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

Este protocolo apresenta a primeira metodologia visual para gravar e cortar Aerogel simples e tingido usando um sistema de gravação a laser. A principal vantagem dessa técnica é sua simplicidade, pois permite que monólitos aerogel de qualquer forma, tamanho ou cor sejam gravados. A apresentação em vídeo permite a demonstração das considerações práticas do protocolo, incluindo a colocação do Aerogel e o alinhamento do cortador a laser.

Para preparar um molde para a fabricação de monólitos aerogel, selecione um molde de aço de três partes composto por uma parte superior, média e inferior com dimensões externas de 15,24 por 14 centímetros em uma cavidade de 10 por 11 centímetros no centro. A parte superior do molde deve ter sete orifícios de ventilação de 0,08 centímetros em cada lado. Use sabão diluído e uma esponja de textura áspera para esfregar as partes superior, média e inferior do molde e secar todas as partes limpas do molde com uma toalha de papel.

Após a secagem, use lenços de limpeza descartáveis individuais para limpar o molde até que a limpeza permaneça limpa. Em seguida, use 2.000 lixas de grão para lixar levemente todas as superfícies até que o molde esteja liso ao toque e qualquer resíduo de usos anteriores tenha sido removido, prestando atenção extra ao interior do molde médio onde o Aerogel é formado. Limpe os orifícios de ventilação na parte superior do molde com ar comprimido e aplique manualmente aproximadamente 2,4 mililitros de graxa de vácuo alto em uma camada espessa, mesmo de um a dois milímetros sobre toda a superfície superior de conexão do molde inferior e aproximadamente um milímetro de graxa em uma espessura, mesmo uma a duas milímetros de camada para a metade externa da superfície de conexão inferior do molde superior.

Aplique aproximadamente 0,5 mililitros de graxa de alto vácuo em uma camada ainda inferior a 0,5 milímetros nas superfícies internas dos moldes superior e inferior e use um limpador descartável para limpar o excesso de graxa até que a superfície fique lisa e sem pegajosidade dos restos da graxa. Aplique manualmente 0,5 mililitros de graxa de alto vácuo em uma camada ainda inferior a 0,5 milímetros de graxa na superfície interna do molde médio. Para preparar o arquivo padrão de gravação, abra um novo documento em um aplicativo de desenho apropriado e adicione o texto ou imagem desejado de qualquer tamanho e largura de linha diretamente ao documento e, em seguida, salve o arquivo.

Para gravar um monólito Aerogel, primeiro ligue o gravador a laser, o sistema de escape de vácuo e o computador conectado. Meça o tamanho da superfície do monólito Aerogel que será gravada e abra o arquivo padrão de gravação. Defina o tamanho da dimensão do documento para corresponder ao tamanho do monólito Aerogel medido e abra a tampa do gravador a laser.

Use uma mão enluvada para colocar o Aerogel na plataforma de gravador a laser e alinhar o Aerogel no canto superior esquerdo com o Aerogel tocando as réguas superiores e esquerdas. Vire o medidor de foco manual do ímã em forma de V ligado ao laser de cabeça para baixo e pressione Concentre-se no gravador a laser. Proteja o monólito Aerogel com um limpador descartável e use a seta para cima no painel de controle do gravador a laser para mover a plataforma de gravador a laser até que a parte inferior do medidor de foco manual apenas toque no Aerogel.

Remova a limpeza e devolva o medidor à sua posição original. Feche a tampa do gravador a laser e clique em Arquivo e Imprimir no programa de desenho. Selecione o gravador a laser como o local de impressão e abra a janela de preferências para definir as propriedades da impressora.

Selecione o modo raster dentro de um DPI de 600, uma velocidade de 100% e uma potência de 55% Confirme que o tamanho da peça corresponde ao tamanho do monólito Aerogel medido e clique em Aplicar e Imprimir. No painel frontal do gravador a laser, clique em Trabalho e selecione o nome de arquivo correspondente. Clique em Go.Quando o gravador a laser terminar, clique em Focus e use a seta para baixo no painel de controle frontal do gravador a laser para baixar a base.

Use uma mão enluvada para transferir suavemente o Aerogel da plataforma de gravador a laser para seu recipiente e clique em Lixo para limpar o trabalho do gravador. Para cortar um monólito Aerogel, ligue o gravador a laser, o sistema de escape de vácuo e o computador conectado e meça o tamanho da superfície do monólito Aerogel a ser cortada. Para corte geral, abra um novo documento no programa de desenho e insira as dimensões para que o tamanho do documento se correlacione com o tamanho do monólito Aerogel medido.

Use a ferramenta de desenho de largura da linha do cabelo para criar o padrão que será cortado e posicionar o padrão para corresponder ao local de corte desejado no Aerogel. Limpe uma folha de 0,0127 milímetros de espessura de papel alumínio inoxidável grande o suficiente para cobrir a base do monólito Aerogel com acetona e coloque a folha na plataforma do gravador a laser. Alinhe o Aerogel e a folha de aço inoxidável no canto superior esquerdo com o Aerogel tocando as réguas superiores e esquerdas e ajuste a posição do medidor conforme demonstrado.

Clique em Arquivar e Imprimir no programa de desenho e selecione o gravador a laser como o local de impressão e abra a janela de preferências para definir as propriedades da impressora. Selecione o modo vetorial e defina o DPI para 600, a velocidade para 3% a potência para 90% e a frequência de 1.000 Hertz. Confirme se o tamanho da peça corresponde ao tamanho do Aerogel medido.

A profundidade do corte vai variar de acordo com a velocidade do laser. Clique em Job e Ir para iniciar o corte como demonstrado. Após coletar a amostra, use uma escova de espuma para remover suavemente quaisquer pequenos pedaços de Aerogel ablado deixados no rosto do monólito que estava em contato com o laser.

Para esta abordagem do mosaico aerogel, o mesmo padrão foi cortado em três monólitos aerogel tingidos diferentes e as peças foram remontadas em um padrão de mosaico. É possível gravar desenhos em peças monolíticas menores, como demonstrado para obter arranjos visualmente interessantes sob condições naturais e de luz ultravioleta, mesmo em peças menores. Como ilustrado, aerogels nativos podem ser gravados com padrões de várias densidades com fotografias impressas na superfície frontal de um Aerogel planar, em uma superfície curva, e em Aerogels tingidos fluorescentes.

Nesta imagem de microscópio eletrônico de varredura de um Aerogel de sílica gravada, a interface entre as linhas gravadas e o aerogel nanoporoso quase liso pode ser observada. A gravação causa a ablação e o derretimento do material superficial em estruturas semelhantes a filamentos, como observado nesta imagem, mostrando o efeito de um único pulso laser do Aerogel. A preparação cuidadosa, incluindo o ajuste de contraste das imagens a serem gravadas, é fundamental para alcançar resultados de alta qualidade.

Um refinamento adicional do método de gravura a laser poderia fornecer uma alternativa à micro-usinagem dos Aerogels de sílica. Os monólitos de Aerogel estéticos poderiam encontrar aplicação em uma ampla variedade de áreas, incluindo obras de arte e edifícios sustentáveis.