מאמר שיטה

קילוף של מצרי הכחול והאן כחול, שני פיגמנטים המבוססים על סיליקט אלקליות כדור הארץ הנחושת

17.6K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/51686

⸱

24 באפריל 2014

 , 
1Department of Chemistry, The University of Georgia

במאמר זה

סיכום

ההכנה והקילוף של 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 מתוארים. לאחר ערבוב במים חמים, 4 CaCuSi O 10 מקלף באופן ספונטני לmonolayers, בעוד BaCuSi 4 O 10 דורש ultrasonication בממסים אורגניים. קרוב אינפרא אדום הדמיה (NIR) ממחישה את תכונות פליטת ניר של חומרים אלה, ותפוצות מימיות של ננו אלה הן שימושיות עבור עיבוד פתרון.

תקציר

בדוגמא דמיינו של העבר העתיק חיבור עם עידן מודרני, אנו מתארים את ההכנה והקילוף של 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10, רכיבי הצבע של הפיגמנטים הכחולים והאן המצריים ההיסטוריים הכחולים. צורות בתפזורת של חומרים אלו מסונתזים על ידי שני להמס מסלולי שטף ומצב מוצק, המספקים שליטה מסוימת על גודל הגביש של המוצר. תהליך השטף להמיס הוא זמן אינטנסיבי, אבל היא מייצרת גבישים גדולים יחסית בטמפרטורות תגובה נמוכות יותר. לשם השוואה, בשיטה של ​​המצב המוצק היא מהיר יותר אך דורשת טמפרטורות תגובה גבוהות יותר ותשואות גבישים קטנים יותר. לאחר ערבוב במים חמים, 4 CaCuSi O 10 מקלף באופן ספונטני ליריעות monolayer, המתאפיינים בTEM וPXRD. BaCuSi 4 O 10 מצד שני דורש ultrasonication בממסים אורגניים כדי להשיג קילוף. דימות אינפרא אדום הקרובה ממחישהכי הן בתפזורת וצורות nanosheet של 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 הן קרינה אינפרה ליד חזקה. המימית CaCuSi 4 O 10 וBaCuSi 4 O 10 תפוצות nanosheet שימושיים משום שהם מספקים דרך חדשה כדי להתמודד, לאפיין, ולעבד את החומרים הללו בצורת colloidal.

מבוא

צבעים מרהיבים היו יקר כל רחבי העולם העתיק. גם היום, אנחנו עדיין יכולים לראות את השרידים של פיגמנטים וצבעים שנוצרו על ידי כל תרבות גדולה. למרבה הפלא, שניים מהפיגמנטים הכחולים סינטטיים המפורסמים ביותר לשתף את הרכב כימי דומה ומבנה, למרות שפותח בזמנים ובמקומות שונים באופן נרחב. המרכיבים הצבעוניים של שניהם כחולים המצריים, 4 CaCuSi O 10, והאן הכחול, 4 BaCuSi O 10, שייכים לסדרת אלקלי האדמה tetrasilicate הנחושת, 4 ACuSi O 10 (= Ca, Sr, Ba) 1, כמו גם את קבוצה גדולה יותר gillespite, 4 עבסי O 10 (B = Fe, Cu, Cr) 2,3.

מעבר יישומי הפיגמנט מסורתיים, עניין מדעי הנוכחי בחומרים אלה מתרכז באינפרא אדום הקרוב החזק שלהם מאפייני פליטה (ניר). פליטה זו נובעת מCu 2 + בתיאום מישוריים רבוע; יונים אלה מקושרים על ידי tetrahedramoieties סיליקט ליטר בתוך מבנה הגביש תלת ממדים, וכתוצאה מכך השכבות לסירוגין עם יוני האדמה אלקלי 4-6. דגשים טכניים אחרונים כוללים הדמיה ניר לזהות פיגמנטים כחולים מצריים והאן על חפצי מורשת תרבותית 7,8, סימום lanthanide של 4 ACuSi O 10 כדי לשפר את תכונות החזרה ניר ולפתוח העברת אנרגיה חדשה מסלולי 9,10, השימוש ב4 ACuSi O 10 כחומר הפעיל לחיישנים אופטיים 11, והקילוף של CaCuSi 4 O 10 ליריעות monolayer 12.

בפרט, הדוגמא האחרונה זו מספקת דרך nanostructure 4 CaCuSi O 10, כך שהוא יכול להיות מטופלים כפיזור colloidal ולא כחלקיקים מוצקים 12. משום תפוצות colloidal בקנה אחד עם טכניקות עיבוד פתרון (למשל ציפוי ספין, הדפסת הזרקת דיו, deposi שכבה אחר שכבהtion), מראש זה מפותח תחומי יישומים חדשים שנעים בין דיו ביטחון להדמיה ביו. פרוטוקולי הניסוי מאוירים בתרומה זו יאפשר לחוקרי מרקעים שונים להכנה, אפיון, ולהשתמש 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 יריעות בעבודתם.

פרוטוקול

1. הכנת 4 CaCuSi O 10

  1. ממיסים שטף סינתזה של CaCuSi 4 O 10
    1. לשקול את 3 קאקו, SiO 2, וCu 2 CO 3 (OH) 2 ביחס 2:08:01 טוחנת: .1331 g (1.330 מילימול) של 3 קאקו, 0.3196 g (5.319 מילימול) של SiO 2, 0.1470 g ( 0.6648 מילימול) של Cu 2 CO 3 (OH) 2. כמו כן, לשקול את רכיבי שטף (12.5% ​​לפי משקל):. 0.0375 גרם של Na 2 CO 3, 0.0125 גרם של NaCl, ו0.0250 גרם של Na 2 B 4 O 7 10H 2 O. הוספת חומרים אלו למרגמת ברקת נקייה.
    2. לטחון יד ל~ 5 דקות עם העלי אגת עד שהתערובת הופכת לאבקה בצבע ירוקה בהירה הומוגנית (איורים 1 א ו 2 א). העבר את התערובת לכור היתוך פלטינה נקיה ויבש.
    3. מחממים את כור ההיתוך בתנור ל875 ° C (שיעור רמפה של 2 מעלות צלזיוס / min), החזקב-C ° 875 ל16 שעות, ולאחר מכן להתקרר לטמפרטורת חדר (שיעור 0.8 ° C / min).
    4. הסר את הגבישים מכור ההיתוך ובעדינות לרסק אותם באמצעות העלי.
    5. לאפשר את הגבישים כדי לספוג ב50 מיליליטר של 1 M HCl מימיים לילה להסיר את השטף להמיס.
    6. סנן את הגבישים ולשטוף עם מים deionized כדי להסיר כל שטף להמיס שנותר במלואו.
      הערה: חומר זה צריך להיות קרקע לאבקה עדינה לניתוח רנטגן העקיפה אבקה (PXRD) (איור 5). זה גם יכול להיות מאופיין על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3), מיקרוסקופית סריקת אלקטרונים (איור 4) (SEM), וצילום ניר (איור 8).
  2. סינתזה של מצב מוצק של CaCuSi 4 O 10
    1. לשקול את 3 קאקו, SiO 2, וCuO ביחס טוחנת 1:04:01: 0.1331 g (1.330 מילימול) של קאקו 3, גרם 0.3196 (5.319 מילימול) של SiO 2, ו.1058 גרם CuO (1.330 מילימול)ולהוסיף למרגמת ברקת נקייה.
    2. לצנן את תערובת האבקה עם 1-2 מיליליטר אצטון ויד לטחון עם העלי ברקת ל~ 5 דקות. להעביר את האבקה בצבע האפורה בהיר וכתוצאה מכך (1b דמויות ו2b) לתוך כור היתוך פלטינה.
    3. מחממים את כור ההיתוך בתנור תיבה ל1,020 ° C בקצב רמפה של 5 מעלות צלזיוס / דקה, להחזיק עבור 16 שעות, ולאחר מכן להתקרר לטמפרטורת חדר
    4. לגרד את האבקה רופפת, האור הכחולה אפורה בעזרת מרית polytetrafluoroethylene (PTFE).
      הערה: המוצר יכול להיות מאופיין על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3), SEM (איור 4), PXRD (איור 5), וצילום ניר (איור 8).

2. סינתזה של BaCuSi 4 O 10

  1. ממיסים שטף סינתזה של BaCuSi 4 O 10
    1. לשקול את 3 baco, SiO 2, וCuO ביחס טוחנת 1:04:01:.2085 Baco גרם 3 (1.057 מילימול), .2539 גרם SiO 2 (4.226 מילימול), ו.0840 גרם CuO (1.056 מילימול). כמו כן, לשקול את מרכיב השטף (12.5% ​​לפי משקל): 0.0765 גרם של PbO. הוספת חומרים אלו למרגמת ברקת נקייה.
    2. לטחון יד ל~ 5 דקות עם העלי אגת עד שהתערובת הופכת לאבקה אפורה בהירה הומוגנית (1c ומספרים 2 ג). העבר את התערובת לכור היתוך פלטינה נקיה ויבש.
    3. מחממים את כור ההיתוך בתנור ל950 ° C (שיעור רמפה של 2 מעלות צלזיוס / min), מחזיק ב950 מעלות צלזיוס במשך 24 שעות, לאחר מכן לקרר לאט עד 700 ° C (שיעור של 0.1 ° C / min), ולבסוף להתקרר לטמפרטורת חדר.
    4. הסר את הגבישים מכור ההיתוך ובעדינות לרסק אותם באמצעות העלי.
    5. לאפשר את הגבישים כדי לספוג ב50 מיליליטר של HNO מימיים 1 M 3 לילה להסיר את השטף להמיס.
    6. סנן את הגבישים ולשטוף עם מים deionized כדי להסיר את השארית של השטף להמיס באופן מלא. הערה: ma זהterial צריך להיות קרקע לאבקה עדינה לניתוח PXRD (איור 6). זה גם יכול להיות מאופיין על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3) וצילום ניר (איור 8).
  2. סינתזה של מצב מוצק של BaCuSi 4 O 10
    1. לשקול את 3 baco, SiO 2, וCuO ביחס טוחנת 1:04:01: 0.2085 baco גרם 3 (1.057 מילימול), 0.2539 גרם SiO 2 (4.226 מילימול), ו0.0840 גרם CuO (1.056 מילימול) ולהוסיף לי מרגמה ברקת נקייה.
    2. לצנן את תערובת האבקה עם 1-2 מיליליטר אצטון ויד לטחון עם העלי ברקת ל~ 5 דקות. להעביר את האבקה בצבע האפורה בהיר וכתוצאה מכך (1D דמויות ו2d) לכור היתוך פלטינה.
    3. מחממים את כור ההיתוך בתנור תיבה ל960 ° C בקצב רמפה של 5 מעלות צלזיוס / דקות ולהחזיק עבור 16 שעות, ולאחר מכן להתקרר לטמפרטורת חדר.
    4. לגרד את האבקה הכחולה רופפת באמצעות polytetrafluoroethylene מרית (PTFE). הערה:המוצר יכול להיות מאופיין על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3), PXRD (איור 6), וצילום ניר (איור 8).

3. קילוף של CaCuSi 4 O 10

  1. לחייב את בקבוק עגול תחתון 50 מיליליטר עם 0.50 גרם של 4 CaCuSi O 10, 40 מיליליטר של מים deionized, ובר ומערבבים מגנטיים מצופה זכוכית.
  2. צרף הקבל מקורר מים לבקבוק. מחממים את התגובה ל85 ° C עם ערבוב מגנטי ב400 סל"ד במשך שבועיים.
  3. להסיר ממקור החום, מאפשר הפתרון להתיישב לילה באין מפריע, ולאחר מכן לסנן את supernatant דרך פילטר 0.4 מיקרומטר הממברנה. אבק לייבש את המוצקים. הערה: המוצר הוא אבקת אור כחולה שיכול להיות מאופיינת על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3), PXRD (איור 5), מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים (TEM) (איור 7), וצילום ניר (איוריור 8).

4. קילוף של BaCuSi 4 O 10

  1. לחייב את צינור צנטריפוגות פלסטיק 50 מיליליטר עם 0.14 גרם של 4 BaCuSi O 10 ו20 מיליליטר של pyrrolidone N-ויניל.
  2. עם צינור צנטריפוגות שקוע באמבט קרח / מים, sonicate עם ultrasonicator בדיקה במשרעת 40% (17 W) במשך שעה 1.
  3. בואו ליישב הפיזור ללא הפרעה בין לילה, ולאחר מכן למזוג supernatant לתוך צינור צנטריפוגות חדש.
  4. ספין למטה ב10,286 XG באמצעות צנטריפוגות. למזוג supernatant, עוזב את היריעות בחלק התחתון של צינור צנטריפוגות.
  5. Resuspend את החומר הזה ב20 מיליליטר מים עם כמה מsonication האמבטיה דקות. כדי לבודד אבקה, לסנן דרך מסנן קרום 0.4 מיקרומטר וואקום לייבש את המוצקים. הערה: המוצר הוא אבקה בצבע תכלת שיכול להיות מאופיינת על ידי מיקרוסקופיה אופטית (איור 3), PXRD (איור 6), TEM (איור 7 ), וניר (איור 8).

5. הכנת דיו

  1. לפזר ~ 0.10 גרם של 4 CaCuSi O 10 יריעות ב 5 מיליליטר של מים deionized באמצעות sonication אמבטיה ל~ 10 דקות. הערה: דיו זה (איור 9) יכול לשמש לצביעה, הדפסה, וכו 'ראה איור 10 לדוגמה מייצגת שבו הדיו היה מוחל על נייר עם מברשת.

6. קרוב אינפרא אדום דימות צילום

  1. להקרין את הדגימות באמצעות אור אדום (למשל עם מערך דיודה פולטת אור אדום), דואג לחסל את כל מקורות אור אחרים.
  2. לצלם באמצעות מצלמה הותאם לתמונה באזור האינפרה אדום הקרוב. השתמש עצירת f הגדרת f/22 וזמן חשיפה של 0.5 שניות.

תוצאות

הסינתזות המתוארות של 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 לספק כ 0.5 גרם של מוצר לכל אצווה. תשואות מבודדות של CaCuSi 4 O 10 מהשטף להמיס והסינתזות של מצב מוצק בדרך כלל נעות בין 70-75% ו90-95%, בהתאמה. ל4 BaCuSi O 10, תשואות מבודדות מהשטף להמיס והסינתזות של מצב מוצק בדרך כלל נעות בין 65-70% ו95-99%, בהתאמה.

המרקמים של כל חומרים מוכנים, כמו גם הבדלים בעוצמת הצבע הכחול שלהם בשל גודל גביש שונה, נראים על ידי מיקרוסקופ בהגדלה הנמוך האופטי (איורים 3 א, ח). מיקרוסקופיית אלקטרוני תמונות (SEM) מאשרות כי השיטה של המצב המוצק של סינתזה 4 CaCuSi O 10 מייצר ~ 1-15 מיקרומטר crystallites העיקרי (איור 4) ואילו להמס תנאי שטף להוביל ל~ 5-50 cryst מיקרומטר allites (איור 4 א). דפוסי התאבכות רנטגן אבקה (PXRD) עבור 4 CaCuSi O (5a דמויות ו5c) 10 ו4 BaCuSi O 10 (6 א דמויות ו6 ג) להציג את הרכב ואת טוהר בשלב של מוצרים אלה.

תמונות מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים נציג (TEM) מראות מורפולוגיה nanosheet של המוצרים מודבק (איור 7). בנוסף, הדמיה צילום ניר מציגה את הארה החזקה של שניהם בתפזורת וחומרים מודבק (איור 8). דרך פשוטה להמחיש את processability הפתרון של 4 CaCuSi O 10 יריעות היא להכין דיו מימיים (איור 9) מתאים לציור (איור 10).

"Src =" hres.jpg / files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg "/>
איור 1. תצלומים של יד קרקע חומרי מוצא. (א) CaCuSi 4 O 10 שטף להמיס, (ב) CaCuSi 4 O 10 מצב מוצק, (ג) BaCuSi שטף 4 O 10 להמיס, ו( ד) BaCuSi 4 O 10 סינתזות של מצב מוצק. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-1
איור 2. סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים. תמונות של יד הקרקע מתחילות חומרים ל( א) CaCuSi השטף להמיס 4 O 10, ( ב) CaCuSi 4 O 10 מצב מוצק, (ג) BaCuSi 4 O 10 שטף להמיס, ו( ד) 4 O 10 סינתזות מצב מוצק BaCuSi. כל הדגימות היו מצופים בזהב לפני ההדמיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-2
איור 3. מיקרוסקופיה אופטית. גורף CaCuSi 4 O 10 שהוכנו על ידי שטף להמיס (א) ושל מצב מוצק (ב) נהלים. BaCuSi גורף 4 O 10 שהוכנו על ידי שטף להמיס (ג) ומצב מוצק (ד) נהלים. מוצרים מודבק (אה) של (- ד), בהתאמה. כל התמונות חולקים את מופע סרגל קנה המידה של 1 מ"מ בפנל (א). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-3
איור 4. סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים. תמונות של CaCuSi תפזורת 4 O 10 שנעשה על ידי שטף להמיס (א) ומדינה (ב) שיטות מוצקות. דוגמאות היו מצופים בזהב לפני ההדמיה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

"Width =" 686/51686fig5highres.jpg 500 "/>
. איור 5 עקיף אבקת X-Ray:. CaCuSi 4 O 10 דפוסים לCaCuSi תפזורת 4 O 10 שהוכן על ידי שטף להמיס (א) ושיטות של מצב מוצקות (ג). כוכביות מציינות טומאת סיליקה. דפוסים לCaCuSi מודבק 4 O 10, (ב) ו (ד), שהוכנו מ( א) ו (ג), בהתאמה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-4
. איור 6 עקיף אבקת X-Ray:. BaCuSi 4 O 10 דפוסים לתפזורת BaCuSi 4 O 10 שהוכנו על ידי שטף להמיס ( שיטות) והמצב מוצק (ג). כוכבית מציינת טומאת סיליקה. דפוסים לBaCuSi מודבק 4 O 10, (ב) ו (ד), שהוכנו מ( א) ו (ג), בהתאמה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-5
איור 7. הילוכים מיקרוסקופית אלקטרונים. נציג תמונות של CaCuSi מודבק 4 O 10 נגזרים מCaCuSi תפזורת 4 O 10 שנעשה על ידי שטף להמיס (א) או מצב מוצק (ב) שיטות. נציג תמונות של BaCuSi מודבק 4 O 10 נגזרים מתפזורתBaCuSi 4 O 10 שנעשו על ידי שטף להמיס (ג) או מצב מוצק (ד) שיטות. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-6
איור 8. הקרוב אינפרא אדום דימות. הארה של CaCuSi תפזורת 4 O 10 שהוכן על ידי שטף להמיס (א) ומדינה (ב) נהלים מוצקים. הארה של 4 BaCuSi תפזורת O 10 שהוכנה על ידי שטף להמיס (ג) ומצב מוצק (ד) נהלים. הארה של המוצרים מודבק (אה) של (אד), בהתאמה. דגימות אבקה נמצאות בתוך צלוחיות זכוכית, וentirהסט אלקטרוני של דגימות היה צילם בבת אחת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

figure-results-7
איור 9. תצלום של דיו nanosheet CaCuSi 4 O 10 בבקבוקון.

figure-results-8
איור 10. הקרוב אינפרא אדום דימות. ציור בסיסי עם דיו nanosheet CaCuSi 4 O 10 שמדגים גם יישום הפשוט שלה ומאפייני הארה שלו.

דיון

ההכנה של פיגמנט הכחול המצרי, תערובת של בעיקר CaCuSi 4 O 10 וSiO 2, היא תהליך למד היטב 4,13-21. נהלי דיווח הרבים עשויים להיות מסווגים כמו גם להמס תגובות שטף או במצב מוצק. שני יתרונות גדולים של הגישה להמיס שטף הם שהוא מאפשר טמפרטורות נמוכות תגובה (4 CaCuSi O 10 גבישים כדי nucleate ולגדול משלב זכוכית מותך 20. מרכיב השטף הוא בדרך כלל מלח אלקלי (למשל Na 2 CO 3) או תרכובת borate (למשל בורקס). לשם השוואה, הסינתזות של המצב המוצק להשמיט את השטף אך דורשות טמפרטורות גבוהות יותר (~ 1,000 ° C) לתגובה בין Ca, CuO, וSiO 2 מקורות כדי להגיע להשלמה.

למרות שהסינתזה של פיגמנט הכחול האן היא לא למדה, כמו גם זה של 4,22-25 כחולים מצריים, הכנת B4 aCuSi O 10 כדלקמן שטף להמיס דומה ומסלולים של מצב מוצק עם שני הבדלים: (1) יש להשתמש בשטף PbO, ו (2) טמפרטורות התגובה חייבת להיות מבוקרים באופן הדוק יותר בגלל שלבי Ba-Cu-Si-O האלטרנטיביים כי יכול להיווצר (למשל 2 BaCuSi O 6).

נקודות אלו מאוירות על ידי הנהלים מפורטים ואת התוצאות שתוארו במאמר זה. ראשית, לכל השיטות, יש להאריק את חומרי המוצא לאבקה חלקה (איורים 1 א-d) בהיקף של 5-20 מיקרומטר חלקיקים (מאופיינים SEM; דמויות 2a-d). בשלב הבא, את השימוש בכמות משמעותית של שטף (12.5% ​​לפי משקל) בהכנת 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 מוביל למוצרי גבישים מאוד, המתאפיינים בצבעוניות כחולה עזה (3 א דמויות ו3C), יחסית 4 א גדלים של חלקיקים גדולים (איור ), ודפוסי PXRD חזקים (5a דמויות ו6 א). תשואות פחתו מבודדות (~ 70%) מהכנות אלה נגרמות על ידי הדבקה של תערובות תגובה המותכת לכור ההיתוך. לשם השוואה, CaCuSi 4 O 10 וBaCuSi 4 O 10 שהוכנו על ידי תערוכת תוואי מצב המוצק צבע פחות אינטנסיבי (3 ב דמויות ו3D) וגדלים של חלקיקים קטנים יותר (איור 4). כמסונתז, מוצרים אלה הם אבקות שיכולות להיות מבודדת בתשואות כמעט כמוני. לכן, עבור שניהם 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10, את היתרונות של זרימה ואת החשיבות של טמפרטורת תגובה לא יכולים להיות מוגזמים.

למרבה הפלא, הקילוף של 4 CaCuSi O 10 ו4 BaCuSi O 10 מתרחש בתנאים מימיים פשוטים. במקרה של 4 CaCuSi O 10, תגובה זו היא איטית למדי בחדרטמפרטורה (≥ 6 שבועות כדי לראות כל קילוף ניכר), אבל זה הופך להיות סינטטי שימושי על 80 מעלות צלזיוס (קילוף משמעותי לאחר 2 שבועות). לשם השוואה, הקילוף של 4 BaCuSi O 10 הוא איטי אפילו על 80 מעלות צלזיוס, וכך אנחנו מיישמים את השקעת אנרגיה גדולה אף יותר בצורה של ultrasonication. תגובות הללו הן אמינות מאוד עם שתי אזהרות. ל4 CaCuSi O 10, חשוב להשתמש בבר ומערבב מצופה זכוכית; אם נעשה שימוש בבר ומערבב מצופי טפלון סטנדרטי, אנו מוצאים כי תוצרי לוואי PTFE לזהם את מוצר nanosheet CaCuSi 4 O 10. ל4 BaCuSi O 10, חשוב לשלוט בכוח ultrasonication וזמן, כך שהתגובה היא עצרה לפני היריעות להיות מושפלת.

במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM) של מוצרי nanosheet מראה כי יש חומרים דקים מאוד אלה ממדים לרוחב שנעו בין מאות ננומטרים לכמה מיקרופוןrons. באופן כללי ממדים לרוחב אלה תואמים את גודל הגביש של חומר המוצא בתלת הממד. בעבודה קודמת, מיקרוסקופ כוח אטומי סיפק מיפוי טופוגרפי שהוכיח את עוביים שכבה אחת (~ ננומטר 1.2) של יריעות אלה 12. תצלומים של אבקת CaCuSi 4 O 10 וBaCuSi 4 O 10 דגימות nanosheet (איורים 3E-h) מראים שהצבע שלהם הוא פחות אינטנסיבי מזה של חומרי המוצא, תוצאה ישירה של nanostructuring.

מידע נוסף מסופק על ידי PXRD (איורים 5, 6), שמגלה מחשוף בסיסי במישור (001) והכיוון העדיף לאורך סדרת {00 l} עבור כל דגימות nanosheet. תכונות אלו משקפות את היישור מוערם של ננו איזוטרופי האלה מאוד כאשר ירידה-יצוק על גבי מצע. יתר על כן, פליטת ניר האופיינית של 4 CaCuSi O 10 ב ~ 910 ננומטר וBaCuSi 4 O 10 ב ~ 950 ננומטר מודגם בתמונת ניר מכל שמונה הדגימות (איור 8).

פתרון העיבוד של 4 CaCuSi O 10 יכול להיות מושלם, פשוט על ידי הכנת פיזור colloidal של 4 CaCuSi O 10 יריעות (איור 9) שישמש כדיו. דיו אז זה יכול להיות מיושם על מצע באמצעות ציפוי ספין, ציפוי ספריי, הזרקת דיו הדפסת 12, או פשוט צחצוח (איור 10). חשוב לציין, את מאפייני פליטה של ניר CaCuSi 4 O 10 נשמרים בכל השלבים של תהליך זה. אפשרויות חדשות אלו מדגישות את הניגוד שבין 4 CaCuSi O 10 יריעות והשימוש המסורתי של פיגמנט הכחול המצרי, חומר גרגירים מאוד כי הוא מאתגר לשלב צבע חלק.

גילויים

יש המחברים אין אינטרסים כלכליים מתחרים.

תודות

אנו מודים לפרופ 'מרק אבה (UGA) לאספקת ציוד ההדמיה ניר וד"ר Rasik Raythatha (כימיקלים ביצועי סולביי) לקרבונט הבריום המשמש בעבודה זו. אנו מכירים במאמציהם של ישעיהו נוריס (לתואר ראשון UGA) והטרה לווינס (צפון אוקוני התיכון), שעזר לבחון את השיטות סינתטיות.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
נתרן פחמתי (Na2CO3)Sigma AldrichS7795bioXtra, ≥ 99.0%
סידן פחמתי (CaCO3)Sigma AldrichC4830bioXtra, ≥ 99.0%
בריום קרבונט (BaCO3)Solvay Performance Chemicalsמדגם מחקר: טוהר בדרגה אלקטרונית, נחושת ננו-גבישית
(II) קרבונט בסיסית [Cu2CO3(OH)2]Sigma Aldrich207896בדרגת ריאגנט
(CuO) Sigma Aldrich45081299.99% מתכות קורט בסיס
צורן דו-חמצני (SiO2)Sigma AldrichS5631~99%, גודל חלקיקים 0.5-10 μ m (כ-80% בין 1-5 ל-mu; m)
נתרן טטרבוראט דקהידראט (Na4B4O7.10H2O)Sigma AldrichS9640ACS ≥ 99.5%
נתרן כלורי (NaCl) סיגמא אולדריץ'S9888ACS ≥ 99.0%
תחמוצת עופרת(II) (PbO) סיגמא אולדריץ'402982ACS ≥ 99.0%
N-וינילפירולידינון (C6H9NO)סיגמא אולדריץ'V3409מכיל נתרן הידרוקסיד כמעכב, ACS ≥ 99.0%
Box FurnaceThermo ScientificLindberg Blue M
Box FurnaceCarboliteCWF 12/5 1200C
Bath SonicatorBranson
UltrasonicatorQsonicaMisonix S-4000
מצלמהשינוי מותאם אישית של מצלמת Nikon D3000 על ידי LDP LLC MaxMax.comn/aמצלמת Xnite Nikon D3000 עם עדשת Nikkor 18-200 מ"מ ומסנן Xnite 830 
אור מקוראקסקלד בע"מPAR64LED צבע קרן
אור מיקרוסקופLeicamz6 סטריאומיקרוסקופ עם מצלמת רעיון נקודתית ותוכנה
אבקת רנטגן דיפרקטומטרBrukerD8-Advance דיפרקטומטר (Co-K & alpha; מקור קרינה)
שידור מיקרוסקופ אלקטרוניםFEITechnai 20
סריקת מיקרוסקופ אלקטרוניםFEIInspect F
מסנני ממברנהMilliporeHTTP04700מסנן ממברנה איזופור עם 0.4 ומיקרו; גודל נקבוביות M
תחמוצת נחושת (II)

מקורות

  1. Berke, H. The Invention of Blue and Purple Pigments in Ancient Times. Chem. Soc. Rev. 36, 15-30 (2007).
  2. Hazen, R. M., Burnham, C. W. The Crystal Structure of Gillespite I and II: A Structure Determination at High Pressure. Am. Min. 59, 1166-1176 (1974).
  3. Miletich, R., Allan, D. R., Angel, R. J. The Synthetic Cr2+ Silicates BaCrSi4O10 and SrCrSi4O10: The Missing Links in the Gillespite-Type ABSi4O10. 82, 697-707 (1997).
  4. Pabst, A. Structures of Some Tetragonal Sheet Silicates. Acta Cryst. 12, 733-739 (1959).
  5. Chakoumakos, B. C., Fernandez-Baca, J. A., Boatner, L. A. Refinement of the Structures of the Layer Silicates MCuSi4O10 (M = Ca, Sr, Ba) by Rietveld Analysis of Neutron Powder Diffraction Data. J. Solid State Chem. 103, 105-113 (1993).
  6. Hughes, E. M., Pack, M. J., Dann, S. E., Weller, M. T. Preparation and Structural Characterisation of Alkaline Earth Sheet Silicates Containing Copper by Powder Neutron Diffraction, EXAFS and UV-Visible Spectroscopy. Anales de Quimica Int Ed. 93, 233-236 (1997).
  7. Accorsi, G., et al. The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite. Egyptian Blue). Chem. Comm. , 3392-3394 (2009).
  8. Verri, G. The Spatially Resolved Characterization of Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple by Photo-Induced Luminescence Digital Imaging. Anal. Bioanal. Chem. 394, 1011-1021 (2009).
  9. Jose, S., Reddy, M. L. Lanthanum-Strontium Copper Silicates as Intense Blue Inorganic Pigments with High Near-Infrared Reflectance. Dyes Pigm. 98, 540-546 (2013).
  10. Zhuang, Y., Tanabe, S. Forward and Back Energy Transfer Between Cu2+ and Yb3+ in Ca1-xCuSi4O10:Ybx Crystals. J. Appl. Phys. 112, (2012).
  11. Borisov, S. M., Würth, C., Resch-Genger, U., Klimant, I. New Life of Ancient Pigments: Application in High-Performance Optical Sensing Materials. Anal. Chem. 85, 9371-9377 (2013).
  12. Johnson-McDaniel, D., Barrett, C. A., Sharafi, A., Salguero, T. T. Nanoscience of an Ancient Pigment. J. Am. Chem. Soc. 135, 1677-1679 (2013).
  13. Laurie, A. P., McLintock, W. F. P., Miles, F. D. Egyptian Blue. Proc R Soc London A. 89, 418-429 (1914).
  14. Chase, W. T. Egyptian Blue as a Pigment and Ceramic Material. Science in Archaeology. Brill, R. H. , MIT Press. Cambridge, MA. 80-90 (1971).
  15. Tite, M. S., Bimson, M., Cowell, M. R. Chapter 11: Technological Examination of Egyptian Blue. Archaeological Chemistry III, Advances in Chemistry Series. Lambert, J. B. 205, American Chemical Society. Washington, DC. 215-242 (1984).
  16. Ullrich, D. Egyptian Blue and Green Frit: Characterization, History and Occurrence, Synthesis. Datation-Charactérisation des Peintures Pariétales et Murales. Delamare, F., Hackens, T., Helly, B. 17, È. Ollefe, Rixensart, Belgium. 323-332 (1987).
  17. Riederer, J. Chapter 1: Egyptian Blue. Artist' Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. Fitzhugh, E. W. 3, National Gallery of Art. Washington, DC. 23-45 (1997).
  18. Delamare, F. Sur les Processus Physiques Intervenant Lors de la Synthèse du Bleu Égyptien: Réflexion à Propos de la Composition de Pigments Bleus Gallo-Romains. Revue d'Archéométrie. 21, 103-119 (1997).
  19. Canti, M. G., Heathcote, J. L. Microscopic Egyptian Blue (Synthetic Cuprorivaite) from Sediments at Two Archaeological Sites in West Central. 29, 831-836 (2002).
  20. Pradell, T., Salvado, N., Hatton, G. D., Tite, M. S. Physical Processes Involved in Production of the Ancient Pigment, Egyptian Blue. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1426-1431 (2006).
  21. Warner, T. E. Synthesis, Properties and Mineralogy of Important Inorganic Materials. , Wiley: Hoboken, NJ. 26-47 (2011).
  22. Lin, H. C., Liao, F. L., Wang, S. L. Structure of BaCuSi4O10. Acta Cryst. 48, 1297-1299 (1992).
  23. Janczak, J., Kubiak, R. Refinement of the Structure of Barium Copper Silicate BaCu[Si4O10] at 300. K. Acta Cryst. 48, 1299-1301 (1992).
  24. Wiedemann, H. G., Bayer, G. Formation and Stability of Chinese Barium Copper-Silicate Pigments. Conservation of Ancient Sites on the Silk Road: Proceedings of an International Conference on the Conservation of Grotto. Agnew, N. , Getty Conservation Institute. Los Angeles. 379-387 (1997).
  25. Berke, H., Wiedemann, H. G. The Chemistry and Fabrication of the Anthropogenic Pigments Chinese Blue and Purple in Ancient China. East Asian Science, Technology, and Medicine. 17, 94-120 (2000).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

TEM
קילוף של מצרי הכחול והאן כחול, שני פיגמנטים המבוססים על סיליקט אלקליות כדור הארץ הנחושת
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.