Method Article

Estetycznie ulepszony aerożel krzemionkowy dzięki zastosowaniu wytrawiania laserowego i barwników

DOI:

10.3791/61986

⸱

March 12th, 2021

 ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Union College, 2Department of Chemistry, Union College

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół opisuje metodę wytrawiania tekstu, wzorów i obrazów na powierzchni monolitów aerożelu krzemionkowego w formie natywnej i barwionej oraz łączenia aerożeli w mozaiki.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Procedura estetycznego ulepszania monolitów aerożelu krzemionkowego poprzez laserowe trawienie i wprowadzanie barwników jest opisana w tym manuskrypcie. Stosując metodę szybkiej ekstrakcji nadkrytycznej, duży monolit aerożelu krzemionkowego (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) można wytworzyć w około 10 godzin. Barwniki włączone do mieszaniny prekursorów dają aerożele o żółtym, różowym i pomarańczowym odcieniu. Tekst, wzory i obrazy mogą być wytrawiane na powierzchni (lub powierzchniach) monolitu aerożelowego bez uszkadzania struktury masy. Grawer laserowy może być używany do wycinania kształtów z aerożelu i tworzenia kolorowych mozaik.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aerożel krzemionkowy to nanoporowaty, akustycznie izolujący materiał o dużej powierzchni i niskiej przewodności cieplnej, który może być używany w wielu zastosowaniach, od zbierania pyłu kosmicznego po materiał izolacyjny budynku1,2. Aerożele krzemionkowe produkowane w formie monolitycznej są półprzezroczyste i mogą być używane do produkcji okien o wysokiej izolacyjności3,4,5.

Ostatnio wykazaliśmy, że możliwa jest zmiana wyglądu aerożelu krzemionkowego poprzez wytrawienie lub przecięcie pow....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Okulary ochronne lub gogle powinny być noszone podczas przygotowywania roztworów prekursorów aerożelu, pracy z prasą na gorąco i korzystania z systemu grawerowania laserowego. Rękawice laboratoryjne należy nosić podczas czyszczenia i przygotowywania formy, przygotowywania roztworu odczynnika chemicznego, wlewania roztworu do formy w prasie na gorąco i obchodzenia się z aerożelem. Przeczytaj karty charakterystyki (SDS) dla wszystkich chemikaliów, w tym rozpuszczalników, przed rozpoczęciem pracy z nimi. Ortokrzemian tetrametylu (TMOS), metanol i stężony amoniak oraz roztwory zawierające te odczynniki muszą być przenoszone pod wyciągiem. Barwniki mogą być toksyczne i/lub....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół może być wykorzystany do przygotowania szerokiej gamy estetycznych monolitów aerożelowych do zastosowań, w tym, ale nie tylko, sztuki i zrównoważonego projektowania budynków. Obserwuje się, że włączenie do mieszaniny prekursorowej niewielkich ilości zastosowanego tutaj barwnika wpływa jedynie na kolor powstałego monolitu aerożelowego; Nie obserwuje się zmian w innych właściwościach optycznych lub strukturalnych.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokół ten pokazuje, w jaki sposób wytrawianie laserowe i dodawanie barwników może być wykorzystane do przygotowania estetycznych materiałów aerożelowych.

Wytwarzanie dużych (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) monolitów aerożelowych wymaga odpowiedniego przygotowania formy poprzez szlifowanie, czyszczenie i nakładanie smaru, aby zapobiec przywieraniu aerożelu do formy i tworzeniu się większych pęknięć. Najbardziej krytyczne są części formy mające bezpośredni kontakt z roztworem prekursora/aerożelem, kt.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy pragną podziękować Funduszowi Badawczemu Wydziału Union College, programowi Grantów Badawczych dla Studentów oraz letniemu programowi badań licencjackich za finansowe wsparcie projektu. Autorzy chcieliby również podziękować Joanie Santos za zaprojektowanie trzyczęściowej formy, Chrisowi Avanessianowi za obrazowanie SEM, Ronaldowi Tocciemu za wytrawienie na zakrzywionej powierzchni aerożelu oraz dr Ioannisowi Michaloudisowi za inspirację i wstępną pracę nad projektem akwaforty, a także za dostarczenie obrazu Kourosa i cylindrycznego aerożelu.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Papier ścierny o ziarnistości 2000Różne
grawerki laserowe o mocy 50 WEpilog LaserKażda wycinarka laserowa jest odpowiednia
AcetonFisher Scientific www.fishersci.comA18-20Certyfikowany odczynnik ACS 
Wodorotlenek amonu (wodny roztwór amoniaku)Fisher Scientific www.fishersci.comA669S212Certyfikowany ACS Plus, około 14,8 N, 28,0-20,0 w%
Zlewkizakupione w Fisher ScientificKażda szklana zlewka jest odpowiednia.
Woda dejonizowanaZ kranu w domu
Waga cyfrowaOHaus Explorer ProKażda waga cyfrowa jest odpowiednia.
Jednorazowe chusteczki czyszcząceFisher Scientific www.fishersci.com06-666do
rysowaniaKimWipe PakietCorelDraw CorelDraw
Elastyczny arkusz grafitowyPhelps Industrial Products7500.062.3Fluoresceina o grubości 1/16"
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.comF2456Zawartość barwnika ~ 95%
Pędzel piankowy Różne rozmiarze 1-2 cm
Dow Corning
Hydrauliczna prasa na gorącoCzworościan www.tetrahedronassociates.comMTP-14Każda prasa na gorąco z kontrolą temperatury i siły będzie działać. Potrzebuje maksymalnej temperatury ~550 F i maksymalnej siły 24 ton.
Grawer laserowyEpilog LaserHelix - 2450 W
Metanol (MeOH)Fisher Scientific www.fishersci.comA412-20Certyfikowany odczynnik ACS, ≥ 99,8%
FormaWytwarzana we własnym zakresieWytwarzana ze stali walcowanej na zimno lub stali nierdzewnej.
Folia parafinowaFisher Scientific www.fishersci.comS37441Folia laboratoryjna Parafilm M
Rodamina-6G
Rodamina-6g
FlouresceinRodamina-6g		Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com20,132-4Zawartość barwnika ~95%
Rhodamina-B
Rodamina-6g
FlouresceinRodamina-6g		Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.comR-953Zawartość barwnika ~80%
Mydło do czyszczenia pleśniRóżne
folie ze stali nierdzewnej"grubości, 304
Tetramethylorthosilicateate ze stali nierdzewnej (TMOS)Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com218472-500G98% czystości, CAS 681-84-5
Myjka ultradźwiękowaFisherScientific FS6153356Każdy sonikator jest odpowiedni.
Podciśnieniowy układ wydechowyPurex800iOdpowiedni jest każdy układ wydechowy.
Mikropipetor zmienny, 100-1000 i mikro; LWyprodukowane przez Eppendorf, zakupione od Fisher Scientific www.fishersci.comS304665Any 100-1000 µ Odpowiedni jest pipetor L.
Oprogramowanie graficzny Smar wysokopróżniowy o Różne.0005

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Silica AerogelLaser EtchingDye IncorporationSupercritical ExtractionMold PreparationLaser EngraverVector ModeRaster ModeAerogel MosaicScanning Electron Microscope

Related Articles