca el tamaño de dimensión del documento para que corresponda al tamaño del monolito aerogel medido y abra la tapa del grabador láser.

Use una mano enguantada para colocar el Aerogel en la plataforma del grabador láser y alinee el Aerogel en la esquina superior izquierda con el Aerogel tocando las reglas superior e izquierda. Voltee el medidor de enfoque manual del imán en forma de V conectado al láser boca abajo y presione Focus en el grabador láser. Proteja el monolito de Aerogel con una toallita de limpieza desechable y use la flecha hacia arriba en el panel de control del grabador láser para mover la plataforma del grabador láser hasta que la parte inferior del medidor de enfoque manual toque el Aerogel.

Retire la toallita y devuelva el medidor a su posición original. Cierre la tapa del grabador láser y haga clic en Archivo e imprimir en el programa de dibujo. Seleccione el grabador láser como ubicación de impresión y abra la ventana de preferencias para establecer las propiedades de la impresora.

Seleccione el modo ráster dentro de un DPI de 600, una velocidad del 100% y una potencia del 55%Confirme que el tamaño de la pieza coincida con el tamaño del monolito de Aerogel medido y haga clic en Aplicar e imprimir. En el panel frontal del grabador láser, haga clic en Trabajo y seleccione el nombre de archivo correspondiente. Haga clic en Ir.Cuando el grabador láser termine, haga clic en Enfoque y utilice la flecha hacia abajo en el panel de control frontal del grabador láser para bajar la base.

Use una mano enguantada para transferir suavemente el aerogel de la plataforma del grabador láser a su contenedor y haga clic en Papelera para purgar el trabajo del grabador. Para cortar un monolito de Aerogel, encienda el grabador láser, el sistema de escape al vacío y la computadora conectada y mida el tamaño de la superficie del monolito de Aerogel que se va a cortar. Para el corte general, abra un nuevo documento en el programa de dibujo e introduzca las dimensiones del tamaño del documento para que se correlacione con el tamaño del monolito Aerogel medido.

Utilice la herramienta de dibujo de ancho de línea de pelo para crear el patrón que se cortará y coloque el patrón para que coincida con la ubicación de corte deseada en el Aerogel. Limpie una lámina de acero inoxidable de 0,0127 milímetros de espesor lo suficientemente grande como para cubrir la base del monolito Aerogel con acetona y coloque la lámina en la plataforma del grabador láser. Alinee el aerogel y la lámina de acero inoxidable en la esquina superior izquierda con el aerogel tocando las reglas superior e izquierda y ajuste la posición del medidor como se ha demostrado.

Haga clic en Archivo e imprimir en el programa de dibujo y seleccione el grabador láser como ubicación de impresión y abra la ventana de preferencias para establecer las propiedades de la impresora. Seleccione el modo vectorial y establezca el DPI en 600, la velocidad en 3%, la potencia en 90% y la frecuencia de 1, 000 Hertz. Confirme que el tamaño de la pieza coincida con el tamaño del aerogel medido.

La profundidad del corte variará con la velocidad del láser. Haga clic en Trabajo e Ir para iniciar el corte como se muestra. Después de recolectar la muestra, use un cepillo de espuma para eliminar suavemente cualquier pequeño trozo de Aerogel ablatado que quede en la cara del monolito que estaba en contacto con el láser.

Para este enfoque de mosaico de Aerogel, el mismo patrón se cortó en tres monolitos de Aerogel teñidos diferentes y las piezas se volvieron a ensamblar en un patrón de mosaico. Es posible grabar diseños en piezas monolíticas más pequeñas como se ha demostrado para obtener arreglos visualmente interesantes en condiciones de luz natural y ultravioleta incluso en piezas más pequeñas. Como se ilustra, los Aerogeles nativos se pueden grabar con patrones de diversa densidad con fotografías impresas en la superficie frontal de un Aerogel plano, en una superficie curva y en Aerogeles teñidos fluorescentes.

En esta imagen de microscopio electrónico de barrido de un aerogel de sílice grabado, se puede observar la interfaz entre las líneas grabadas y el aerogel nanoporoso casi suave y sin grabar. El grabado provoca la ablación y fusión del material de la superficie en estructuras similares a filamentos como se observa en esta imagen que muestra el efecto de un solo pulso láser del Aerogel. La preparación cuidadosa, incluido el ajuste de contraste de las imágenes a grabar, es fundamental para lograr resultados de alta calidad.

Un mayor refinamiento del método de grabado láser podría proporcionar una alternativa al micromecanismo de los aerogeles de sílice. Los monolitos estéticos de aerogel podrían encontrar aplicación en una amplia variedad de áreas, incluidas obras de arte y edificios sostenibles.