Эстетически улучшенный аэрогель кремнезема с помощью лазерного травления и красителей

Этот протокол представляет собой первую визуальную методологию травления и резки простого и окрашенного аэрогеля с использованием системы лазерной гравировки. Основным преимуществом этой техники является ее простота, так как она позволяет травить монолиты Аэрогеля любой формы, размера или цвета. Видеопрезентация позволяет продемонстрировать практические соображения протокола, включая размещение аэрогеля и выравнивание лазерного реза.

Для подготовки формы для изготовления монолита Аэрогеля выберите трехкомплектную стальную форму, состоящую из верхней, средней и нижней частей с наружными размерами 15,24 на 14 сантиметров в полости 10 на 11 сантиметров в центре. Верхняя часть формы должна иметь семь вентиляционных отверстий по 0,08 сантиметра с каждой стороны. Используйте разбавленные мыла и губку с грубой текстурой, чтобы очистить верхнюю, среднюю и нижнюю части формы и высушить все чистые части формы бумажным полотенцем.

После высыхания используйте индивидуальные одноразовые чистящие салфетки с ацетоном, чтобы протереть плесень до тех пор, пока чистящая салфетка не останется чистой. Затем используйте наждачную пасту 2000 зернистости, чтобы слегка отшлифовать все поверхности, пока форма не будет гладкой на ощупь, а любые остатки от предыдущих применений не будут удалены, уделяя особое внимание внутренней части средней формы, где образуется аэрогель. Очистите вентиляционные отверстия на верхней части пресс-формы сжатым воздухом и вручную нанесите примерно 2,4 миллилитра высоковакуумной смазки в толстом, даже от одного до двух миллиметров слоя по всей верхней соединительной поверхности нижней формы и примерно один миллилитр смазки в толстом, даже от одного до двух миллиметров слоя на внешнюю половину нижней соединительной поверхности верхней формы.

Нанесите приблизительно 0,5 миллилитра высоковакуумной смазки в слое длиной менее 0,5 миллиметра на внутренние поверхности верхней и нижней форм и используйте одноразовую чистящую салфетку, чтобы вытереть избыток жира до тех пор, пока поверхность не почувствует гладкость и не останется липкости от смазки. Вручную нанесите 0,5 миллилитра высоковакуумной смазки в слой смазки толщиной менее 0,5 миллиметра на внутреннюю поверхность средней формы. Чтобы подготовить файл шаблона травления, откройте новый документ в соответствующем приложении для рисования и добавьте нужный текст или изображение любого размера и ширины строки непосредственно в документ, затем сохраните файл.

Чтобы вытравировать монолит аэрогеля, сначала включите лазерный гравер, вакуумную выхлопную систему и подключенный компьютер. Измерьте размер поверхности монолита аэрогеля, которая будет вытравлена, и откройте файл рисунка травления. Установите размер документа в соответствии с измеренным размером монолита аэрогеля и откройте крышку лазерного гравера.

Используйте руку в перчатке, чтобы поместить аэрогель на платформу лазерного гравера и выровнять аэрогель в верхнем левом углу с аэрогелем, касающимся верхней и левой линеек. Переверните V-образный магнит ручной фокусировки, прикрепленный к лазеру, вверх ногами и нажмите Focus на лазерном гравере. Защитите монолит Aerogel с помощью одноразовой чистящей салфетки и используйте стрелку вверх на панели управления лазерным гравером, чтобы переместить платформу лазерного гравера до тех пор, пока нижняя часть ручного фокусометра не коснется аэрогеля.

Снимите салфетку и верните датчик в исходное положение. Закройте крышку лазерного гравера и нажмите Файл и печать в программе рисования. Выберите лазерный гравер в качестве места печати и откройте окно настроек, чтобы задать свойства принтера.

Выберите растровый режим внутри DPI 600, скорость 100% и мощность 55% Убедитесь, что размер куска соответствует измеренной величине монолита Аэрогеля, и нажмите кнопку Применить и распечатать. На передней панели лазерного гравера нажмите Job и выберите соответствующее имя файла. Нажмите кнопку Go.Когда лазерный гравер закончит работу, нажмите кнопку Фокус и используйте стрелку вниз на передней панели управления лазерного гравера, чтобы опустить основание.

Используйте руку в перчатке, чтобы аккуратно перенести аэрогель с платформы лазерного гравера в контейнер и нажмите «Корзина», чтобы очистить работу от гравера. Чтобы вырезать монолит аэрогеля, включите лазерный гравер, вакуумную выхлопную систему и подключенный компьютер и измерьте размер поверхности монолита аэрогеля, которую необходимо разрезать. Для общей резки откройте новый документ в программе рисования и введите размеры документа, чтобы он соответствовал измеренным размеру монолита Аэрогеля.

Используйте инструмент рисования ширины линии волос, чтобы создать узор, который будет вырезан, и расположите узор в соответствии с желаемым местом разреза на аэрогеле. Очистите лист фольги из нержавеющей стали толщиной 0,0127 миллиметра, достаточно большой, чтобы покрыть ацетоном основание монолита Аэрогеля, и поместите фольгу на платформу лазерного гравера. Выровняйте аэрогель и фольгу из нержавеющей стали в левом верхнем углу с аэрогелем, касающимся верхней и левой линеек, и отрегулируйте положение датчика, как показано на продемонстрированной.

Нажмите «Файл и печать» в программе рисования, выберите лазерный гравер в качестве места печати и откройте окно настроек, чтобы задать свойства принтера. Выберите векторный режим и установите DPI на 600, скорость на 3%, мощность на 90% и частоту 1000 Гц. Убедитесь, что размер детали соответствует измеренной величине аэрогеля.

Глубина разреза будет варьироваться в зависимости от скорости лазера. Нажмите кнопку Задание и Перейти, чтобы начать вырезание, как показано на продемонстрированной мисяке. После сбора образца используйте пенную щетку, чтобы аккуратно удалить любые небольшие кусочки абляционного аэрогеля, оставленные на лицевой стороне монолита, который контактировал с лазером.

Для этого подхода к мозаике Аэрогеля один и тот же узор был разрезан на три разных окрашенных монолита Аэрогеля, а части были собраны в мозаичный узор. Можно гравировировать конструкции на небольших монолитных изделиях, что продемонстрировано для получения визуально интересных композиций в условиях естественного и ультрафиолетового света даже на более мелких кусках. Как показано на рисунке, нативные аэрогели могут быть выгравированы узорами различной плотности с фотографиями, напечатанными на передней поверхности планарного аэрогеля, на изогнутой поверхности и на флуоресцентных окрашенных аэрогелях.

В этом сканируемом электронном микроскопе можно наблюдать изображение травленого аэрогеля кремнезема, границу раздела между травлеными линиями и почти гладким невыпашным нанопористым аэрогелем. Травление вызывает абляцию и плавление поверхностного материала в нитевидные структуры, как это наблюдается на этом изображении, показывающем действие одного лазерного импульса аэрогеля. Тщательная подготовка, включая настройку контрастности изображений, которые будут вытравированы, имеет решающее значение для достижения высококачественных результатов.

Дальнейшая доработка метода лазерного травления может обеспечить альтернативу микрообработке аэрогелей кремнезема. Эстетические монолиты аэрогеля могут найти применение в самых разных областях, включая произведения искусства и устойчивые здания.