Name: Estetycznie ulepszony aerożel krzemionkowy dzięki zastosowaniu wytrawiania laserowego i barwników (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-03-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Poznaj metodę wytrawiania laserowego aerożeli krzemionkowych o różnych kształtach, kolorach i rozmiarach. Protokół obejmuje przygotowanie formy stalowej, ustawienie grawerki oraz techniki cięcia i zdobienia monolitów.

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

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.

<ol><li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Aerogels+Handbook%22">Aerogels Handbook</a>. Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. , Springer. New York. (2011).</li>
<li>Pierre, A. C., Pajonk, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemistry+of+aerogels+and+their+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Chemistry of aerogels and their applications.</a> Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).</li>
<li>Zinzi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+and+visual+experimental+characterization+of+a+glazing+system+with+monolithic+silica+aerogel%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy%22%5BJournal%5D)">Optical and visual experimental characterization of a glazing system with monolithic silica aerogel.</a> Solar Energy. 183, 30-39 (2019).</li>
<li>Bhuiya, M. M. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+monolithic+silica+aerogel+for+fenestration+applications%3A+scaling+up%2C+reducing+cycle+time%2C+and+improving+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+%26+Engineering+Chemistry+Research%22%5BJournal%5D)">Preparation of monolithic silica aerogel for fenestration applications: scaling up, reducing cycle time, and improving performance.</a> Industrial & Engineering Chemistry Research. 55 (25), 6971-6981 (2016).</li>
<li>Jelle, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fenestration+of+today+and+tomorrow%3A+A+state-of-the-art+review+and+future+research+opportunities%5BTitle%5D)+AND+%22Solar+Energy+Materials+and+Solar+Cells%22%5BJournal%5D)">Fenestration of today and tomorrow: A state-of-the-art review and future research opportunities.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 96, 1-28 (2012).</li>
<li>Michalous, I., Carroll, M. K., Kupiec, S., Cook, K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+method+for+surface+etching+of+silica+aerogel+monoliths%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-Gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Facile method for surface etching of silica aerogel monoliths.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 87 (1), 22-26 (2018).</li>
<li>Stanec, A. M., Anderson, A. M., Avanessian, C., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+and+characterization+of+etched+silica+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-Gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Analysis and characterization of etched silica aerogels.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 94, 406-415 (2020).</li>
<li>Sun, J., Longtin, J. P., Norris, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+laser+micromachining+of+silica+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Ultrafast laser micromachining of silica aerogels.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 281 (1-3), 39-47 (2001).</li>
<li>Bian, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromachining+of+polyurea+aerogel+using+femtosecond+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Micromachining of polyurea aerogel using femtosecond laser pulses.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 357 (1), 186-193 (2011).</li>
<li>Yalizay, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Versatile+liquid-core+optofluidic+waveguides+fabricated+in+hydrophobic+silica+aerogels+by+femtosecond-laser+ablation%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Versatile liquid-core optofluidic waveguides fabricated in hydrophobic silica aerogels by femtosecond-laser ablation.</a> Optical Materials. 47, 478-483 (2015).</li>
<li>Vainos, N. A., Karoutsos, V., Mills, B., Eason, R. W., Prassas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotropic+contractive+scaling+of+laser+written+microstructures+in+vitrified+aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Materials+Express%22%5BJournal%5D)">Isotropic contractive scaling of laser written microstructures in vitrified aerogels.</a> Optical Materials Express. 6 (12), 3814-3825 (2016).</li>
<li>Plata, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aerogel-platform+optical+sensors+for+oxygen+gas%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-+Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Aerogel-platform optical sensors for oxygen gas.</a> Journal of Non- Crystalline Solids. 350, 326-335 (2004).</li>
<li>Carroll, M. K., Anderson, A. M. Aerogels as platforms for chemical sensors. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCarroll%2C+MK+%22Aerogels+Handbook.+Advances+in+Sol-Gel+Derived+Materials+and+Technologies%22">Aerogels Handbook. Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies</a>. Aegerter, M., Leventis, N., Koebel, M. , Springer. New York. (2011).</li>
<li>Bockhorst, M., Heinloth, K., Pajonk, G. M., Begag, R., Elaloui, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluorescent+dye+doped+aerogels+for+the+enhancement+of+Cerenkov+light+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Fluorescent dye doped aerogels for the enhancement of Cerenkov light detection.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 186, 388-394 (1995).</li>
<li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Gorka, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparing+silica+aerogel+monoliths+via+a+rapid+supercritical+extraction+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Preparing silica aerogel monoliths via a rapid supercritical extraction method.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (84), e51421(2014).</li>
<li>Gauthier, B. M., Bakrania, S. D., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fast+supercritical+extraction+technique+for+aerogel+fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">A fast supercritical extraction technique for aerogel fabrication.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 350, 238-243 (2004).</li>
<li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby. U.S. Patent. , 8080591 (2011).</li>
<li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. B. Method and device for fabricating aerogels and aerogel monoliths obtained thereby. U.S. Patent. , 7384988 (2008).</li>
<li>Estok, S. K., Hughes, T. A., Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+TEOS-based+silica+aerogels+prepared+using+rapid+supercritical+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of TEOS-based silica aerogels prepared using rapid supercritical extraction.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 70 (3), 371-377 (2014).</li>
<li>Roth, T. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+a+rapid+supercritical+extraction+aerogel+fabrication+process%3A+Prediction+of+thermodynamic+conditions+during+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Analysis of a rapid supercritical extraction aerogel fabrication process: Prediction of thermodynamic conditions during processing.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).</li>
<li>Bouck, R. M., Anderson, A. M., Prasad, C., Hagerman, M. E., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cobalt-alumina+sol+gels%3A+Effects+of+heat+treatment+on+structure+and+catalytic+ability%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Non-Crystalline+Solids%22%5BJournal%5D)">Cobalt-alumina sol gels: Effects of heat treatment on structure and catalytic ability.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 453, 94-102 (2016).</li>
<li>Dunn, N. J. H., Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+alumina+and+nickel-alumina+aerogels+prepared+via+rapid+supercritical+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Preprints%22%5BJournal%5D)">Characterization of alumina and nickel-alumina aerogels prepared via rapid supercritical extraction.</a> Polymer Preprints. 52 (1), 250-251 (2011).</li>
<li>Tobin, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+characterization+of+copper-containing+alumina+and+silica+aerogels+for+catalytic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Sol-gel+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Preparation and characterization of copper-containing alumina and silica aerogels for catalytic applications.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 84 (3), 432-445 (2017).</li>
<li>Tsou, P., Brownlee, D. E., Glesias, R., Grigoropoulos, C. P., Weschler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cutting+silica+aerogel+for+particle+extraction%5BTitle%5D)+AND+%22Lunar+and+Planetary+Science+XXXVI.+Part+19%22%5BJournal%5D)">Cutting silica aerogel for particle extraction.</a> Lunar and Planetary Science XXXVI. Part 19. , (2005).</li>
<li>Ishii, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+extraction+of+dust+impact+tracks+from+silica+aerogel+by+ultrasonic+microblades%5BTitle%5D)+AND+%22Meteoritics+%26+Planetary+Science%22%5BJournal%5D)">Rapid extraction of dust impact tracks from silica aerogel by ultrasonic microblades.</a> Meteoritics & Planetary Science. 40 (11), 1741-1747 (2005).</li>
<li>Ishii, H. A., Bradley, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Macroscopic+subdivision+of+silica+aerogel+collectors+for+sample+return+missions%5BTitle%5D)+AND+%22Meteoritics+%26+Planetary+Science%22%5BJournal%5D)">Macroscopic subdivision of silica aerogel collectors for sample return missions.</a> Meteoritics & Planetary Science. 41 (2), 233-236 (2006).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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 powierzchni za pomocą systemu grawerowania laserowego6,7 bez powodowania masowych uszkodzeń strukturalnych aerożelu. Może to być przydatne do wprowadzania ulepszeń estetycznych, drukowania informacji o inwentaryzacji i obróbki monolitów aerożelowych w różnych formach. Wykazano, że lasery femtosekundowe działają w prymitywnej "mikroobróbce" aerożeli8,9,10,11; Jednak obecny protokół demonstruje zdolność do zmiany powierzchni aerożeli za pomocą prostego systemu grawerowania laserowego. W związku z tym protokół ten ma szerokie zastosowanie w środowiskach artystycznych i technicznych.
Możliwe jest również włączenie barwników do mieszaniny prekursorów chemicznych aerożelu i w ten sposób stworzenie aerożeli domieszkowanych barwnikami o różnych odcieniach. Ta metoda została wykorzystana do wytworzenia czujników chemicznych12,13, w celu zwiększenia wykrywalności Cerenkov class14 oraz ze względów czysto estetycznych. Tutaj demonstrujemy zastosowanie barwników i wytrawiania laserowego do przygotowania estetycznych aerożeli.
W następnej sekcji opisujemy procedury tworzenia dużych monolitów aerożelu krzemionkowego, zmiany procedury przygotowania monolitu w celu włączenia barwników, wytrawiania tekstu, wzorów i obrazów na powierzchni monolitu aerożelowego oraz wycinania kształtów z dużych barwionych monolitów do złożenia w mozaiki.

<table><tbody><tr><td>Papier ścierny o ziarnistości 2000</td><td>Różne</td><td></td><td></td></tr><tr><td>grawerki laserowe o mocy 50 W</td><td>Epilog Laser</td><td></td><td>Każda wycinarka laserowa jest odpowiednia</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A18-20</td><td>Certyfikowany odczynnik ACS&nbsp;</td></tr><tr><td>Wodorotlenek amonu (wodny roztwór amoniaku)</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A669S212</td><td>Certyfikowany ACS Plus, około 14,8 N, 28,0-20,0 w%</td></tr><tr><td>Zlewki</td><td>zakupione w Fisher Scientific</td><td></td><td>Każda szklana zlewka jest odpowiednia.</td></tr><tr><td>Woda dejonizowana</td><td>Z kranu w domu</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Waga cyfrowa</td><td>OHaus Explorer Pro</td><td></td><td>Każda waga cyfrowa jest odpowiednia.</td></tr><tr><td>Jednorazowe chusteczki czyszczące</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>06-666</td> Oprogramowanie <td>do</td></tr><tr><td>rysowania</td><td>KimWipe Pakiet</td><td></td> graficzny <td>CorelDraw CorelDraw</td></tr><tr><td>Elastyczny arkusz grafitowy</td><td>Phelps Industrial Products</td><td>7500.062.3</td><td>Fluoresceina o grubości 1/16"</td></tr><tr><td></td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>F2456</td><td>Zawartość barwnika ~ 95%</td></tr><tr><td>Pędzel piankowy&nbsp;</td><td>Różne&nbsp;</td><td></td> Smar wysokopróżniowy o <td>rozmiarze 1-2 cm</td></tr><tr><td></td><td>Dow Corning</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hydrauliczna prasa na gorąco</td><td>Czworościan www.tetrahedronassociates.com</td><td>MTP-14</td><td>Każda prasa na gorąco z kontrolą temperatury i siły będzie działać. Potrzebuje maksymalnej temperatury ~550 F i maksymalnej siły 24 ton.</td></tr><tr><td>Grawer laserowy</td><td>Epilog Laser</td><td>Helix - 24</td><td>50 W</td></tr><tr><td>Metanol (MeOH)</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>A412-20</td><td>Certyfikowany odczynnik ACS, &ge; 99,8%</td></tr> <tr><td>Forma</td><td>Wytwarzana we własnym zakresie</td><td></td><td>Wytwarzana ze stali walcowanej na zimno lub stali nierdzewnej.</td></tr><tr><td>Folia parafinowa</td><td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>S37441</td><td>Folia laboratoryjna Parafilm M</td></tr><tr><td>Rodamina-6G Rodamina-6g FlouresceinRodamina-6g</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>20,132-4</td><td>Zawartość barwnika ~95%</td></tr><tr><td>Rhodamina-B Rodamina-6g FlouresceinRodamina-6g</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>R-953</td><td>Zawartość barwnika ~80%</td></tr><tr><td>Mydło do czyszczenia pleśni</td><td>Różne</td><td></td><td></td></tr><tr><td>folie ze stali nierdzewnej</td><td></td> Różne.0005 <td></td><td>"grubości, 304</td></tr><tr><td>Tetramethylorthosilicateate ze stali nierdzewnej (TMOS)</td><td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td><td>218472-500G</td><td>98% czystości, CAS 681-84-5</td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>FisherScientific FS6</td><td>153356</td><td>Każdy sonikator jest odpowiedni.</td></tr><tr><td>Podciśnieniowy układ wydechowy</td><td>Purex</td><td>800i</td><td>Odpowiedni jest każdy układ wydechowy.</td></tr><tr><td>Mikropipetor zmienny, 100-1000 i mikro; L</td><td>Wyprodukowane przez Eppendorf, zakupione od Fisher Scientific www.fishersci.com</td><td>S304665</td><td>Any 100-1000 &micro; Odpowiedni jest pipetor L.</td></tr></tbody></table>

estetycznie ulepszony aerożel krzemionkowy dzięki zastosowaniu wytrawiania laserowego i barwników

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

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.

Niniejszy protokół może być wykorzystany do przygotowania szerokiej gamy estetycznych monolitów aerogelu do zastosowań obejmujących, między innymi, sztukę oraz zrównoważone projektowanie budynków. Stwierdzono, że dodanie do mieszaniny prekursorów niewielkich ilości barwnika zastosowanych w tej procedurze wpływa jedynie na kolor otrzymanego monolitu aerogelu; nie zaobserwowano zmian w innych właściwościach optycznych lub strukturalnych.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-p...

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

Estetycznie ulepszony aerożel krzemionkowy dzięki zastosowaniu wytrawiania laserowego i barwników

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid ...

Protokół ten przedstawia pierwszą wizualną metodologię trawienia i cięcia zwykłego i barwionego aerożelu przy użyciu systemu grawerowania laserowego. Główną zaletą tej techniki jest jej prostota, ponieważ umożliwia wytrawianie monolitów aerożelowych o dowolnym kształcie, rozmiarze i kolorze. Prezentacja wideo pozwala zademonstrować praktyczne aspekty protokołu, w tym rozmieszczenie aerożelu i wyrównanie wycinarki laserowej.Aby przygotować formę do produkcji monolitu aerożelowego, wybierz trzyczęściową stalową formę składającą się z górnej, środkowej i dolnej części o wymiarach zewnętrznych 15,24 na 14 centymetrów we wnęce o wymiarach 10 na 11 centymetrów pośrodku. Górna część formy powinna mieć siedem otworów wentylacyjnych o średnicy 0,08 centymetra z każdej strony. Użyj rozcieńczonego mydła i szorstkiej gąbki do wyszorowania górnej, środkowej i dolnej części formy i osusz wszystkie czyste części formy ręcznikiem papierowym.Po wyschnięciu użyj indywidualnych jednorazowych chusteczek czyszczących nasączonych acetonem, aby wytrzeć formę, aż chusteczka do czyszczenia pozostanie czysta. Następnie użyj papieru ściernego o ziarnistości 2 000, aby lekko przeszlifować wszystkie powierzchnie, aż forma będzie gładka w dotyku, a wszelkie pozostałości po poprzednich zastosowaniach zostaną usunięte, zwracając szczególną uwagę na wnętrze środkowej formy, w której powstaje aerożel. Oczyść otwory wentylacyjne w górnej części formy sprężonym powietrzem i ręcznie nałóż około 2.4 mililitra smaru wysokopróżniowego grubą, nawet jedną do dwóch milimetrowych warstw na całą górną powierzchnię łączącą dolnej formy i około jednego mililitra smaru grubą, nawet jedną do dwóch milimetrowych warstw na zewnętrzną połowę dolnej powierzchni łączącej górnej formy.Nałóż około 0,5 mililitra smaru wysokopróżniowego w warstwie nawet mniejszej niż 0,5 milimetra na wewnętrzne powierzchnie górnej i dolnej formy i użyj jednorazowej chusteczki czyszczącej, aby zetrzeć nadmiar tłuszczu, aż powierzchnia będzie gładka i nie pozostanie lepkość od smaru. Ręcznie nałóż 0,5 mililitra smaru wysokopróżniowego w nawet mniej niż 0,5 milimetrowej warstwie smaru na wewnętrzną powierzchnię środkowej formy. Aby przygotować plik ze wzorem akwaforty, otwórz nowy dokument w odpowiedniej aplikacji do rysowania i dodaj żądany tekst lub obraz o dowolnym rozmiarze i szerokości linii bezpośrednio do dokumentu, a następnie zapisz plik.Aby wytrawić monolit aerożelowy, najpierw włącz grawer laserowy, próżniowy układ wydechowy i dołączony komputer. Zmierz rozmiar powierzchni monolitu aerożelowego, która zostanie wytrawiona, i otwórz plik z wzorem wytrawiania. Ustaw rozmiar wymiaru dokumentu tak, aby odpowiadał zmierzonemu rozmiarowi monolitu aerożelowego i otwórz pokrywę grawera laserowego.Użyj dłoni w rękawiczce, aby umieścić aerożel na platformie grawera laserowego i wyrównaj aerożel w lewym górnym rogu z aerożelem dotykającym górnej i lewej linijki. Odwróć do góry nogami ręczny wskaźnik ostrości z magnesem w kształcie litery V przymocowany do lasera i naciśnij Focus na grawerze laserowym. Chroń monolit aerożelowy jednorazową chusteczką czyszczącą i użyj strzałki w górę na panelu sterowania grawera laserowego, aby przesunąć platformę grawera laserowego, aż dolna część ręcznego wskaźnika ostrości dotknie aerożelu.Zdejmij chusteczkę i przywróć miernik do pierwotnej pozycji. Zamknij pokrywę grawera laserowego i kliknij Plik i drukuj w programie do rysowania. Wybierz grawer laserowy jako lokalizację drukowania i otwórz okno preferencji, aby ustawić właściwości drukarki.Wybierz tryb rastrowy w DPI 600, prędkości 100% i mocy 55%Upewnij się, że rozmiar elementu odpowiada zmierzonemu rozmiarowi monolitu aerożelowego i kliknij Zastosuj i drukuj. Na przednim panelu grawera laserowego kliknij opcję Job (Zadanie) i wybierz odpowiednią nazwę pliku. Kliknij przycisk Przejdź.Gdy grawer laserowy zakończy pracę, kliknij przycisk Ostrość i użyj strzałki w dół na przednim panelu sterowania grawera laserowego, aby opuścić podstawę.Użyj dłoni w rękawiczce, aby delikatnie przenieść aerożel z platformy grawera laserowego do pojemnika i kliknij Kosz, aby usunąć zadanie z grawera. Aby wyciąć monolit aerożelowy, włącz grawer laserowy, próżniowy układ wydechowy i dołączony komputer, a następnie zmierz rozmiar powierzchni monolitu aerożelowego do cięcia. W przypadku cięcia ogólnego otwórz nowy dokument w programie do rysowania i wprowadź wymiary, aby rozmiar dokumentu był skorelowany ze zmierzonym rozmiarem monolitu aerożelowego.Użyj narzędzia do rysowania szerokości linii włosów, aby utworzyć wzór, który zostanie wycięty, i ustaw wzór tak, aby pasował do żądanego miejsca cięcia na aerożelu. Oczyść arkusz folii ze stali nierdzewnej o grubości 0,0127 milimetra wystarczająco duży, aby pokryć podstawę monolitu aerożelowego acetonem i umieść folię na platformie grawera laserowego. Dopasuj aerożel i folię ze stali nierdzewnej w lewym górnym rogu do aerożelu dotykającego górnej i lewej linijki i dostosuj położenie miernika, jak pokazano.Kliknij opcję Plik i drukuj w programie do rysowania i wybierz grawer laserowy jako lokalizację drukowania i otwórz okno preferencji, aby ustawić właściwości drukarki. Wybierz tryb wektorowy i ustaw DPI na 600, prędkość na 3%, moc na 90% i częstotliwość 1 000 Hz. Upewnij się, że rozmiar kawałka odpowiada zmierzonemu rozmiarowi aerożelu.Głębokość cięcia będzie się zmieniać w zależności od prędkości lasera. Kliknij opcję Job and Go (Przejdź) , aby rozpocząć cięcie zgodnie z ilustracją. Po pobraniu próbki użyj szczotki piankowej, aby delikatnie usunąć wszelkie małe kawałki ablowanego aerożelu pozostawione na powierzchni monolitu, który miał kontakt z laserem.W przypadku tego podejścia do mozaiki aerożelowej ten sam wzór został pocięty na trzy różne barwione monolity aerożelowe, a kawałki zostały ponownie złożone w wzór mozaiki. Możliwe jest wytrawianie wzorów na mniejszych monolitycznych elementach, jak pokazano, aby uzyskać interesujące wizualnie aranżacje w warunkach światła naturalnego i ultrafioletowego nawet na mniejszych elementach. Jak pokazano, rodzime aerożele mogą być wytrawiane wzorami o różnej gęstości ze zdjęciami wydrukowanymi na przedniej powierzchni płaskiego aerożelu, na zakrzywionej powierzchni i na fluorescencyjnie barwionych aerożelach.Na tym obrazie aerożelu z wytrawionej krzemionki pod skaningowym mikroskopem elektronowym można zaobserwować granicę faz między wytrawionymi liniami a prawie gładkim, nieusieciowanym nanoporowatym aerożelem. Wytrawianie powoduje ablację i topnienie materiału powierzchniowego w struktury przypominające włókna, jak zaobserwowano na tym obrazie pokazującym efekt pojedynczego impulsu laserowego aerożelu. Staranne przygotowanie, w tym regulacja kontrastu obrazów, które mają być wytrawione, ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia wysokiej jakości rezultatów.Dalsze udoskonalanie metody wytrawiania laserowego może stanowić alternatywę dla mikroobróbki aerożeli krzemionkowych. Estetyczne monolity aerożelowe mogą znaleźć zastosowanie w wielu różnych obszarach, w tym w sztuce i zrównoważonych budynkach.

aesthetically-enhanced-silica-aerogel-via-incorporation-laser-etching

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Biosensory współpracują ze złożonymi środowiskami biologicznymi i przeprowadzają ukierunkowaną detekcję, łącząc wysokoczułe czujniki z wysoce specyficznymi sondami przytwierdzonymi do czujnika poprzez modyfikację powierzchni. W niniejszym materiale demonstrujemy funkcjonalizację powierzchni krzemionkowych czujników optycznych biotyną przy użyciu czynników sprzęgających na bazie silanów w celu stworzenia pomostu między czujnikiem a środowiskiem biologicznym.

Przyłączanie sond biologicznych do krzemionkowych biosensorów optycznych z użyciem silanowych środków sprzęgających

Opisujemy zastosowanie techniki przetapiania laserem dwutlenku węgla do wytwarzania krzemionkowych wnęk rezonansowych, w tym wolnostojących mikrosfer oraz mikrotoroidów na chipie. Metoda przetapiania usuwa niedoskonałości powierzchni, co pozwala na uzyskanie długiego czasu życia fotonów w obu typach urządzeń. Powstałe urządzenia charakteryzują się ultrawysokimi dobrociami, co umożliwia ich zastosowanie w szerokim zakresie, od telekomunikacji po biodetekcję.

Wytwarzanie krzemionkowych mikrorozwiązujących o ultrawysokim czynniku dobroci

Ten artykuł opisuje metodę szybkiej ekstrakcji nadkrytycznej do wytwarzania aerożeli krzemionkowych. Dzięki zastosowaniu ograniczonej formy i hydraulicznej prasy na gorąco, monolityczne aerożele można wytwarzać w ciągu ośmiu godzin lub krócej.

Otrzymywanie monolitów aerożelu krzemionkowego metodą szybkiej ekstrakcji nadkrytycznej

Opisujemy proces zmiany in situ powierzchni Si (001) potraktowanej HF w stan hydrofilowy lub hydrofobowy poprzez napromieniowanie próbek w komorach mikroprzepływowych wypełnionych roztworem H2O2/H2O (0,01%-0,5%) lub roztworami metanolu za pomocą impulsowego lasera UV o stosunkowo niskiej płynności impulsów.

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym

Ta procedura opisuje, jak kapsułkować cytochrom c (cyt. c) w zol-żelach krzemionkowych (SiO2) przetworzyć te żele na bioaerożele i użyć tych bioaerożeli do szybkiego rozpoznania tlenku azotu (NO) w reakcji w fazie gazowej. Ten rodzaj protokołu może pomóc w przyszłym rozwoju biosensorów lub innych urządzeń bioanalitycznych.

Kapsułkowanie cytochromu c w nanoarchitekturach aerożelu krzemionkowego bez nanocząstek metalu przy jednoczesnym zachowaniu bioaktywności w fazie gazowej

Tutaj prezentujemy protokoły przygotowania i testowania aerożeli katalitycznych poprzez wprowadzanie gatunków metali do platform aerożelowych z krzemionki i tlenku glinu. Przedstawiono metody otrzymywania materiałów z wykorzystaniem soli miedzi i nanocząstek zawierających miedź. Protokoły badań katalitycznych wykazują skuteczność tych aerożeli w zastosowaniach katalizy trójdrożnej.

Wytwarzanie i testowanie aerożeli katalitycznych otrzymanych w procesie szybkiej ekstrakcji nadkrytycznej

Tutaj prezentujemy protokół syntezy bioinspirowanych materiałów krzemionkowych i immobilizacji enzymów w nich. Krzemionka jest syntetyzowana przez połączenie krzemianu sodu i "dodatku" aminowego, które neutralizują się w kontrolowanym tempie. Właściwości i funkcję materiału można zmienić poprzez immobilizację enzymatyczną in situ lub postsyntetyczne elucję kwasową zamkniętych dodatków.

Otrzymywanie krzemionki funkcjonalnej metodą inspirowaną biologicznie

Przedstawiono szybką, bezpośrednią metodę syntezy redukcyjnej opartej na roztworze w celu uzyskania aerożeli Au, Pd i Pt.

Metoda szybkiej syntezy aerożeli Au, Pd i Pt poprzez bezpośrednią redukcję na bazie roztworu

Ta praca przedstawia protokoły mikrofabrykacji do uzyskiwania wnęk i filarów o profilach reentrantowych i podwójnie reentrantowych na płytkach SiO2/Si za pomocą fotolitografii i suchego trawienia. Powstałe w ten sposób mikroteksturowane powierzchnie wykazują niezwykłą odporność na ciecze, charakteryzującą się solidnym, długotrwałym zatrzymywaniem powietrza pod zwilżającymi cieczami, pomimo wewnętrznej zwilżalności krzemionki.

Nadawanie powierzchniom SiO2/Si omnifobii poprzez rzeźbienie mikrotekstur zatrzymujących gaz, zawierających wnęki lub filary reentrantowe i podwójnie współbieżne

Prezentowany tutaj jest stopniowy protokół do realizacji membran zatrzymujących gaz (GEMs) z płytek SiO2/Si przy użyciu technologii mikrofabrykacji układów scalonych. Gdy krzemionka-GEM jest zanurzona w wodzie, zapobiega się wnikaniu wody, pomimo kochającego wodę składu krzemionki.

Dowód słuszności koncepcji membran zatrzymujących gazy pochodzących z kochających wodę wafli SiO2/Si/SiO2 do ekologicznego odsalania

Ta praca ma na celu ułatwienie rozwoju standardowych technik impregnacji lub szczepienia związków aminowanych na podłożach krzemionkowych, które często są szeroko opisane w literaturze. Szczegółowo omówione zostaną konkretne ilości rozpuszczalnika, substratu, amin oraz wartości innych ważnych parametrów eksperymentalnych.

Syntetyczna metodologia otrzymywania impregnowanych i szczepionych kompozytów krzemionkowych na bazie amin do wychwytywania dwutlenku węgla

Poznaj metodę wytrawiania laserowego aerożeli krzemionkowych o różnych kształtach, kolorach i rozmiarach. Protokół obejmuje przygotowanie formy stalowej, ustawienie grawerki oraz techniki cięcia i zdobienia monolitów.

Estetycznie ulepszony aerożel krzemionkowy dzięki zastosowaniu wytrawiania laserowego i barwników

Przeglądaj więcej filmów