このプロトコルは、ネイティブおよび染色された形態でシリカエアロゲルモノリスの表面にテキスト、パターン、画像をエッチングし、エアロゲルをモザイクデザインに組み立てる方法を説明しています。
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この記事について
サマリー
要約
この原稿には、レーザーエッチング及び染料の組み込みによるシリカエアロゲルモノリスを審美的に増強する手順について説明する。迅速な超臨界抽出法を用いて、大型シリカエアロゲルモノリス(10cm x 11cm x 1.5cm)を約10時間で製造することができる。前駆体混合物に組み込まれた染料は、黄色、ピンク、オレンジ色のエアロゲルになります。テキスト、パターン、画像は、バルク構造を損なうことなく、エアロゲルモノリスの表面(または表面)にエッチングすることができます。レーザー彫刻機は、エアロゲルから形状をカットし、カラフルなモザイクを形成するために使用することができます。
概要
シリカエアロゲルは、ナノ多孔性、高表面積、低熱伝導率を有する音響絶縁材料であり、スペースダストの収集から建築絶縁材1、2までの幅広い用途で使用することができる。モノリシック形式で製造する場合、シリカエアロゲルは半透明であり、高絶縁窓3、4、5を作るために使用することができます。
近年、レーザー彫刻システム6,7を用いて表面にエッチングや切断することで、エアロゲルにバルク構造損傷を与えることなく、シリカエアロゲルの外観を変化させることができることが実証されました。これは、美的な改善、在庫情報の印刷、および加工エアロゲルモノリスをさまざまな形式にするのに役立ちます。フェムト秒レーザーは、エアロゲル8、9、10、11の粗雑な「マイクロ加工」のために働くことを示されている。....
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プロトコル
エアロゲル前駆体ソリューションを準備したり、ホットプレスで作業したり、レーザー彫刻システムを使用したりする際には、安全メガネまたはゴーグルを着用する必要があります。ラボの手袋は、金型の洗浄と準備、化学試薬溶液の調製、ホットプレスでの金型への溶液の流れ、エアロゲルの取り扱い時に着用する必要があります。溶剤を含むすべての化学物質の安全データシート(SDS)を読み取り、それらを使用する前に、テトラメチルオルソケイ酸(TMOS)、メタノールおよび濃縮アンモニア、およびこれらの試薬を含む溶液は、ヒュームフード内で取り扱わなければならない。色素は毒性や発がん性があり、適切な個人用保護具を使用することが重要です(SDS参照)。私たちの前のプロトコル15で述べたように、ホットプレスの周りに安全シールドを設置する必要があります。熱い出版物は適切に通気され、点火源は取り外されるべきである。レーザー彫刻機を使用する前に、真空排気システムが動作していることを確認してください。
1. エアロゲルモノリスを入手または製造する
注:迅速な超臨界抽出法(RSCE)15、16、17、18を介して、含有金属鋳型中の10cm x11cmx1.....
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結果
このプロトコルは、芸術および持続可能な建築設計を含むが、これらに限定されない用途のための審美的に楽しいエアロゲルモノリスの多種多様を調製するために使用することができる。ここで使用される少量の色素の前駆体混合物に含めることは、得られたエアロゲルモノリスの色に影響を与えるだけ観察される。他の光学的または構造的特性の変化は認められない。
図8は、大型シリカモノリスからエアロゲルモザイクを調製するアプローチを示す。同じパターン(図3に示す)は、3つの異なる染色エアロゲルモノリスに切断される(図8a-c)。エアロゲルピースは、モザイクパターンに再構成されます(図8d-e)。
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ディスカッション
このプロトコルは、レーザーエッチングと染料の含有を採用して、美的に心地よいエアロゲル材料を調製する方法を示しています。
大型(10cm x 11cm x 1.5 cm)のエアロゲルモノリスを作る場合、アエロゲルが金型に付着し、大きな亀裂が形成されるのを防ぐため、サンディング、クリーニング、グリースアプリケーションを通じて適切なモールド調製が必要です。前駆体溶液に直接接触する金型の部品/すぐに形成されるエアロゲルは最も重要である。機械研磨を通じて金型の表面粗さを低減することで、性能が向上します。熱いプレス力が金型に加えられると、金型の空洞にグリースが浸透しないように、金型の上部の外周(13 mm)にのみグリースを塗布することが重要です。グリースが空洞に入ると、エアロゲルに大きな亀裂が生じるでしょう。
レーザー彫刻機を使用する場合、エアロゲルはレーザー彫刻器の左上隅に適切に配置する必要があり、エアロゲルの寸法は、描画プログラム文書のものと対応する必要があります。エッチングされる画像は、白以外の背景を削除し、コントラストを調整して画.......
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開示事項
著者らは開示するものは何もない。
謝辞
著者らは、ユニオンカレッジ教員研究基金、学生研究助成プログラム、およびプロジェクトの財政支援のための夏の学部研究プログラムを認めたいと考えています。著者らはまた、3ピース型の設計、SEMイメージングのためのクリス・アヴァネシアン、曲面エアロゲル表面にエッチングするためのロナルド・トッチ、エッチングプロジェクトのインスピレーションと初期の作業、そしてクーロスのイメージと円筒形のエアロゲルを提供するためのイオアニス・ミハルディス博士の設計についてジョアナ・サントスを認めたいと考えています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2000グリットサンドペーパー | さまざまな | ||
| 50Wレーザー彫刻機 | エピローグレーザー | 任意のレーザーカッターが適しています | |
| アセトン | フィッシャーサイエンティフィック www.fishersci.com | A18-20 | 認定ACS試薬グレード |
| 水酸化アンモニウム(水性アンモニア) | フィッシャーサイエンティフィック www.fishersci.com | A669S212 | 認定ACSプラス、約14.8N、28.0-20.0 w / w% |
| ビーカー | ッシャーサイエンティフィック | 任意のガラスビーカーが適しています。 | |
| 脱イオン水 | オンタップ インハウス | ||
| デジタルバランス | OHaus Explorer Pro | どんなデジタルバランスでも適しています。 | |
| 使い捨てクリーニングワイプ | フィッシャーサイエンティフィック www.fishersci.com | 06-666 | KimWipe |
| 描画ソフトウェア | CorelDraw グラフィックス スイート | CorelDraw | |
| フレキシブル グラファイト シート | フェルプス 工業製品 | 7500.062.3 | 1/16" 厚さ |
| フルオレセイン | シグマ アルドリッチ www.sigmaaldrich.com | F2456 | 染料含有量 ~95% |
| フォーム ペイント ブラシ | 色々 | 1-2 cmのサイズ | |
| の高真空グリース | ダウのコーニング | ||
| 油圧熱い出版物 | の四面体 www.tetrahedronassociates.com | MTP-14 | 温度および力制御が付いているあらゆる熱い出版物は働く。~550 F の最高温度と 24 トンの最大力が必要です。 |
| レーザー彫刻機 | エピローグ レーザー | ヘリックス - 24 | 50 W |
| メタノール (MeOH) | フィッシャー サイエンティフィック www.fishersci.com | A412-20 | 認定 ACS 試薬グレード、≥99.8% |
| で製造された | 金型 | 冷間圧延鋼またはステンレス鋼から製造します。 | |
| パラフィンフィルム | フィッシャーサイエンティフィック www.fishersci.com | S37441 | パラフィルム M ラボラトリーフィルム |
| ロダミン-6G ローダミン-6g フルオレセインローダミン-6g | シグマ アルドリッチ | www.sigmaaldrich.com 20,132-4 | 染料含有量 ~95% |
| ローダミン-B ローダミン-6g フルオレセインローダミン-6g | シグマ アルドリッチ www.sigmaaldrich.com | R-953 | 染料含有量 ~80% |
| 型をきれいにする石鹸 | 様々な | ||
| ステンレス鋼箔 | "厚、304ステンレス鋼 | ||
| テトラメチルオルトシリケート(TMOS) | シグマAldrich www.sigmaaldrich.com | 218472-500G | 98%純度、CAS 681-84-5 |
| 超音波 | クリーナーFisherScientific FS6 | 153356 | 任意の超音波発生器が適しています。 |
| 真空排気システム | Purex | 800i | どんな排気システムにも適しています。 |
| 可変マイクロピペッター、100-1000 µL | エッペンドルフ製で、フィッシャーサイエンティフィック www.fishersci.com から購入 | S304665 | Any 100-1000 & micro;Lピペッターが適しています。 |
参考文献
- Aerogels Handbook. Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. , Springer. New York. (2011).
- Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of aerogels and their applications. Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).
- Zinzi, M., et al.
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再版と許可
