Name: Złuszczanie egipskiego błękitu i błękitu Han, dwóch pigmentów na bazie krzemianu miedzi ziem alkalicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-24T15:30:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Poznaj metody złuszczania krzemianów miedzi ziem alkalicznych CaCuSi₄O₁₀ i BaCuSi₄O₁₀ w ciepłej wodzie i ultradźwiękach. Techniki te umożliwiają przygotowanie nanowarstw do zastosowań w naukach o materiałach.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy Prof. Markowi Abbe (UGA) za dostarczenie sprzętu do obrazowania NIR oraz Dr. Rasik Raythatha (Solvay Performance Chemicals) za węglan baru użyty w tej pracy. Doceniamy wysiłki Isaiaha Norrisa (studenta UGA) i Terry Blevins (North Oconee High School), którzy pomogli przetestować metody syntetyczne.

1. Przygotowanie CaCuSi4O10
<ol>
	<li>Synteza strumienia stopu CaCuSi4O10
	<ol>
		<li>OdważyćCaCO3,SiO2 i Cu2CO3(OH)2 w stosunku molowym 2:8:1: 0,1331 g (1,330 mmol)CaCO3, 0,3196 g (5,319 mmol)SiO2, 0,1470 g (0,6648 mmol) Cu2CO3(OH)2. Ponadto odważyć składniki topnika (12,5% wagowo): 0,0375 g Na2CO3, 0,0125 g NaCl i 0,0250 g Na2B4O7.10H2O. Dodać te materiały do czystej zaprawy agatowej.</li>
		<li>Mielenie ręczne przez ~ 5 minut za pomocą tłuczka agatowego, aż mieszanina stanie się jednorodnym jasnozielonym proszkiem (rysunki 1a i 2a). Przenieść tę mieszaninę do czystego, suchego tygla platynowego.</li>
		<li>Podgrzać tygiel w piecu do temperatury 875 °C (szybkość narastania 2 °C/min), utrzymać w temperaturze 875 °C przez 16 godzin, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej (szybkość 0,8 °C/min).</li>
		<li>Wyjmij kryształy z tygla i delikatnie rozgnietnij je za pomocą tłuczka.</li>
		<li>Pozostawić kryształy do namoczenia się przez noc w 50 ml 1 M wodnego roztworu HCl w celu usunięcia topnika ze stopu.</li>
		<li>Przefiltruj kryształy i umyj je wodą dejonizowaną, aby całkowicie usunąć pozostały topnik stopu. 
		Uwaga: Materiał ten należy zmielić na drobniejszy proszek do analizy dyfrakcji rentgenowskiej proszku (PXRD) (rysunek 5). Można go również scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (ryc. 3), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) (ryc. 4) i fotografii NIR (ryc. 8).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza CaCuSi4O10 w stanie stałym
	<ol>
		<li>Odważyć CaCO3, SiO2 i CuO w stosunku molowym 1:4:1: 0,1331 g (1,330 mmol) CaCO3, 0,3196 g (5,319 mmol) SiO2 i 0,1058 g CuO (1,330 mmol) i dodać do czystej zaprawy agatowej.</li>
		<li>Zwilż mieszaninę proszku 1-2 ml acetonu i miel ręcznie tłuczkiem z agatu przez ~5 min. Otrzymany jasnoszary proszek (rysunki 1b i 2b) przenieść do tygla platynowego.</li>
		<li>Podgrzać tygiel w piecu skrzynkowym do temperatury 1 020 °C z prędkością 5 °C/min, przetrzymywać przez 16 godzin, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej</li>
		<li>Zeskrobać luźny, jasnoniebiesko-szary proszek za pomocą szpatułki z politetrafluoroetylenu (PTFE). 
		Uwaga: Produkt można scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (rysunek 3), SEM (rysunek 4), PXRD (rysunek 5) i fotografii NIR (rysunek 8).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Synteza BaCuSi4O10
<ol>
	<li>Synteza topnika stopu BaCuSi4O10 
	<ol>
		<li>Odważyć BaCO3, SiO2 i CuO w stosunku molowym 1:4:1: 0,2085 g BaCO3 (1,057 mmol), 0,2539 g SiO2 (4,226 mmol) i 0,0840 g CuO (1,056 mmol). Ponadto odważyć składnik topnika (12,5% wagowo): 0,0765 g PbO. Dodaj te materiały do czystej zaprawy agatowej.</li>
		<li>Mieleć ręcznie przez ~ 5 minut tłuczkiem agatowym, aż mieszanina stanie się jednorodnym jasnoszarym proszkiem (rysunki 1c i 2c). Przenieść tę mieszaninę do czystego, suchego tygla platynowego.</li>
		<li>Podgrzać tygiel w piecu do temperatury 950 °C (szybkość narastania 2 °C/min), utrzymać w temperaturze 950 °C przez 24 godziny, następnie powoli schłodzić do temperatury 700 °C (szybkość 0,1 °C/min) i na koniec schłodzić do temperatury pokojowej.</li>
		<li>Wyjmij kryształy z tygla i delikatnie rozgnietnij je za pomocą tłuczka.</li>
		<li>Pozostawić kryształy do namoczenia się przez noc w 50 ml 1 M wodnego roztworu HNO3 w celu usunięcia topnika stopionego.</li>
		<li>Przefiltruj kryształy i umyj wodą dejonizowaną, aby całkowicie usunąć pozostałą część stopionego topnika. Uwaga: Materiał ten należy zmielić na drobniejszy proszek do analizy PXRD (Rysunek 6). Można go również scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (ryc. 3) i fotografii NIR (ryc. 8).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Synteza w stanie stałym BaCuSi4O10
	<ol>
		<li>Odważyć BaCO3, SiO2 i CuO w stosunku molowym 1:4:1: 0,2085 g BaCO3 (1,057 mmol), 0,2539 g SiO2 (4,226 mmol) i 0,0840 g CuO (1,056 mmol) i dodać do czystej zaprawy agatowej.</li>
		<li>Zwilż mieszaninę proszku 1-2 ml acetonu i miel ręcznie tłuczkiem agatowym przez ~5 min. Otrzymany jasnoszary proszek (rysunki 1d i 2d) przenieść do tygla platynowego.</li>
		<li>Podgrzać tygiel w piecu skrzynkowym do temperatury 960 °C z prędkością 5 °C/min i trzymać przez 16 godzin, a następnie schłodzić do temperatury pokojowej.</li>
		<li>Zeskrobać sypki niebieski proszek za pomocą szpatułki z politetrafluoroetylenu (PTFE). Uwaga: Produkt można scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (rysunek 3), PXRD (rysunek 6) i fotografii NIR (rysunek 8).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Złuszczanie CaCuSi4O10
<ol>
	<li>Napełnij 50 ml kolby okrągłodennej 0,50 g CaCuSi4O10, 40 ml wody dejonizowanej i mieszadłem magnetycznym pokrytym szkłem.</li>
	<li>Podłączyć chłodnicę chłodzoną wodą do kolby. Podgrzewać reakcję do temperatury 85 °C z mieszaniem magnetycznym przy 400 obr./min przez dwa tygodnie.</li>
	<li>Usunąć ze źródła ciepła, pozostawić roztwór do niezakłóconego opadnięcia przez noc, a następnie przefiltrować supernatant przez filtr membranowy 0,4 μm. Wysuszyć próżniowo ciała stałe. Uwaga: Produkt jest jasnoniebieskim proszkiem, który można scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (rysunek 3), PXRD (rysunek 5), transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) (rysunek 7) i fotografii NIR (rysunek 8).</li>
</ol>
4. Złuszczanie BaCuSi4O10
<ol>
	<li>Napełnij plastikową probówkę wirówkową o pojemności 50 ml 0,14 g BaCuSi4O10 i 20 ml N-winylopirolidonu.</li>
	<li>Gdy probówka wirówkowa jest zanurzona w łaźni lodowo-wodnej, sonikować za pomocą sondy ultradźwiękowej o amplitudzie 40% (17 W) przez 1 godzinę.</li>
	<li>Pozostawić dyspersję bez zakłóceń przez noc, a następnie zdekantować supernatant do nowej probówki wirówkowej.</li>
	<li>Odwirować do 10 286 x g za pomocą wirówki. Zdekantować supernatant, pozostawiając nanoarkusze na dnie probówki wirówkowej.</li>
	<li>Ponownie zawiesić ten materiał w 20 ml wody z kilkuminutową sonikacją kąpieli. Aby wyizolować proszek, przefiltruj przez filtr membranowy 0,4 μm i wysusz próżniowo ciała stałe. Uwaga: Produkt jest jasnoniebieskim proszkiem, który można scharakteryzować za pomocą mikroskopii optycznej (rysunek 3), PXRD (rysunek 6), TEM (rysunek 7) i fotografii NIR (rysunek 8).</li>
</ol>
5. Przygotowanie tuszu
<ol>
	<li>Zdyspergować ~0,10 g CaCuSi4O10 nanoarkuszy w 5 ml wody dejonizowanej, stosując sonikację w kąpieli przez ~10 min. Uwaga: Ten tusz (rysunek 9) może być używany do malowania, drukowania itp. Patrz rysunek 10 dla reprezentatywnego przykładu, w którym tusz został nałożony na papier za pomocą pędzla.</li>
</ol>
6. Obrazowanie fotograficzne w bliskiej podczerwieni
<ol>
	<li>Naświetlać próbki za pomocą światła czerwonego (np. za pomocą układu diod elektroluminescencyjnych w kolorze czerwonym), zwracając uwagę na wyeliminowanie wszelkich innych źródeł światła.</li>
	<li>Zdjęcie za pomocą kamery zmodyfikowanej do obrazowania w obszarze bliskiej podczerwieni. Użyj ustawienia przysłony f/22 i czasu naświetlania 0.5 sekundy.</li>
</ol>

<ol><li>Berke, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Invention+of+Blue+and+Purple+Pigments+in+Ancient+Times%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">The Invention of Blue and Purple Pigments in Ancient Times.</a> Chem. Soc. Rev. 36, 15-30 (2007).</li>
<li>Hazen, R. M., Burnham, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Crystal+Structure+of+Gillespite+I+and+II%3A+A+Structure+Determination+at+High+Pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+Min%22%5BJournal%5D)">The Crystal Structure of Gillespite I and II: A Structure Determination at High Pressure.</a> Am. Min. 59, 1166-1176 (1974).</li>
<li>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).</li>
<li>Pabst, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structures+of+Some+Tetragonal+Sheet+Silicates%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Cryst%22%5BJournal%5D)">Structures of Some Tetragonal Sheet Silicates.</a> Acta Cryst. 12, 733-739 (1959).</li>
<li>Chakoumakos, B. C., Fernandez-Baca, J. A., Boatner, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refinement+of+the+Structures+of+the+Layer+Silicates+MCuSi4O10+%28M+%3D+Ca%2C+Sr%2C+Ba%29+by+Rietveld+Analysis+of+Neutron+Powder+Diffraction+Data.+%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Solid+State+Chem%22%5BJournal%5D)">Refinement of the Structures of the Layer Silicates MCuSi4O10 (M = Ca, Sr, Ba) by Rietveld Analysis of Neutron Powder Diffraction Data. </a> J. Solid State Chem. 103, 105-113 (1993).</li>
<li>Hughes, E. M., Pack, M. J., Dann, S. E., Weller, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+Structural+Characterisation+of+Alkaline+Earth+Sheet+Silicates+Containing+Copper+by+Powder+Neutron+Diffraction%2C+EXAFS+and+UV-Visible+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Anales+de+Quimica+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Preparation and Structural Characterisation of Alkaline Earth Sheet Silicates Containing Copper by Powder Neutron Diffraction, EXAFS and UV-Visible Spectroscopy.</a> Anales de Quimica Int Ed. 93, 233-236 (1997).</li>
<li>Accorsi, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Exceptional+Near-Infrared+Luminescence+Properties+of+Cuprorivaite%5BTitle%5D)+AND+%22Egyptian+Blue%29.+Chem.+Comm%22%5BJournal%5D)">The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite.</a> Egyptian Blue). Chem. Comm. , 3392-3394 (2009).</li>
<li>Verri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Spatially+Resolved+Characterization+of+Egyptian+Blue%2C+Han+Blue+and+Han+Purple+by+Photo-Induced+Luminescence+Digital+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Bioanal.+Chem%22%5BJournal%5D)">The Spatially Resolved Characterization of Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple by Photo-Induced Luminescence Digital Imaging.</a> Anal. Bioanal. Chem. 394, 1011-1021 (2009).</li>
<li>Jose, S., Reddy, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lanthanum-Strontium+Copper+Silicates+as+Intense+Blue+Inorganic+Pigments+with+High+Near-Infrared+Reflectance%5BTitle%5D)+AND+%22Dyes+Pigm%22%5BJournal%5D)">Lanthanum-Strontium Copper Silicates as Intense Blue Inorganic Pigments with High Near-Infrared Reflectance.</a> Dyes Pigm. 98, 540-546 (2013).</li>
<li>Zhuang, Y., Tanabe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forward+and+Back+Energy+Transfer+Between+Cu2%2B+and+Yb3%2B+in+Ca1-xCuSi4O10%3AYbx+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Forward and Back Energy Transfer Between Cu2+ and Yb3+ in Ca1-xCuSi4O10:Ybx Crystals.</a> J. Appl. Phys. 112, (2012).</li>
<li>Borisov, S. M., Würth, C., Resch-Genger, U., Klimant, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Life+of+Ancient+Pigments%3A+Application+in+High-Performance+Optical+Sensing+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">New Life of Ancient Pigments: Application in High-Performance Optical Sensing Materials.</a> Anal. Chem. 85, 9371-9377 (2013).</li>
<li>Johnson-McDaniel, D., Barrett, C. A., Sharafi, A., Salguero, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscience+of+an+Ancient+Pigment%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Nanoscience of an Ancient Pigment.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 1677-1679 (2013).</li>
<li>Laurie, A. P., McLintock, W. F. P., Miles, F. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Egyptian+Blue%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+R+Soc+London+A%22%5BJournal%5D)">Egyptian Blue.</a> Proc R Soc London A. 89, 418-429 (1914).</li>
<li>Chase, W. T. Egyptian Blue as a Pigment and Ceramic Material. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChase%2C+WT+%22Science+in+Archaeology%22">Science in Archaeology</a>. Brill, R. H. , MIT Press. Cambridge, MA. 80-90 (1971).</li>
<li>Tite, M. S., Bimson, M., Cowell, M. R. Chapter 11: Technological Examination of Egyptian Blue. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTite%2C+MS+%22Archaeological+Chemistry+III%2C+Advances+in+Chemistry+Series%22">Archaeological Chemistry III, Advances in Chemistry Series</a>. Lambert, J. B. 205, American Chemical Society. Washington, DC. 215-242 (1984).</li>
<li>Ullrich, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Egyptian+Blue+and+Green+Frit%3A+Characterization%2C+History+and+Occurrence%2C+Synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Datation-Charact%C3%A9risation+des+Peintures+Pari%C3%A9tales+et+Murales%22%5BJournal%5D)">Egyptian Blue and Green Frit: Characterization, History and Occurrence, Synthesis.</a> Datation-Charactérisation des Peintures Pariétales et Murales. Delamare, F., Hackens, T., Helly, B. 17, È. Ollefe, Rixensart, Belgium. 323-332 (1987).</li>
<li>Riederer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+1%3A+Egyptian+Blue%5BTitle%5D)+AND+%22Artist%27+Pigments%3A+A+Handbook+of+Their+History+and+Characteristics%22%5BJournal%5D)">Chapter 1: Egyptian Blue.</a> Artist' Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. Fitzhugh, E. W. 3, National Gallery of Art. Washington, DC. 23-45 (1997).</li>
<li>Delamare, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sur+les+Processus+Physiques+Intervenant+Lors+de+la+Synth%C3%A8se+du+Bleu+%C3%89gyptien%3A+R%C3%A9flexion+%C3%A0+Propos+de+la+Composition+de+Pigments+Bleus+Gallo-Romains%5BTitle%5D)+AND+%22Revue+d%27Arch%C3%A9om%C3%A9trie%22%5BJournal%5D)">Sur les Processus Physiques Intervenant Lors de la Synthèse du Bleu Égyptien: Réflexion à Propos de la Composition de Pigments Bleus Gallo-Romains.</a> Revue d'Archéométrie. 21, 103-119 (1997).</li>
<li>Canti, M. G., Heathcote, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+Egyptian+Blue+%28Synthetic+Cuprorivaite%29+from+Sediments+at+Two+Archaeological+Sites+in+West+Central%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Microscopic Egyptian Blue (Synthetic Cuprorivaite) from Sediments at Two Archaeological Sites in West Central.</a> 29, 831-836 (2002).</li>
<li>Pradell, T., Salvado, N., Hatton, G. D., Tite, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+Processes+Involved+in+Production+of+the+Ancient+Pigment%2C+Egyptian+Blue%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Ceram.+Soc%22%5BJournal%5D)">Physical Processes Involved in Production of the Ancient Pigment, Egyptian Blue.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 1426-1431 (2006).</li>
<li>Warner, T. E. Synthesis, Properties and Mineralogy of Important Inorganic Materials. , Wiley: Hoboken, NJ. 26-47 (2011).</li>
<li>Lin, H. C., Liao, F. L., Wang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structure+of+BaCuSi4O10%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Cryst%22%5BJournal%5D)">Structure of BaCuSi4O10.</a> Acta Cryst. 48, 1297-1299 (1992).</li>
<li>Janczak, J., Kubiak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refinement+of+the+Structure+of+Barium+Copper+Silicate+BaCu%5BSi4O10%5D+at+300%5BTitle%5D)+AND+%22K.+Acta+Cryst%22%5BJournal%5D)">Refinement of the Structure of Barium Copper Silicate BaCu[Si4O10] at 300.</a> K. Acta Cryst. 48, 1299-1301 (1992).</li>
<li>Wiedemann, H. G., Bayer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+and+Stability+of+Chinese+Barium+Copper-Silicate+Pigments%5BTitle%5D)+AND+%22Conservation+of+Ancient+Sites+on+the+Silk+Road%3A+Proceedings+of+an+International+Conference+on+the+Conservation+of+Grotto%22%5BJournal%5D)">Formation and Stability of Chinese Barium Copper-Silicate Pigments.</a> 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).</li>
<li>Berke, H., Wiedemann, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Chemistry+and+Fabrication+of+the+Anthropogenic+Pigments+Chinese+Blue+and+Purple+in+Ancient+China%5BTitle%5D)+AND+%22East+Asian+Science%2C+Technology%2C+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">The Chemistry and Fabrication of the Anthropogenic Pigments Chinese Blue and Purple in Ancient China.</a> East Asian Science, Technology, and Medicine. 17, 94-120 (2000).</li>
</ol>

Autorzy nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Otrzymywanie egipskiego niebieskiego pigmentu, mieszaniny głównie CaCuSi4O10 i SiO2, jest dobrze zbadanym procesem4,13-21. Liczne opisane procedury można sklasyfikować jako reakcje topnienia lub reakcji w stanie stałym. Dwie główne zalety podejścia opartego na topnieniu to to, że pozwala ono na obniżenie temperatur reakcji (<900 °C) i umożliwia nukleację i wzrost kryształów CaCuSi4O10 z fazy20 stopionego szkła. Składnikiem topnika jest zazwyczaj sól alkaliczna (np. Na2CO3 ) lub związek boranowy (np. boraks). Dla porównania, syntezy w stanie stałym pomijają strumień, ale wymagają wyższych temperatur (~1,000 °C), aby reakcja między źródłami Ca, CuO i SiO2 osiągnęła zakończenie.
Chociaż synteza niebieskiego pigmentu Han nie jest tak dobrze zbadana, jak w przypadku błękitu egipskiego4,22-25, otrzymywanie BaCuSi4O10 przebiega według podobnych ścieżek topnienia i w stanie stałym z dwiema różnicami: (1) należy zastosować strumień PbO oraz (2) temperatury reakcji muszą być ściślej kontrolowane ze względu na alternatywne fazy Ba-Cu-Si-O, które mogą powstać (np. BaCuSi2O6).
Punkty te zostały zilustrowane szczegółowymi procedurami i wynikami opisanymi w tym artykule. Po pierwsze, dla wszystkich metod, materiały wyjściowe powinny być zmielone na gładki proszek (rysunki 1a-d) składający się z cząstek o wielkości 5-20 μm (charakteryzujący się SEM; Rysunki 2a-d). Następnie, zastosowanie znacznej ilości topnika (12,5% wagowo) w przygotowaniu CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 prowadzi do wysoce krystalicznych produktów, które charakteryzują się intensywnym niebieskim zabarwieniem (rysunki 3a i 3c), stosunkowo dużymi rozmiarami cząstek (rysunek 4a) i silnymi wzorami PXRD (rysunki 5a i 6a). Zmniejszona wydajność izolowanych (~70%) z tych preparatów jest spowodowana adhezją stopionych mieszanin reakcyjnych do tygla. Dla porównania, CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 przygotowane drogą ciała stałego wykazują mniej intensywne zabarwienie (ryc. 3b i 3d) i mniejsze rozmiary cząstek (ryc. 4b). W postaci zsyntetyzowanej produkty te są proszkami, które można wyizolować w plonach zbliżonych do ilościowych. Tak więc, zarówno w przypadku CaCuSi4O10 , jak i BaCuSi4O10, nie można przecenić zalet strumienia i znaczenia temperatury reakcji.
Co ciekawe, złuszczanie CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 zachodzi w prostych warunkach wodnych. W przypadku CaCuSi4O10 reakcja ta jest dość powolna w temperaturze pokojowej (≥6 tygodni, aby zobaczyć zauważalne złuszczanie), ale staje się syntetycznie użyteczna w temperaturze 80 °C (znaczne złuszczanie po 2 tygodniach). Dla porównania, złuszczanie BaCuSi4O10 jest powolne nawet w temperaturze 80 °C, dlatego stosujemy jeszcze większy wkład energii w postaci ultradźwięków. Reakcje te są wysoce wiarygodne z dwoma zastrzeżeniami. W przypadku CaCuSi4O10 ważne jest, aby użyć mieszadła pokrytego szkłem; jeśli używany jest standardowy mieszadło pokryte PTFE, okazuje się, że produkty uboczne PTFE zanieczyszczają produkt CaCuSi4O10 nanosheet. W przypadku BaCuSi4O10 ważne jest kontrolowanie mocy i czasu ultradźwięków, tak aby reakcja została zatrzymana, zanim nanoarkusze ulegną degradacji.
Transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) produktów z nanoarkuszy pokazuje, że te bardzo cienkie materiały mają wymiary boczne od setek nanometrów do kilku mikronów. Ogólnie rzecz biorąc, te wymiary boczne korelują z rozmiarem krystalitów trójwymiarowego materiału wyjściowego. We wcześniejszych pracach mikroskopia sił atomowych dostarczyła mapowania topograficznego, które wykazało grubość pojedynczej warstwy (~1,2 nm) tych nanoarkuszy12. Fotografie próbek nanoarkuszy proszku CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 (ryc. 3e-h) pokazują, że ich kolor jest mniej intensywny niż w przypadku materiałów wyjściowych, co jest bezpośrednim wynikiem nanostrukturyzacji.
Dodatkowych informacji dostarcza PXRD (ryc. 5 i 6), który ujawnia podstawowe rozszczepienie wzdłuż płaszczyzny (001) i preferowaną orientację wzdłuż serii {00l} dla wszystkich próbek nanoarkuszy. Cechy te odzwierciedlają ułożone w stos ułożenie tych wysoce anizotropowych nanomateriałów po odlaniu kropli na podłoże. Ponadto charakterystyczna emisja NIR CaCuSi4O10 przy ~910 nm i BaCuSi4O10 przy ~950 nm jest zilustrowana na zdjęciu NIR wszystkich ośmiu próbek (ryc. 8).
Przetwarzanie roztworu CaCuSi4O10 można osiągnąć, po prostu przygotowując koloidalną dyspersję CaCuSi4O10 nanoarkuszy (rysunek 9) do wykorzystania jako tusz. Atrament ten można następnie nakładać na podłoże za pomocą powlekania wirowego, powlekania natryskowego, drukowania atramentowego12 lub po prostu szczotkowania (ilustracja 10). Co ważne, właściwości emisyjne NIR CaCuSi4O10 są zachowane na wszystkich etapach tego procesu. Te nowe możliwości podkreślają kontrast między nanoarkuszami CaCuSi4O10 a tradycyjnym zastosowaniem egipskiego niebieskiego pigmentu, wysoce ziarnistego materiału, który jest trudny do włączenia do gładkiej farby.

Żywe kolory były cenione w całym starożytnym świecie. Do dziś możemy zobaczyć pozostałości pigmentów i barwników stworzonych przez każdą większą kulturę. Co ciekawe, dwa z najbardziej znanych syntetycznych niebieskich pigmentów mają podobny skład chemiczny i strukturę, mimo że zostały opracowane w bardzo różnym czasie i miejscu. Barwne składniki zarówno błękitu egipskiego, CaCuSi4O10, jak i błękitu Han, BaCuSi4O10, należą do serii tetrakrzemianów miedzi ziem alkalicznych, ACuSi4O10 (A = Ca, Sr, Ba)1, a także do większej grupy gilali, ABSi4O10 (B = Fe, Cu, Cr)2,3.
Poza tradycyjnymi zastosowaniami pigmentów, obecne zainteresowanie naukowe tymi materiałami skupia się na ich silnych właściwościach emisji bliskiej podczerwieni (NIR). Emisja ta pochodzi z Cu2+ w kwadratowej koordynacji płaskiej; Jony te są połączone czworościennymi ugrupowaniami krzemianowymi w trójwymiarowej strukturze krystalicznej, a powstałe warstwy przeplatają się z jonami ziem alkalicznych4-6. Ostatnie osiągnięcia techniczne obejmują obrazowanie NIR w celu identyfikacji pigmentów egipskich i niebieskich Han na artefaktach dziedzictwa kulturowego7,8, domieszkowanie lantanowców ACuSi4O10 w celu poprawy właściwości odbicia NIR i otwarcia nowych szlaków transferu energii9,10, zastosowanie ACuSi4O10 jako materiału aktywnego dla czujników optycznych11 oraz złuszczanie CaCuSi4O10 do jednowarstwowych nanoarkuszy12.
W szczególności, ten ostatni przykład dostarcza sposobu na nanostrukturyzację CaCuSi4O10, tak aby można go traktować jako dyspersję koloidalną, a nie jako cząstkę stałą12. Ponieważ dyspersje koloidalne są kompatybilne z technikami przetwarzania roztworów (np. powlekanie wirowe, druk atramentowy, osadzanie warstwa po warstwie), postęp ten otwiera nowe obszary zastosowań, które obejmują zarówno farby zabezpieczające, jak i obrazowanie biomedyczne. Protokoły eksperymentalne zilustrowane w tym artykule umożliwią naukowcom z różnych środowisk przygotowanie, scharakteryzowanie i wykorzystanie nanoarkuszy CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 w swojej pracy.

<table><tbody><tr><td>Węglan sodu (Na2CO3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S7795</td><td>bioXtra, &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Węglan wapnia (CaCO3)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C4830</td><td>bioXtra, &ge; 99,0%</td></tr><tr><td>Węglan baru (BaCO3)</td><td>Solvay Performance Chemicals</td><td></td><td>Próbka badawcza: Czystość elektroniczna, nanokrystaliczny</td></tr><tr><td>zasadowy węglan miedzi (II) [Cu2CO3(OH)2]</td><td>Sigma Aldrich</td><td>207896</td><td>Klasa odczynnika</td></tr><tr><td>Tlenek miedzi(II) (CuO)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>450812</td><td>99,99% metali śladowych na bazie dwutlenku</td></tr><tr><td>krzemu (SiO2)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S5631</td><td>~99%, wielkość cząstek 0,5-10 &mu; m (około 80% między 1-5 & mu; m)</td></tr><tr><td>Dekahydrat tetraboranu sodu (Na4B4O7.10H2O)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9640</td><td>ACS &ge; 99,5%</td></tr><tr><td>Chlorek sodu (NaCl)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>S9888</td><td>ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Tlenek ołowiu(II) (PbO)&nbsp;</td><td>Sigma Aldrich</td><td>402982</td><td>ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>N-winylopirolidynon (C6H9NO)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>V3409</td><td>zawiera wodorotlenek sodu jako inhibitor, ACS &ge; 99.0%</td></tr><tr><td>Piec skrzynkowy</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Lindberg Blue M</td></tr><tr><td>Piec skrzynkowy</td><td>Carbolite</td><td>CWF 12/5 1200C</td><td></td></tr><tr><td>Sonikator do kąpieli</td><td>Branson</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonica</td><td>Qsonica</td><td></td><td>Misonix S-4000</td></tr><tr><td>Camera</td><td>niestandardowa modyfikacja aparatu Nikon D3000 firmy LDP LLC MaxMax.com</td><td>nie dotyczy</td><td>aparatu Xnite Nikon D3000 z obiektywem Nikkor 18-200 mm i filtrem Xnite 830&nbsp;</td></tr><tr><td>Źródło światła</td><td>Excled Ltd.</td><td>Kolorowy</td>mikroskop świetlny <td>LED PAR64</td></tr><tr>Mikroskop<td>stereoskopowy</td><td>Leica</td><td></td><td>mz6 z kamerą Spot Idea i oprogramowaniem</td></tr><tr><td>Dyfraktometr rentgenowski w proszku</td> Dyfraktometr <td>Bruker</td><td></td><td>D8-Advance (źródło promieniowania Co-K i alfa)</td></tr> <tr><td>Transmisyjny mikroskop elektronowy</td><td>FEI</td><td></td> Skaningowy mikroskop elektronowy <td>Technai 20</td></tr><tr><td></td><td>FEI</td><td></td><td>Inspect F</td></tr><tr><td>Filtry membranowe</td><td>Millipore</td><td>HTTP04700</td><td>Isopore Filtr membranowy z 0,4 i mikro; m Wielkość porów</td></tr></tbody></table>

złuszczanie egipskiego błękitu i błękitu han, dwóch pigmentów na bazie krzemianu miedzi ziem alkalicznych

Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments

W wizualizacji przykładu starożytnej przeszłości łączącej się z czasami współczesnymi, opisujemy przygotowanie i złuszczanie CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10, kolorowych składników historycznych egipskich pigmentów niebieskich i Han. Masowe formy tych materiałów są syntetyzowane zarówno przez topnienie, jak i drogi półprzewodnikowe, które zapewniają pewną kontrolę nad wielkością krystalitów w produkcie. Proces topnienia jest czasochłonny, ale w niższych temperaturach reakcji wytwarza stosunkowo duże kryształy. Dla porównania, metoda półprzewodnikowa jest szybsza, ale wymaga wyższych temperatur reakcji i daje mniejsze krystality. Po zmieszaniu w gorącej wodzie CaCuSi4O10 spontanicznie złuszcza się do jednowarstwowych nanoarkuszy, które charakteryzują się TEM i PXRD. Z drugiej strony BaCuSi4O10 wymaga ultradźwięków w rozpuszczalnikach organicznych w celu uzyskania złuszczania. Obrazowanie w bliskiej podczerwieni pokazuje, że zarówno masowe, jak i nanoarkuszowe formy CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 są silnymi emiterami bliskiej podczerwieni. Wodne dyspersje nanoarkuszy CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 są przydatne, ponieważ zapewniają nowy sposób obsługi, charakteryzowania i przetwarzania tych materiałów w postaci koloidalnej.

Opisane syntezy CaCuSi4O10 oraz BaCuSi4O10 zapewnia uzyskanie około 0,5 g produktu z jednej partii. Wyizolowane wydajności CaCuSi4O10 z topnika i syntezy w fazie stałej wynoszą zazwyczaj odpowiednio 70–75% oraz 90–95%. Dla BaCuSi4O10, the wydajności izolowane z syntezy w topniku oraz syntezy w fazie stałej wynoszą zazwyczaj odpowiednio od 65% do 70% i od 95% do 99%.
Tekstura wszystkich przygotowanych materiałów, a także różnice w intensywności ich niebieskiego koloru wynikające z zróżnicowanych rozmiarów krystalitów, są widoczne w optycznej mikroskopii przy małym powiększeniu (ryciny 3a-h). Obrazy z pomiarów skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) potwierdzają, że metoda syntezy CaCuSi4O10 w fazie stałej prowadzi do powstania krystalitów pierwotnych o rozmiarach ~1-15 µm (rycina 4b), podczas gdy warunki topnienia w topniku prowadzą do powstania krystalitów o rozmiarach ~5-50 µm (rycina 4a). Dyfraktogramy proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej (PXRD) dla CaCuSi4O10 (ryciny 5a i 5c) oraz BaCuSi4O10 (ryciny 6a i 6c) potwierdzają skład i czystość fazową tych produktów.
Reprezentatywne obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) przedstawiają morfologię nanolatek produktów eksfoliacji (Rycina 7). Ponadto obrazowanie fotograficzne w bliskiej podczerwieni (NIR) wykazuje silną luminescencję zarówno materiałów objętościowych, jak i eksfoliowanych (Rycina 8). Prostym sposobem na zilustrowanie możliwości przetwarzania nanolatek CaCuSi4O10 w roztworze jest przygotowanie wodnego tuszu (Rycina 9) odpowiedniego do malowania (Rycina 10).
<img alt="Analiza proszków, cztery próbki w tackach, eksperyment porównawczy właściwości materiałów, badanie laboratoryjne." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Fotografie ręcznie utartych materiałów wyjściowych. (a) topnik CaCuSi4O10, (b) synteza w fazie stałej CaCuSi4O10 , (c) topnik BaCuSi4O10 oraz (d) synteza w fazie stałej BaCuSi4O10. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig1highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Analiza za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej agregatów w skali mikro w celu badania struktury materiału." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2. Skaningowa mikroskopia elektronowa. Obrazy ręcznie utartych materiałów wyjściowych dla syntez (a) CaCuSi4O10 z topnikiem, (b) CaCuSi4O10 w fazie stałej, (c) BaCuSi4O10 z topnikiem oraz (d) BaCuSi4O10 w fazie stałej. Wszystkie próbki zostały pokryte złotem przed obrazowaniem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Porównanie eksfoliacji krzemianów wapnia i baru, próbki CaCuSi₄O₁₀ i BaCuSi₄O₁₀." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Mikroskopia optyczna. Materiał objętościowy CaCuSi4O10 otrzymany metodą topnienia w topniku (a) oraz metodą reakcji w fazie stałej (b). Materiał objętościowy BaCuSi4O10 otrzymany metodą topnienia w topniku (c) oraz metodą reakcji w fazie stałej (d). Odpowiednio produkty eksfoliacji (e-h) z próbek (a-d). Wszystkie obrazy mają wspólną skalę 1 mm pokazaną na panelu (a). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Skaningowa mikroskopia elektronowa, mikrografie SEM porównujące agregację cząstek, skala 50 µm." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM). Obrazy materiału CaCuSi4O10 otrzymanego metodą topnienia w topniku (a) oraz metodą stanu stałego (b). Przed obrazowaniem próbki zostały pokryte warstwą złota. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Dyktogramy XRD; kąty dyfrakcji (2θ) względem intensywności; analiza fazowa materiału; wykres porównawczy." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig5highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5. Proszkowa dyfrakcja rentgenowska: CaCuSi4O10. Dyktogramy dla objętościowego CaCuSi4O10 otrzymanego metodą topnienia w topniku (a) oraz metodą syntezy w fazie stałej (c). Gwiazdki oznaczają zanieczyszczenie krzemionką. Dyktogramy dla eksfoliowanego CaCuSi4O10, (b) i (d), odpowiednio otrzymanego z próbek (a) i (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig5highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Dyfraktogram rentgenowski, intensywność względem 2θ, wykazujący wiele refleksów; wykres analizy widmowej." fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" width="500" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6. Proszkowa dyfrakcja rentgenowska: BaCuSi4O10. Dyfraktogramy dla BaCuSi4O10 w formie objętościowej, otrzymanego metodą topnienia w topnikach (a) oraz metodą stanu stałego (c). Gwiazdka oznacza zanieczyszczenie krzemionką. Dyfraktogramy dla eksfoliowanego BaCuSi4O10, (b) i (d), odpowiednio otrzymanego z próbek (a) i (c). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Obrazy TEM arkuszy tlenku grafenu; analiza struktury w nanoskali; paski skali 100 nm." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7. Mikroskopia elektronowa transmitowana (TEM). Reprezentatywne obrazy eksfoliowanego CaCuSi4O10 otrzymanego z objętościowego CaCuSi4O10 otrzymanego metodą topnienia w topniku (a) lub metodą reakcji w fazie stałej (b). Reprezentatywne obrazy eksfoliowanego BaCuSi4O10 otrzymanego z objętościowego BaCuSi4O10 otrzymanego metodą topnienia w topniku (c) lub metodą reakcji w fazie stałej (d). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Porównanie fluorescencji w probówkach; eksperyment w analizie emisji optycznej; wizualizacja wyników." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 8"> 
Rycina 8. Obrazowanie w bliskiej podczerwieni. Luminescencja materiału CaCuSi4O10 w formie masywnej, otrzymanego metodą topnika (a) oraz metodą reakcji w fazie stałej (b). Luminescencja materiału BaCuSi4O10 w formie masywnej, otrzymanego metodą topnika (c) oraz metodą reakcji w fazie stałej (d). Luminescencja produktów eksfoliacji (e-h) odpowiadających kolejno próbkom (a-d). Próbki w proszku znajdują się w szklanych fiolkach, a cały zestaw próbek został zobrazowany jednocześnie. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Roztwór chemiczny w fiolce, konfiguracja eksperymentu do analizy spektroskopowej, University of Georgia." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 9"> 
Rycina 9. Fotografia tuszu z nanoarkuszy CaCuSi4O10 w fiolce.
<img alt='Mikroskopia fluorescencyjna, świecący napis „UGA” z uśmiechniętą buźką, ciemne tło.' fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 10"> 
Rycina 10. Obrazowanie w bliskiej podczerwieni. Prosty rysunek wykonany tuszem z nanolatek CaCuSi4O10, ilustrujący łatwość jego aplikacji oraz właściwości luminescencyjne.

Przygotowanie i złuszczanie CaCuSi4O10 i BaCuSi4O10 są opisane. Po zmieszaniu w gorącej wodzie, CaCuSi4O10 spontanicznie złuszcza się do monowarstw, podczas gdy BaCuSi4O10 wymaga ultradźwięków w rozpuszczalnikach organicznych. Obrazowanie w bliskiej podczerwieni (NIR) ilustruje właściwości emisyjne NIR tych materiałów, a wodne dyspersje tych nanomateriałów są przydatne do przetwarzania roztworów.

Złuszczanie egipskiego błękitu i błękitu Han, dwóch pigmentów na bazie krzemianu miedzi ziem alkalicznych

In a visualized example of the ancient past connecting with modern times, we describe the preparation and exfoliation of CaCuSi4O10 and BaCuSi4O10, the ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przygotowanie nanoarkuszy materiałów krzemianu wapnia, miedzi i tetrasilikatu oraz krzemianu baru i miedzi, które można przetwarzać w formie roztworu. Cel ten osiąga się poprzez wstępne przygotowanie materiałów objętościowych za pomocą metod stanu stałego lub topnienia w topniku. Drugim krokiem jest eksfoliacja tych materiałów warstwowych do postaci nanoarkuszy przy użyciu techniki ogrzewania lub sonikacji ultradźwiękowej.Ostatnim krokiem jest dyspersja nanoarkuszy w wodzie w celu przetworzenia w formie roztworu. W końcowej fazie wykorzystuje się transmisyjną mikroskopię elektronową, aby wykazać powstanie nanoarkuszy tetra krzemianu miedzi i metali alkalicznych ziemnych, a obrazowanie w bliskiej podczerwieni pozwala ocenić właściwości luminescencyjne próbek nanoarkuszy w formie proszku oraz tych przetworzonych w roztworze. Metoda ta pozwala zrozumieć czynniki wpływające na powstawanie i eksfoliację tetra krzemianów miedzi i metali alkalicznych ziemnych, a także stanowi prosty sposób przetwarzania tych materiałów.Rozpocznij syntezę krzemianu tetrakalcywo-miedziową metodą topnienia w topniku, odważając węglan wapnia, dwutlenek krzemu i podstawowy węglan miedzi w stosunku molowym dwa do ośmiu do jednego. Dodatkowo odważ składniki topnika: węglan sodu, chlorek sodu i boraks w ilości 12,5% masy pozostałych składników. Umieść wszystkie te materiały w moździerzu typu egg eight.Mieszanina początkowo będzie wyglądać w ten sposób. Używając moździerza z tłuczkiem, ręcznie rozetrzyj mieszaninę przez około pięć minut. Przestań, gdy mieszanina stanie się jednorodnym, jasnozielonym proszkiem.Następnie przenieś tę mieszaninę do czystego i suchego tygla platynowego. Następnie umieść tygiel w piecu i rozpocznij odpowiedni cykl grzania i chłodzenia. Proces ten potrwa ponad 40 godzin.Po wyjęciu kryształów z pieca umieść je w moździerzu i delikatnie rozetrzyj tłuczkiem. Następnie przenieś kryształy do zlewki. Przygotuj 50 ml 1 M wodnego roztworu kwasu solnego.Przelej tę ciecz do naczynia z kryształami. Pozostaw kryształy do namoczenia przez noc w celu usunięcia topnika. Po upływie co najmniej 10 do 12 godzin odfiltruj kryształy.Usuń wszelkie pozostałości topnika, przemywając kryształy wodą dejonizowaną. Kryształy można przechowywać w fiolce. Do syntezy w fazie stałej krzemianu wapnia i miedzi (tetra-krzemianu) odważ węglan wapnia, dwutlenek krzemu i tlenek miedzi. Dodaj je do czystego tygla w stosunku molowym 1:4:1.Osiem moździerzy. Zwilżyć mieszaninę proszku od jednym do dwóch mililitrów acetonu. Następnie ucierać mieszaninę pestlekiem agatowym przez około pięć minut.Przerwać proces, gdy powstanie jasnoszary proszek. Po przeniesieniu tego proszku do tygla platynowego, umieścić tygiel w piecu i rozpocząć odpowiedni cykl grzania i chłodzenia. Po zakończeniu cyklu wyjąć tygiel i szpatułkę z A-P-T-F-E.Za pomocą szpatułki przełożyć sypki, jasnoniebieski proszek do fiolki w celu eksfoliacji tetrasilikatu miedzi(II) i wapnia. Użyć kolby okrągłodennej o pojemności 50 ml. Dodać do niej 0,50 g kryształów oraz 40 ml wody dejonizowanej.Następnie należy dodać magnetyczny mieszadło z powłoką szklaną. Kolejnym krokiem jest podłączenie chłodzonego wodą skraplacza do kolby. Kolbę należy umieścić na źródle ciepła ustawionym na 85 °C i włączyć mieszanie z prędkością 400 RPM.Utrzymywać te warunki przez dwa tygodnie. Po upływie dwóch tygodni wyjąć kolbę z urządzenia grzewczego i wymieszać. Odstawić kolbę, aby roztwór mógł osiąść.Kolba powinna pozostać niezakłócona przez noc po ustąpieniu procesu sedymentacji. Należy wyjąć mieszadło magnetyczne i przefiltrować nadsącz przez filtr membranowy o wielkości porów 0,4 µm przy użyciu filtracji próżniowej. Przygotować tusz z tetrasilikatu miedziowo-wapniowego, dodając około 0,10 g nanookładziny do 5 ml wody dejonizowanej.Umieść to w kąpieli wodnej. Po upływie około 10 minut wyjmij naczynie. Wynikiem jest tusz, który można wykorzystać do malowania i drukowania, aby rozpocząć syntezę topnienia topnika krzemianu tetra-baru i miedzi, odważ węglan baru, dwutlenek krzemu i tlenek miedzi w stosunku molowym jeden do czterech do jednego.Odważ również 12,5% wagowo składnika topnika, którym jest tlen ołowiu. Dodaj te materiały do czystego moździerza agatowego i ucieraj ręcznie, aż materiał stanie się jasnoszarym proszkiem. W tym momencie przenieś mieszaninę do czystego, suchego tygla platynowego i umieść go w piecu, aby rozpocząć cykl grzania i chłodzenia.Po wyjęciu kryształów z tygla, należy je delikatnie rozkruszyć moździerzem w celu usunięcia topnika. Przenieść kryształy do zlewki i namoczyć w 50 mililitrach jednomolowego kwasu azotowego. Po namaczaniu przez 10 do 12 godzin przefiltrować kryształy i przemyć wodą jonizowaną, aby usunąć pozostałości topnika.Synteza w fazie stałej krzemianu baru i miedzi rozpoczyna się od przygotowania węglanu baru, dwutlenku krzemu i tlenku miedzi w stosunku molowym jeden do czterech do jednego. W czystym moździerzu agatowym zwilżyć mieszaninę 1–2 ml acetonu. Ucierać proszek ręcznie do uzyskania jasnoszarego koloru. Przenieść proszek do tyglowa platynowego i umieścić w piecu w celu przeprowadzenia cyklu grzania i chłodzenia.Po zakończeniu cyklu użyj szpatułki z A-P-T-F-E do wydobycia materiału. Przechowuj luźny niebieski proszek w fiolce. Eksfoliację krzemianu tetra-miedziowo-barowego rozpoczyna się od użycia plastikowej probówki do wirowania o pojemności 50 ml. Do probówki zanurzonej w łaźni lodowej dodaj 0,14 g kryształów oraz 20 ml end vinyl perone.Użyj sonikatora probe przy mocy 17 W, aby przeprowadzić sonikację przez jedną godzinę. Po sonikacji pozostaw dyspersję w spokoju na noc. Następnie, po 10 do 12 godzinach, zlej nadsącz do nowej probówki do wirowania.Użyj wirówki, aby odwirować zawartość z prędkością około 10 300 G przez 10 minut. Po zakończeniu wirowania wyjmij probówkę i odlej supernatant, aby arkusze nanonarkusze pozostały na dnie probówki do wirowania. Aby ponownie zawiesić ten materiał, dodaj 20 mililitrów wody.Przenieś pojemnik do kąpieli i poddaj go sonikacji przez kilka minut. Wyjmij pojemnik, przefiltruj mieszaninę przez filtr membranowy o rozmiarze porów 0,4 µm i wysusz wszystkie materiały. Ustaw kamerę zdolną do obrazowania w bliskiej podczerwieni w pozycji umożliwiającej obrazowanie w bliskiej podczerwieni, ustaw jej liczbę przysłony F na 22, a czas naświetlania na 0,5 sekundy. Następnie naświetl próbki za pomocą matrycy LED lub innego źródła czerwonego światła.Wyeliminuj inne źródła światła i wykonaj zdjęcia próbki. Oto obrazy optyczne przy niskim powiększeniu objętościowego krzemianu tetrasodu miedzi otrzymanego metodą topnienia z topnikiem oraz syntezy w fazie stałej. Następnie przedstawiono objętościowy krzemian tetrabaru miedzi otrzymany metodą topnienia z topnikiem oraz syntezy w fazie stałej.Oto produkty złuszczania. Obrazy tych przygotowanych materiałów przedstawiają ich tekstury oraz różnice w intensywności niebieskiego koloru wynikające z zróżnicowanej wielkości kryształów. Skala długości na pierwszym obrazie obowiązuje dla wszystkich tych obrazów z pomiarów za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej dla powleczonego złotem litego tetrasilikatu wapnia i miedzi, pokazując, jak różne procedury przygotowania prowadzą do uzyskania różnej wielkości krystalitów.Po lewej stronie produkt syntezy z topionego topnika posiada krystality o rozmiarach od 5 do 50 µm. Produkt syntezy w fazie stałej po prawej stronie stanowi proszek o krystalitach od 1 do 15 µm. Dyfrakcja rentgenowska pozwala na analizę składu produktów.Poniżej przedstawiono dyfraktogramy dla serii krzemianu tetrawodorek wapnia i miedzi. Niebieskie wykresy odpowiadają materiałowi objętościowemu przygotowanemu metodą topnienia w topniku (na dole) oraz następującej po nim próbce złuszczonej (na górze). Zielone wykresy odpowiadają materiałowi objętościowemu przygotowanemu metodą reakcji w fazie stałej (na dole) oraz następującej po niej próbce złuszczonej (na górze).Gwiazdka oznacza zanieczyszczenie krzemem. Te reprezentatywne obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego przedstawiają nanorurki tetrasilikanu miedzi i wapnia w dwóch górnych panelach oraz nanorurki tetrasilikanu miedzi i baru w dwóch dolnych panelach.Obrazy po lewej stronie odpowiadają nanoarkuszom pochodzącym z materiałów objętościowych przygotowanych metodą topnienia topników, natomiast obrazy po prawej stronie odpowiadają nanoarkuszom pochodzącym z materiałów objętościowych przygotowanych w stanie stałym. Poniżej znajduje się prosty rysunek wykonany z tuszu na bazie nanoarkuszy tetrasilikanu miedzi i wapnia, który ilustruje zarówno łatwość jego aplikacji, jak i właściwości luminescencyjne po zastosowaniu tej procedury. Do dalszych badań i rozwoju aplikacji nanoarkuszy tetrasilikanu miedzi i metali ziem alkalicznych można wykorzystać inne techniki, takie jak powlekanie rotacyjne, powlekanie natryskowe, druk atramentowy oraz osadzanie warstwa po warstwie.

exfoliation-egyptian-blue-han-blue-two-alkali-earth-copper-silicate

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Złuszczanie niebieskiego egipskiego i niebieskiego Han, dwa pigmenty na bazie silikatów miedzi z ziem alkalicznych

Ten protokół szczegółowo opisuje odtwarzanie kompleksów zbierających światło in vitro. Te integralne białka błonowe koordynują chlorofile i karotenoidy i są odpowiedzialne za zbieranie światła w roślinach wyższych i zielonych algach.

In vitro Rekonstytucja kompleksów roślin i zielonych alg zbierających światło

Przedstawiamy protokół produkcji organicznej diody elektroluminescencyjnej (OLED) do ochrony oczu i wydzielania melatoniny, wolnej od niebieskich zagrożeń świec.

Niebieski światło świec OLED

Tutaj prezentujemy protokół użycia wstępnie zsyntetyzowanych produktów polimerowych pochodzących z katalizowanej przez grzyby polimeryzacji fenoli roślinnych, zarówno z zaprawami, jak i bez nich (np. FeSO4), aby wywołać odporne na detergenty keratynowe farbowanie włosów w ciągu 2,5 godziny.

Synteza barwników polimerowych pochodzenia roślinnego na bazie fenolu do bezpośredniego farbowania włosów lub na bazie zaprawy

Przedstawiono protokół ekstrakcji pigmentów z nanostrukturalnych granulek w chromatoforach kałamarnicy Doryteuthis pealeii.

Metoda ekstrakcji pigmentów z kałamarnicy Doryteuthis pealeii

Przedstawiono protokół do produkcji wysokowydajnych, czystych niebieskich diod elektroluminescencyjnych opartych na kropkach kwantowych ZnCdS/ZnS poprzez zastosowanie katody z autooksydowanego aluminium.

Ulepszony wtrysk elektronów i uwięzienie ekscytonów dla czystych niebieskich diod elektroluminescencyjnych z kropkami kwantowymi poprzez wprowadzenie częściowo utlenionej katody aluminiowej

Opisujemy trzy eksperymentalne metody oceny hipopigmentacyjnej aktywności substancji chemicznych in vitro: kwantyfikacja 1) komórkowej aktywności tyrozynazy i 2) zawartości melaniny, oraz 3) pomiar melaniny za pomocą barwienia melaniny komórkowej i analizy obrazu.

Kwantyfikacja aktywności hipopigmentacyjnej in vitro

Przedstawiono metodę złuszczania dużych, cienkich płatków dwuwymiarowych materiałów wrażliwych na powietrze i bezpiecznego transportu ich do analizy poza komorę rękawicową.

Złuszczanie i analiza wielkopowierzchniowych, wrażliwych na powietrze materiałów dwuwymiarowych

Przedstawiono protokół syntezy hybrydowych perowskitowych atramentów kropek perowskitowych z nieorganiczno-ołowiowo-halogenkowym do druku atramentowego oraz protokół przygotowania i drukowania atramentów z kropkami kwantowymi w drukarce atramentowej z technikami postcharakteryzacji.

Druk atramentowy Wszystkie nieorganiczne atramenty perowskitowe halogenkowe do zastosowań fotowoltaicznych

Przedstawiono szczegółowe i ogólne protokoły syntezy [(DPEPhos)(bcp)Cu]PF6, ogólnego katalizatora fotoredoks na bazie miedzi, oraz jego zastosowania w chemii syntetycznej do bezpośredniej arylacji wiązań C-H w (hetero)arenach i cyklizacji rodników halogenków organicznych.

[(DPEPhos)(bcp)Cu]PF6: Ogólny i szeroko stosowany katalizator fotoredoks na bazie miedzi

To badanie wykorzystuje temperaturę i skład materiału do kontrolowania właściwości płynów o granicy plastyczności. Stan podobny do ciała stałego atramentu może chronić strukturę druku, a stan podobny do cieczy może w sposób ciągły wypełniać pozycję drukowania, realizując cyfrowe przetwarzanie światła 3D z wyjątkowo miękkich biotuszów.

Ilościowa charakterystyka właściwości ciekłego światłoczułego biotuszu do ciągłego druku opartego na cyfrowym przetwarzaniu światła

Tutaj opisujemy kilka protokołów mających na celu zintegrowaną waloryzację Gracilaria gracilis: zbiór dzikich gatunków, hodowla we własnym zakresie i ekstrakcja składników bioaktywnych. Oceniane jest działanie przeciwutleniające, przeciwbakteryjne i cytotoksyczne ekstraktów, a także ocena wartości odżywczej i stabilności żywności wzbogaconej o całą biomasę wodorostów i pigmenty.

Waloryzacja wodorostów czerwonych Gracilaria gracilis za pomocą podejścia biorafineryjnego

Poznaj metody złuszczania krzemianów miedzi ziem alkalicznych CaCuSi₄O₁₀ i BaCuSi₄O₁₀ w ciepłej wodzie i ultradźwiękach. Techniki te umożliwiają przygotowanie nanowarstw do zastosowań w naukach o materiałach.

Złuszczanie egipskiego błękitu i błękitu Han, dwóch pigmentów na bazie krzemianu miedzi ziem alkalicznych

Przeglądaj więcej filmów