A preparação de pigmento azul egípcio, uma mistura principalmente de CaCuSi 4 O 10 e de SiO 2, é um processo bem estudado 4,13-21. Os inúmeros procedimentos relatados podem ser categorizados como derreter fluxo ou de estado sólido reações. Dois principais vantagens do método de fluxo de fusão é que ela permite que as temperaturas de reacção mais baixas (<900 ° C) e permite CaCuSi 4 S 10 cristais para nucleação e crescimento a partir de uma fase de fusão de vidro 20. O componente de fluxo é tipicamente um sal de metal alcalino (por exemplo Na 2 CO 3) ou o composto de borato (por exemplo bórax). Em comparação, as sínteses de estado sólido omitir o fluxo, mas requerem temperaturas mais elevadas (~ 1000 ° C) para a reacção de entre Ca, CuO e SiO 2 fontes para atingir a conclusão.
Embora a síntese de Han pigmento azul não está bem estudada como a de egípcio azul 4,22-25, a preparação de BaCuSi 4 O 10 segue o fluxo de fusão semelhantes e vias de estado sólido com duas diferenças: (1) um fluxo de PbO deve ser usado, e (2) as temperaturas de reacção deve ser controlada de forma mais estreita, porque de fases Ba-Cu-Si-O alternativos que podem formar (por exemplo BaCuSi 2 O 6).
Estes pontos são ilustrados pelos procedimentos detalhados e os resultados descritos no presente documento. Em primeiro lugar, para todos os métodos, materiais de partida deve ser moído para um pó liso (Figuras 1a-d) que consiste em partículas de 5-20 mM (caracterizados por SEM; Figuras 2a-d). Em seguida, a utilização de uma quantidade significativa de fluxo (12,5% em peso) na preparação de CaCuSi 4 O 10 e BaCuSi 4 S 10 leva a produtos altamente cristalinos, que são caracterizadas por intensa coloração azul (figuras 3a e 3c), relativamente grandes tamanhos de partículas (Figura 4a ), E fortes padrões de PXRD (Figuras 5a e 6a). Os rendimentos isolados diminuiu (~ 70%) a partir destas preparações são causadas pela adesão das misturas de reacção fundido para o cadinho. Em comparação, CaCuSi 4 O 10 e BaCuSi 4 O 10 preparado pela via exposição de estado sólido menos intensa coloração (Figuras 3b e 3d), e os tamanhos de partículas mais pequenas (Figura 4b). Tal como sintetizados, estes produtos são os pós que podem ser isolados com rendimentos quase quantitativos. Assim, tanto para CaCuSi 4 O 10 e BaCuSi 4 O 10, as vantagens de fluxo e a importância da temperatura de reacção não pode ser exagerada.
Notavelmente, a esfoliação de CaCuSi 4 O 10 e BaCuSi 4 O 10 ocorre sob condições aquosas simples. No caso de CaCuSi 4 O 10, esta reacção é muito lento no quartotemperatura (≥ 6 semanas para ver qualquer esfoliação apreciável), mas torna-se sinteticamente útil, a 80 ° C (esfoliação substancial após 2 semanas). Em comparação, a esfoliação de BaCuSi 4 O 10 é lenta, mesmo a 80 ° C, e de modo que se aplica uma entrada ainda maior de energia sob a forma de ultra-sons. Estas reações são altamente confiáveis, com duas ressalvas. Para CaCuSi 4 O 10, é importante o uso de uma barra de agitação revestida de vidro; se uma barra de agitação revestido de PTFE padrão é usado, vemos que os subprodutos de PTFE contaminar o produto CaCuSi 4 O 10 nanosheet. Para BaCuSi 4 O 10, é importante controlar a energia ultra-som e tempo de modo a que a reacção é interrompida antes de as nanoplacas se degradam.
A microscopia electrónica de transmissão (TEM) dos produtos nanosheet mostra que estes materiais muito finas têm dimensões laterais que variam a partir de centenas de nanómetros a vários microfonerons. Em geral, estas dimensões laterais se correlacionam com o tamanho dos cristalitos de material de partida tri-dimensional. Em um trabalho anterior, microscopia de força atômica, desde o levantamento topográfico, que demonstrou as espessuras de camada única (~ 1,2 nm) destes nanofolhas 12. Fotografias de pó CaCuSi 4 O 10 e BaCuSi 4 O 10 amostras nanosheet (Figuras 3e-h) mostram que a sua cor é menos intenso do que o dos materiais de partida, um resultado directo de nanoestruturação.
Informações adicionais são fornecidas pelo PXRD (Figuras 5 e 6), o que revela a clivagem basal ao longo do (001) avião e orientação preferencial ao longo do {00} l série para todas as amostras nanosheet. Estas características refletem o alinhamento empilhados desses nanomateriais altamente anisotrópicos quando a queda-expressos em um substrato. Além disso, a emissão de NIR característica de CaCuSi 4 O 10 no ~ 910 nm e BaCuSi 4 O 10 em ~ 950 nm é ilustrado numa fotografia NIR de todas as oito amostras (Figura 8).
O processamento de uma solução de CaCuSi 4 O 10 pode ser conseguido simplesmente por preparação de uma dispersão coloidal de CaCuSi 4 S 10 nanoplacas (Figura 9) para utilizar como uma tinta. Esta tinta pode, então, ser aplicada a um substrato através de revestimento por rotação, revestimento por pulverização, impressão de jacto de tinta 12, ou simplesmente escovar (Figura 10). Importante, as propriedades de emissão de NIR CaCuSi 4 O 10 são retidos em todas as etapas deste processo. Estas novas possibilidades destacar o contraste entre CaCuSi 4 S 10 nanofolhas e do uso tradicional de pigmento azul egípcio, um material altamente granular que é um desafio de incorporar em uma pintura lisa.