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Article de méthode

Aérogel de silice esthétiquement amélioré grâce à l’incorporation de gravure au laser et de colorants

2.8K vues

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DOI :

10.3791/61986

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12 mars 2021

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Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit une méthode pour graver du texte, des motifs et des images sur la surface de monolithes d’aérogel de silice sous forme native et teinte et assembler les aérogels en mosaïques.

Résumé

Une procédure d’amélioration esthétique des monolithes d’aérogel de silice par gravure au laser et incorporation de colorants est décrite dans ce manuscrit. En utilisant une méthode d’extraction supercritique rapide, un grand monolithe d’aérogel de silice (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) peut être fabriqué en environ 10 h. Les colorants incorporés dans le mélange de précurseurs donnent des aérogels teintés de jaune, de rose et d’orange. Le texte, les motifs et les images peuvent être gravés sur la surface (ou les surfaces) du monolithe d’aérogel sans endommager la structure en vrac. Le graveur laser peut être utilisé pour découper des formes de l’aérogel et former des mosaïques colorées.

Introduction

L’aérogel de silice est un matériau nanoporeux, à grande surface, acoustiquement isolant avec une faible conductivité thermique qui peut être utilisé dans une gamme d’applications allant de la collecte de la poussière spatiale au matériau isolant de bâtiment1,2. Lorsqu’ils sont fabriqués sous forme monolithique, les aérogels de silice sont translucides et peuvent être utilisés pour fabriquer des fenêtres hautement isolantes3,4,5.

Récemment, nous avons démontré qu’il est possible de modifier....

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Protocole

Des lunettes de sécurité ou des lunettes de protection doivent être portées lors de la préparation des solutions de précurseurs d’aérogel, du travail avec la presse à chaud et de l’utilisation du système de gravure au laser. Des gants de laboratoire doivent être portés lors du nettoyage et de la préparation du moule, de la préparation de la solution de réactif chimique, du versement de la solution dans le moule dans la presse à chaud et de la manipulation de l’aérogel. Lisez les fiches de données de sécurité (FDS) de tous les produits chimiques, y compris les solvants, avant de travailler avec eux. L’orthosilicate de tétraméthyle (TMOS), le méthanol et l’ammoniac conc....

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Résultats

Ce protocole peut être utilisé pour préparer une grande variété de monolithes d’aérogel esthétiquement agréables pour des applications incluant, mais sans s’y limiter, l’art et la conception de bâtiments durables. L’inclusion dans le mélange précurseur des petites quantités de colorant utilisées ici n’est observée que pour avoir un impact sur la couleur du monolithe d’aérogel résultant; les changements dans d’autres propriétés optiques ou structurelles ne sont pas observés.

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Discussion

Ce protocole montre comment la gravure au laser et l’inclusion de colorants peuvent être utilisées pour préparer des matériaux d’aérogel esthétiques.

La fabrication de grands monolithes d’aérogel (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) nécessite une préparation appropriée de la moisissure par ponçage, nettoyage et application de graisse pour empêcher l’aérogel de coller au moule et les fissures majeures de se former. Les parties du moule en contact direct avec la solution précurseur / l’aérogel bientôt formé.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier le Fonds de recherche de la faculté de l’Union College, le programme de subventions de recherche étudiante et le programme de recherche d’été de premier cycle pour le soutien financier du projet. Les auteurs tiennent également à remercier Joana Santos pour la conception du moule en trois pièces, Chris Avanessian pour l’imagerie SEM, Ronald Tocci pour la gravure sur la surface incurvée de l’aérogel et le Dr Ioannis Michaloudis pour son inspiration et son travail initial sur le projet de gravure ainsi que pour avoir fourni l’image de Kouros et l’aérogel cylindrique.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Papier de verre grain 2000Divers
Graveur laser 50WLaser Epilog N’importequel découpeur laser convient
AcétoneFisher Scientific www.fishersci.comA18-20Certifié ACS Reagent Grade  ;
Hydroxyde d’ammonium (ammoniac aqueux)Fisher Scientific www.fishersci.comA669S212Certifié ACS Plus, environ 14,8 N, 28,0-20,0 p/p %
BéchersAcheté chez Fisher ScientificN’importe quel bécher en verre convient.
Eau déminéraliséeAu robinet dans la maison
Balance numériqueOHaus Explorer ProToute balance numérique convient.
Lingettes nettoyantes jetablesFisher Scientific www.fishersci.com06-666KimWipe
CorelDraw Graphics SuiteCorelDraw
Feuille de graphite flexiblePhelps Industrial Products7500.062.31/16" d’épaisseur
FluorescéineSigma Aldrich www.sigmaaldrich.comF2456Teneur en colorant ~95 %
Pinceau en mousse  ;Divers  ;1-2 cm de taille Graisse
sous vide pousséDow Corning
Presse à chaud hydrauliqueTetrahedron www.tetrahedronassociates.comMTP-14N’importe quelle presse à chaud avec contrôle de la température et de la force fonctionnera. Nécessite une température maximale de ~550 F et une force maximale de 24 tonnes.
Graveur laserÉpilogue Hélice laser- 2450 W
Méthanol (MeOH)Fisher Scientific www.fishersci.comA412-20Certifié ACS Grade de réactif, &ge ; 99,8 %
Moulefabriqué en interneFabriquer à partir d’acier laminé à froid ou d’acier inoxydable.
Film de paraffineFisher Scientific www.fishersci.comS37441Parafilm M Film de laboratoire
Rhodamine-6G
Rhodamine-6g
FlouresceinRhodamine-6g
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com20,132-4Teneur en colorant ~95 %
Rhodamine-B
Rhodamine-6g
FlouresceinRhodamine-6g
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.comR-953Teneur en colorant ~80 %
Savon pour nettoyer le mouleDiverses
feuilles d’acier inoxydableVarious.0005" d’épaisseur, 304 Acier inoxydable
Système d’évacuation sous videPurex800iTout système d’échappement convient.
Micropipettor variable, 100-1000 & micro ; LFabriqué par Eppendorf, acheté auprès de Fisher Scientific www.fishersci.comS304665Any 100-1000 & micro ; L pipette convient.
Logiciel de dessin Tétraméthylorthosilicate (TMOS)Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com 218472-500G Pureté de 98 %, CAS 681-84-5 Nettoyeur à ultrasons FisherScientific FS6 153356 Tout sonicateur convient.

Références

  1. Aerogels Handbook. Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. , Springer. New York. (2011).
  2. Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of aerogels and their applications. Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).
  3. Zinzi, M., et al.

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Réimpressions et autorisations

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