La préparation de pigment bleu égyptien, un mélange de la plupart CaCuSi 4 O 10 et SiO 2, est un processus bien étudié 4,13-21. Les nombreuses interventions déclarées peuvent être classées en deux catégories fondre flux ou à l'état solide des réactions. Deux avantages majeurs de l'approche fusion flux est qu'il permet des températures de réaction plus basses (<900 ° C) et permet CaCuSi 4 O 10 cristaux de nucléation et la croissance d'une phase de verre fondu 20. La composante de flux est généralement un sel alcalin (par exemple Na 2 CO 3) ou borate (par exemple le borax). En comparaison, les synthèses à l'état solide omettent le flux, mais nécessitent des températures plus élevées (~ 1000 ° C) pour la réaction entre Ca, CuO, et SiO 2 sources d'atteindre la fin.
Bien que la synthèse de Han pigment bleu n'est pas aussi bien étudié que celui de bleu égyptien 4,22-25, la préparation de BaCuSi 4 O 10 suit flux de fusion similaire et routes à l'état solide avec deux différences: (1) un flux PbO doit être utilisé, et (2) les températures de réaction doit être contrôlée de plus près, car des phases Ba-Cu-Si-O alternatives qui peut former (par exemple BaCuSi 2 O 6).
Ces points sont illustrés par les procédures détaillées et les résultats décrits dans le présent document. Tout d'abord, pour toutes les méthodes, les matières premières doivent être réduites en poudre lisse (figures 1a-d) constitué de 5-20 um particules (caractérisés par SEM; figures 2a-d). Ensuite, l'utilisation d'une quantité importante de flux (12,5% en poids) dans la préparation d'CaCuSi 4 O 10 et BaCuSi 4 O 10 conduit à des produits hautement cristallins, qui sont caractérisés par une coloration bleue intense (figures 3a et 3c), relativement grandes tailles de particules (figure 4a ), Et diagrammes de PXRD fortes (figures 5a et 6a). Les rendements diminués isolées (~ 70%) à partir de ces préparations sont provoquées par l'adhésion des mélanges réactionnels fondus dans le creuset. En comparaison, CaCuSi 4 O 10 et BaCuSi 4 O 10 préparé par le semi-conducteur itinéraire exposition de coloration moins intense (figures 3b et 3d) et des tailles de particules plus petites (figure 4b). Comme synthétisés, ces produits sont des poudres qui peuvent être isolés avec des rendements quasi-quantitatifs. Ainsi, pour les deux CaCuSi 4 O 10 et BaCuSi 4 O 10, les avantages de flux et l'importance de la température de réaction ne peut pas être surestimée.
Remarquablement, l'exfoliation de CaCuSi 4 O 10 et BaCuSi 4 O 10 se produit dans des conditions aqueuses simples. Dans le cas de CaCuSi 4 O 10, cette réaction est très lente à mangertempérature (≥ 6 semaines pour voir une exfoliation appréciable), mais il devient de synthèse utile à 80 ° C (exfoliation importante après 2 semaines). En comparaison, l'exfoliation de BaCuSi 4 O 10 est lent, même à 80 ° C, et donc nous appliquer une entrée encore plus d'énergie sous forme d'ultrasons. Ces réactions sont très fiables avec deux mises en garde. Pour CaCuSi 4 O 10, il est important d'utiliser un barreau d'agitation revêtu de verre; si une barre d'agitation norme PTFE est utilisé, nous constatons que les sous-produits PTFE contaminer le produit CaCuSi 4 O 10 nanofeuille. Pour BaCuSi 4 O 10, il est important de contrôler la puissance de traitement aux ultrasons et du temps de sorte que la réaction est arrêtée avant que les nanofeuillets se dégradent.
La microscopie électronique à transmission (TEM) des produits de la nanofeuille montre que ces matériaux très minces ont des dimensions latérales allant de plusieurs centaines de nanomètres à plusieurs microns. En général, ces dimensions latérales sont en corrélation avec la taille des cristallites de la matière de départ en trois dimensions. Dans des travaux antérieurs, microscopie à force atomique a fourni la cartographie topographique qui a démontré les épaisseurs à une seule couche (~ 1,2 nm) de ces nanofeuillets 12. Photographies de poudre CaCuSi 4 O 10 et O 10 BaCuSi 4 échantillons de nanofeuille (figures 3e-h) montrent que la couleur est moins intense que celle des matériaux de départ, un résultat direct de la nanostructuration.
Des informations complémentaires sont fournies par DRXP (figures 5 et 6), qui révèle le clivage basal long de la plan (001) et l'orientation pratique le long de la {00} l série pour tous les échantillons de nanofeuille. Ces caractéristiques reflètent l'alignement empilé de ces nanomatériaux très anisotropes quand goutte-Cast sur un substrat. En outre, le NIR émission caractéristique de CaCuSi 4 O 10 à ~ 910 nm et BaCuSi 4 O 10 à ~ 950 nm est illustré dans une photographie de NIR de l'ensemble des huit échantillons (Figure 8).
Le traitement d'une solution de CaCuSi 4 O 10 peut être réalisé en préparant simplement une dispersion colloïdale de CaCuSi 4 O 10 nanofeuillets (figure 9) pour l'utiliser comme une encre. Cette encre peut ensuite être appliquée à un substrat par dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, impression à jet d'encre 12, ou tout simplement le brossage (Figure 10). Surtout, les propriétés NIR d'émission de CaCuSi 4 O 10 sont conservés à toutes les étapes de ce processus. Ces nouvelles possibilités soulignent le contraste entre CaCuSi 4 O 10 nanofeuillets et l'utilisation traditionnelle de pigment bleu égyptien, un matériau hautement granulaire qui est difficile à intégrer dans une peinture lisse.