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Artigo de método

Aerogel de sílica esteticamente aprimorado via incorporação de gravura a laser e corantes

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DOI:

10.3791/61986

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12 de março de 2021

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Neste artigo

Resumo

Este protocolo descreve um método para gravar textos, padrões e imagens na superfície de monólitos de aerogel de sílica em forma nativa e tingida e montar os aerogels em desenhos de mosaicos.

Resumo

Um procedimento para aumentar esteticamente os monólitos de aerogel de sílica por gravura a laser e incorporação de corantes é descrito neste manuscrito. Utilizando um método de extração supercrítica rápida, o monólito de aerogel de sílica grande (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) pode ser fabricado em cerca de 10 h. Corantes incorporados na mistura precursora resultam em aerogel amarelo, rosa e laranja. Texto, padrões e imagens podem ser gravados na superfície (ou superfícies) do monólito do aerogel sem danificar a estrutura a granel. O gravador a laser pode ser usado para cortar formas do aerogel e formar mosaicos coloridos.

Introdução

O aerogel de sílica é um material nanoporoso, de alta superfície, material isolante acústico com baixa condutividade térmica que pode ser usado em uma variedade de aplicações desde a coleta de poeira espacial até o material de isolamento de construção1,2. Quando fabricados em forma monolítica, os aerogéis de sílica são translúcidos e podem ser usados para fazer janelas altamente isolantes3,4,5.

Recentemente, demonstramos que é possível alterar a aparência de um aerogel de sílica gravando ou....

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Protocolo

Óculos de segurança ou óculos devem ser usados ao preparar as soluções precursoras do aerogel, trabalhando com a prensa quente e usando o sistema de gravura a laser. Luvas de laboratório devem ser usadas na limpeza e preparo do molde, preparando a solução de reagente químico, despejando a solução no molde na prensa quente e manuseando o aerogel. Leia as Folhas de Dados de Segurança (SDS) para todos os produtos químicos, incluindo solventes, antes de trabalhar com eles. A ortosilicato de tetramotila (TMOS), metanol e amônia concentrada, e as soluções que contenham esses reagentes, devem ser manuseadas dentro de um capô de fumaça. Os corantes podem ser tóxicos e/ou canc....

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Resultados

Este protocolo pode ser empregado para preparar uma grande variedade de monólitos de aerogel esteticamente agradáveis para aplicações, incluindo, mas não se limitando a, arte e design de edifício sustentável. A inclusão na mistura precursora das pequenas quantidades de corante aqui empregadas só é observada para impactar a cor do monólito aerogel resultante; mudanças em outras propriedades ópticas ou estruturais não são observadas.

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Discussão

Este protocolo demonstra como a gravura a laser e a inclusão de corantes podem ser empregadas para preparar materiais aerogel esteticamente agradáveis.

Fazer monólitos de aerogel grandes (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) requer uma preparação adequada do molde através da lixamento, limpeza e aplicação de graxa para evitar que o aerogel grude no molde e as principais rachaduras se formam. As partes do molde em contato direto com a solução precursora/em breve a ser formada aerogel são as mais críticas. R.......

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Divulgações

Os autores não têm nada a revelar.

Agradecimentos

Os autores gostariam de reconhecer o Union College Faculty Research Fund, o programa Student Research Grant e o programa de pesquisa de graduação de verão para apoio financeiro do projeto. Os autores também gostariam de reconhecer Joana Santos pelo design do molde de três peças, Chris Avanessian para a sem imagem, Ronald Tocci por gravar na superfície curva do aerogel, e Dr. Ioannis Michaloudis pela inspiração e trabalho inicial no projeto de gravação, bem como por fornecer a imagem kouros e aerogel cilíndrico.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Lixa de grão 2000Vários
Gravadores a Laser 50WEpilog LaserQualquer cortador a laser é adequado
AcetonaFisher Scientific www.fishersci.comA18-20Certificado ACS Reagent Grade 
Hidróxido de Amônio (amônia aquosa)Fisher Scientific www.fishersci.comA669S212Certificado ACS Plus, cerca de 14.8N, 28.0-20.0 w/w%
BeakersComprado da Fisher ScientificQualquer copo de vidro é adequado.
Água deionizadaNa torneira da casa
Balança digitalOHaus Explorer ProQualquer balança digital é adequada.
Toalhetes de limpeza descartáveisFisher Scientific www.fishersci.com06-666KimWipe
Software de desenhoCorelDraw Graphics SuiteCorelDraw
Folha de grafite flexívelPhelps Industrial Products7500.062.31/16 "de espessura
FluoresceínaSigma Aldrich www.sigmaaldrich.comF2456Conteúdo de corante ~ 95%
Pincel de espuma Vários 1-2 cm de
tamanho de graxa de alto vácuoDow Corning
quente hidráulicaTetraedro www.tetrahedronassociates.comMTP-14Qualquer prensa quente com controle de temperatura e força funcionará. Precisa de temperatura máxima de ~550 F e força máxima de 24 toneladas.
Gravador a LaserEpílogo LaserHelix - 2450 W
Metanol (MeOH)Fisher Scientific www.fishersci.comA412-20Certified ACS Reagent Grade, ≥ 99,8%
Moldefabricado em casaFabricar a partir de aço laminado a frio ou aço inoxidável.
Filme de ParafinaFisher Scientific www.fishersci.comS37441Parafilm M Filme de Laboratório
Rodamina-6G
Rodamina-6g
FlouresceínaRodamina-6g
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com20,132-4Conteúdo de corante ~95%
Rodamina-B
Rodamina-6g
FlouresceínaRodamina-6g
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.comR-953Conteúdo de corante ~80%
Sabão para limpar o moldeVárias
folhas de aço inoxidávelVarious.0005" de espessura, Tetrametilortosilicato de aço inoxidável 304
Sistema de exaustão a vácuoPurex800iQualquer sistema de exaustão é adequado.
Micropipetador variável, 100-1000 µ LFabricado pela Eppendorf, comprado da Fisher Scientific www.fishersci.comS304665Qualquer 100-1000 µ L pipetador é adequado.
prensa (TMOS)Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com 218472-500G 98% de pureza, CAS 681-84-5 Limpador ultrassônico FisherScientific FS6 153356 Qualquer sonicador é adequado.

Referências

  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.

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Reimpressões e permissões

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