Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

تقشير المصرية الأزرق والأزرق هان، واثنان من أصباغ استنادا سيليكات النحاس القلوي الأرض

Published: April 24, 2014 doi: 10.3791/51686
Automatic Translation
1, 1
1Department of Chemistry, The University of Georgia

Summary

موصوفة إعداد وتقشير CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10. عند التحريك في الماء الساخن، CaCuSi 4 O 10 يقشر بشكل عفوي في الطبقات الوحيدة، في حين BaCuSi 4 O 10 يتطلب ultrasonication في المذيبات العضوية. بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (الجرد) التصوير يوضح خصائص الانبعاثات الجرد الوطني من هذه المواد، والتفرق مائي من هذه المواد النانوية هي مفيدة لمعالجة حل.

Abstract

في المثال تصور من الماضي القديم والتواصل مع العصر الحديث، ونحن تصف إعداد وتقشير CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10، ومكونات الملون من أصباغ زرقاء زرقاء وهان المصرية التاريخية. وقد تم تجميع الأشكال الأكبر من هذه المواد من قبل كل تذوب طرق التمويه والحالة الصلبة، والتي توفر قدرا من السيطرة على حجم الكريستال من المنتج. عملية تدفق تذوب حان الوقت مكثفة، ولكنها تنتج بلورات كبيرة نسبيا في درجات حرارة منخفضة التفاعل. في المقارنة، وطريقة الحالة الصلبة هو أسرع حتى الآن رد فعل يتطلب درجات حرارة أعلى وينتج البلورة أصغر. عند التحريك في الماء الساخن، CaCuSi 4 O 10 يقشر بشكل عفوي في nanosheets أحادي الطبقة، التي تتميز TEM وPXRD. BaCuSi 4 O 10 من ناحية أخرى يتطلب ultrasonication في المذيبات العضوية لتحقيق تقشير. يوضح التصوير بالأشعة تحت الحمراء قربأن كلا من السائبة وأشكال nanosheet من CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 هي بواعث الأشعة تحت الحمراء بالقرب قوية. مائي CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 التفرق nanosheet هي مفيدة لأنها توفر طريقة جديدة للتعامل، وتميز، ومعالجة هذه المواد في شكل الغروية.

Introduction

تم قصب السبق ألوان نابضة بالحياة في جميع أنحاء العالم القديم. حتى اليوم، لا يزال بوسعنا أن نرى بقايا الأصباغ والأصباغ التي أنشأتها كل ثقافة رئيسية. بشكل ملحوظ، وهما من أصباغ الأزرق الاصطناعية الأكثر شهرة حصة التركيب الكيميائي وبنية مماثلة، على الرغم من وضعت في أوقات مختلفة على نطاق واسع والأماكن. المكونات الملونة في كل من الزرقاء المصرية، CaCuSi 4 O 10، وهان الأزرق، BaCuSi 4 O 10، تنتمي إلى القلوية الأرض سلسلة النحاس tetrasilicate، ACuSi 4 O 10 (A = كا، الأب، با) 1، وكذلك أكبر مجموعة gillespite، العبسي 4 O 10 (B = الحديد، النحاس، الكروم) 2،3.

ما وراء التطبيقات الصباغ التقليدية، والفائدة العلمية الحالية في هذه المواد على مراكز الأشعة تحت الحمراء بالقرب من القوي (الجرد) خصائص الانبعاثات. تنبع هذه الانبعاثات من النحاس + 2 بالتنسيق مستو مربع؛ وترتبط هذه الأيونات من قبل رباعي الأسطحالأنصاف ل سيليكات داخل التركيب البلوري ثلاثي الأبعاد، والطبقات الناتجة بالتناوب مع أيونات القلويات الأرض 4-6. ومن أبرز فنية مؤخرا NIR التصوير لتحديد أصباغ المصرية وهان الأزرق على التحف التراث الثقافي 7،8، اللانثينيدات المنشطات من ACuSi 4 O 10 لتعزيز خصائص الانعكاس الجرد الوطني وفتح مسارات جديدة لنقل الطاقة 9،10، واستخدام ACuSi 4 O 10 كمادة نشطة لأجهزة الاستشعار البصرية 11، وتقشير CaCuSi 4 O 10 في nanosheets أحادي الطبقة 12.

على وجه الخصوص، يوفر هذا المثال الأخير وسيلة لالبنية النانوية CaCuSi 4 O 10 بحيث يمكن التعامل معها باعتبارها تشتت الغروية بدلا من أن تكون الجسيمات الصلبة 12. لأن التفرق الغروية متوافقة مع تقنيات معالجة حل (مثل طلاء تدور، نافثة للحبر الطباعة، طبقة تلو طبقة deposiنشوئها)، يفتح هذا التقدم مجالات التطبيق الجديدة التي تتراوح من الأحبار الأمن إلى التصوير الطبي الحيوي. سوف البروتوكولات التجريبية هو موضح في هذه المساهمة تمكين الباحثين من خلفيات متنوعة لإعداد وتوصيف، واستخدام CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 nanosheets في عملهم.

Protocol

1. إعداد CaCuSi 4 O 10

  1. تذوب الجريان توليف CaCuSi 4 O 10
    1. تزن من كربونات الكالسيوم 3، شافي 2، والنحاس 2 CO 3 (OH) 2 في 02:08:01 نسبة الرحى: 0.1331 غرام (1.330 ملمول) من كربونات الكالسيوم 3، 0.3196 غرام (5.319 ملمول) من شافي 2، 0.1470 ز ( 0.6648 ملمول) من النحاس 2 CO 3 (OH) 2. بالإضافة إلى ذلك، تزن من مكونات تدفق (12.5٪ بالوزن): 0.0375 غرام من نا 2 CO 3، 0.0125 غرام من كلوريد الصوديوم، و0.0250 غرام من نا 2 B 4 O 7 10H 2 O. إضافة هذه المواد إلى العقيق هاون نظيفة.
    2. طحن يد ل~ 5 دقائق مع مدقة العقيق حتى يصبح الخليط مسحوق الضوء الأخضر متجانسة (أرقام 1a و 2A). نقل هذا الخليط إلى نظيفة، جافة بوتقة البلاتين.
    3. تسخين البوتقة في فرن 875 درجة مئوية (معدل المنحدر من 2 درجة مئوية / دقيقة)، وعقدفي 875 درجة مئوية لمدة 16 ساعة، ثم يبرد إلى درجة حرارة الغرفة (بمعدل 0.8 درجة مئوية / دقيقة).
    4. إزالة بلورات من بوتقة وبلطف سحق لهم باستخدام مدقة.
    5. يسمح للبلورات أن نقع في 50 مل من حمض الهيدروكلوريك 1 M مائي بين عشية وضحاها لإزالة تدفق تذوب.
    6. تحديد البلورات ويغسل بالماء منزوع الأيونات لإزالة أي المتبقية بالكامل تدفق تذوب.
      ملاحظة: يجب أن تكون الأرض هذه المواد الى مسحوق أدق لمسحوق حيود الأشعة السينية (PXRD) تحليل (الشكل 5). كما يمكن يتميز المجهر الضوئي (الشكل 3)، والمسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) (الشكل 4)، وقوائم الجرد الوطنية التصوير (الشكل 8).
  2. الصلبة الدولة توليف CaCuSi 4 O 10
    1. تزن من كربونات الكالسيوم 3، شافي 2، وCUO في 01:04:01 نسبة الرحى: 0.1331 غرام (1.330 ملمول) من كربونات الكالسيوم 3، 0.3196 غرام (5.319 ملمول) من شافي 2، و0.1058 ز CUO (1.330 ملمول)وإضافة إلى العقيق هاون نظيفة.
    2. ترطيب مسحوق خليط مع 1-2 مل الأسيتون واليد طحن مع مدقة العقيق لل~ 5 دقائق. نقل الناتجة مسحوق رمادي فاتح (الأرقام 1B و 2B) في بوتقة البلاتين.
    3. تسخين البوتقة في فرن مربع إلى 1،020 درجة مئوية بمعدل المنحدر من 5 ° C / دقيقة، وعقد لمدة 16 ساعة، ثم يبرد إلى درجة حرارة الغرفة
    4. تتخلص من فضفاضة، وعلى ضوء مسحوق الأزرق الرمادي باستخدام بولي تترافلوروإيثيلين (السليكوون) ملعقة.
      ملاحظة: يمكن وصف المنتج من قبل المجهر الضوئي (الشكل 3)، ووزارة شؤون المرأة (الشكل 4)، PXRD (الشكل 5)، وقوائم الجرد الوطنية التصوير (الشكل 8).

2. توليف BaCuSi 4 O 10

  1. تذوب الجريان توليف BaCuSi 4 O 10
    1. تزن من باكو 3، شافي 2، وCUO في نسبة المولي 01:04:01:0.2085 غرام باكو 3 (1.057 ملمول)، 0.2539 ز شافي 2 (4،226 ملمول)، و0.0840 ز CUO (1.056 ملمول). بالإضافة إلى ذلك، تزن من المكون تدفق (12.5٪ بالوزن): 0.0765 غرام من منع الرشوة. إضافة هذه المواد إلى العقيق هاون نظيفة.
    2. طحن يد ل~ 5 دقائق مع مدقة العقيق حتى يصبح الخليط مسحوق رمادي فاتح متجانسة (أرقام 1C و2C). نقل هذا الخليط إلى نظيفة، جافة بوتقة البلاتين.
    3. تسخين البوتقة في فرن إلى 950 درجة مئوية (معدل المنحدر من 2 درجة مئوية / دقيقة)، وعقد في 950 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، ثم تبرد ببطء وصولا الى 700 درجة مئوية (معدل 0.1 درجة مئوية / دقيقة)، وأخيرا تبرد لدرجة حرارة الغرفة.
    4. إزالة بلورات من بوتقة وبلطف سحق لهم باستخدام مدقة.
    5. يسمح للبلورات أن نقع في 50 مل من 1 M HNO 3 مائي بين عشية وضحاها لإزالة تدفق تذوب.
    6. تحديد البلورات ويغسل بالماء منزوع الأيونات لإزالة تماما ما تبقى من تدفق تذوب. ملاحظة: هذا أماهالبكتيرية يجب أن تكون الأرض إلى مسحوق أدق لتحليل PXRD (الشكل 6). كما يمكن يتميز المجهر الضوئي (الشكل 3) والجرد الوطني التصوير (الشكل 8).
  2. الصلبة الدولة توليف BaCuSi 4 O 10
    1. تزن من باكو 3، شافي 2، وCUO في نسبة المولي 01:04:01: 0.2085 ز باكو 3 (1.057 ملمول)، 0.2539 ز شافي 2 (4،226 ملمول)، و0.0840 ز CUO (1.056 ملمول) وإضافة إلى هاون العقيق نظيفة.
    2. ترطيب مسحوق خليط مع 1-2 مل الأسيتون واليد طحن مع مدقة العقيق لل~ 5 دقائق. نقل الناتجة مسحوق رمادي فاتح (أرقام 1D و 2D) في بوتقة البلاتين.
    3. تسخين البوتقة في فرن مربع إلى 960 درجة مئوية بمعدل المنحدر من 5 ° C / دقيقة وعقد لمدة 16 ساعة، ثم تبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
    4. تتخلص من مسحوق أزرق فضفاض باستخدام بولي تترافلوروإيثيلين (السليكوون) ملعقة. ملاحظة:ويمكن وصف المنتج بواسطة المجهر الضوئي (الشكل 3)، PXRD (الشكل 6)، وقوائم الجرد الوطنية التصوير (الشكل 8).

3. تقشير من CaCuSi 4 O 10

  1. تتقاضى 50 مل قارورة أسفل مستديرة مع 0.50 غرام من CaCuSi 4 O 10، 40 مل من الماء منزوع الأيونات، وشريط مغناطيسي المغلفة الزجاج.
  2. إرفاق مكثف المياه المبردة إلى القارورة. حرارة التفاعل إلى 85 درجة مئوية مع التحريك المغناطيسي عند 400 دورة في الدقيقة لمدة أسبوعين.
  3. إزالة من مصدر الحرارة، والسماح للحل لتسوية بين عشية وضحاها دون عائق، ومن ثم تحديد طاف من خلال مرشح 0.4 ميكرون الغشاء. فراغ تجفيف المواد الصلبة. ملاحظة: المنتج عبارة عن مسحوق الضوء الأزرق الذي يمكن أن يتميز المجهر الضوئي (الشكل 3)، PXRD (الشكل 5)، ونقل الإلكترون المجهري (TEM) (الشكل 7)، وقوائم الجرد الوطنية التصوير (الشكللدى عودتهم 8).

4. تقشير من BaCuSi 4 O 10

  1. تتقاضى 50 مل من البلاستيك أنبوب الطرد المركزي مع 0.14 غرام من BaCuSi 4 O 10 و 20 مل من N-الفينيل بيروليدون.
  2. مع أنبوب الطرد المركزي مغمورة في حمام الثلج / الماء، يصوتن مع ultrasonicator التحقيق في 40٪ السعة (17 W) لمدة 1 ساعة.
  3. السماح للتسوية بين عشية وضحاها دون عائق التشتت، ومن ثم صب طاف في أنبوب الطرد المركزي الجديدة.
  4. تدور باستمرار في 10،286 XG باستخدام جهاز للطرد المركزي. صب طاف، وترك nanosheets في الجزء السفلي من أنبوب الطرد المركزي.
  5. في resuspend هذه المواد في 20 مل من الماء مع بضع دقائق من حمام صوتنة. لعزل مسحوق، مرشح من خلال مرشح غشاء 0.4 ميكرون وفراغ تجفيف المواد الصلبة. ملاحظة: المنتج عبارة عن مسحوق الضوء الأزرق الذي يمكن أن يتميز المجهر الضوئي (الشكل 3)، PXRD (الشكل 6)، تيم (الشكل 7 (الشكل 8).

5. إعداد الحبر

  1. تفريق ~ 0.10 غرام من CaCuSi 4 O 10 nanosheets في 5 مل من الماء منزوع الأيونات باستخدام حمام صوتنة ل~ 10 دقيقة. ملاحظة: هذا الحبر (الشكل 9) يمكن أن تستخدم لوحة، والطباعة، الخ انظر الشكل 10 لممثل سبيل المثال حيث تم تطبيق الحبر على الورق بفرشاة.

6. الأشعة تحت الحمراء التصوير الفوتوغرافي الأدنى

  1. أشرق العينات باستخدام الضوء الأحمر (على سبيل المثال مع الأحمر التي ينبعث منها ضوء الصمام الثنائي مجموعة)، مع الحرص على إزالة أي مصادر أخرى للضوء.
  2. تصوير باستخدام كاميرا لتعديل الصورة في المنطقة تحت الحمراء القريب. استخدام و توقف وضع f/22 ووقت التعرض من 0.5 ثانية.

Representative Results

والتوليفات وصفها من CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 توفير ما يقرب من 0.5 غرام من المنتج لكل دفعة. غلة معزولة من CaCuSi 4 O 10 من تدفق تذوب والتوليفات الحالة الصلبة تتراوح عادة 70-75٪ و90-95٪، على التوالي. لBaCuSi 4 O 10، و غلة معزولة عن تدفق تذوب والتوليفات الحالة الصلبة تتراوح عادة 65-70٪ و95-99٪، على التوالي.

القوام جميع المواد استعداد، فضلا عن الاختلافات في شدة لونها أزرق نظرا لاختلاف أحجام الكريستال، مرئية بواسطة المجهر الضوئي التكبير المنخفض (أرقام 3A-ح). المجهر الإلكتروني (SEM) وصور تؤكد أن الأسلوب الحالة الصلبة من تجميع CaCuSi 4 O 10 ~ 1-15 ميكرون تنتج البلورة الأولية (الشكل 4B)، في حين تذوب ظروف تؤدي إلى تدفق 5-50 ميكرون ~ cryst allites (الشكل 4A). مسحوق حيود الأشعة السينية (PXRD) أنماط CaCuSi 4 O 10 (أرقام 5A و5C) وBaCuSi 4 O 10 (أرقام 6A 6C و) تسليط الضوء على تكوين ومرحلة النقاء من هذه المنتجات.

عرض ممثل المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) الصور التشكل nanosheet من المنتجات تقشر (الشكل 7). بالإضافة إلى ذلك، يظهر التصوير الفوتوغرافي الجرد الوطني التلألؤ قوية من كل من المواد السائبة وتقشر (الشكل 8). وهناك طريقة بسيطة لتوضيح بروسسبيليتي حل CaCuSi 4 O 10 nanosheets هو إعداد حبر مائي (الشكل 9) مناسبة لوحة (الشكل 10).

hres.jpg "سرك =" / files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg "/>
الرقم 1. صور من ناحية الأرض بدءا المواد (أ) CaCuSi 4 O 10 تذوب تدفق، (ب) CaCuSi 4 O 10 الحالة الصلبة، (ج) BaCuSi 4 O 10 تذوب تدفق، و (د) BaCuSi 4 O 10 التوليفات الحالة الصلبة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 2
الشكل 2. المجهر الإلكتروني. صور من ناحية الأرض بدءا مواد ل(أ) CaCuSi 4 O 10 تذوب تدفق، ( 4 O 10 الحالة الصلبة، (ج) BaCuSi 4 O 10 تذوب تدفق، و (د) BaCuSi 4 O 10 التوليفات الحالة الصلبة. كانت مغلفة جميع العينات مع الذهب قبل التصوير. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 3
الرقم 3. المجهر الضوئي. السائبة CaCuSi 4 O 10 بواسطة تذوب تدفق (أ) والحالة الصلبة (ب) إعداد الإجراءات. الجزء الأكبر BaCuSi 4 O 10 بواسطة تذوب تدفق (ج) والحالة الصلبة (د) إعداد إجراءات. المنتجات تقشر (إيه) من (A- د) على التوالي. جميع الصور تشترك في المعرض شريط 1 مم نطاق في لوحة (أ). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 4
الشكل 4. المجهر الإلكتروني. صور الجزء الأكبر CaCuSi 4 O 10 التي أدلى بها تدفق ذوبان (أ) والحالة الصلبة (ب) الأساليب. كانت مغلفة العينات مع الذهب قبل التصوير. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

686/51686fig5highres.jpg "العرض =" 500 "/>
. الرقم 5 مسحوق حيود الأشعة السينية: CaCuSi 4 O 10 أنماط لمعظم CaCuSi 4 O 10 عن طريق تدفق ذوبان (أ) والحالة الصلبة (ج) طرق إعدادها. النجمة دلالة على النجاسة السيليكا. أنماط تقشر CaCuSi 4 O 10، (ب) و (د)، الذي أعد من (أ) و (ج)، على التوالي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 6
. الرقم 6 مسحوق حيود الأشعة السينية: BaCuSi 4 O 10 أنماط لمعظم BaCuSi 4 O 10 عن طريق تدفق تذوب أعدت ( (ج) الأساليب. النجمة يدل على النجاسة السيليكا. أنماط تقشر BaCuSi 4 O 10، (ب) و (د)، الذي أعد من (أ) و (ج)، على التوالي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7. نقل المجهر الإلكتروني. صور الممثل تقشر CaCuSi 4 O 10 المستمدة من CaCuSi الأكبر 4 O 10 التي أدلى بها تذوب تدفق (أ) أو الحالة الصلبة (ب) الأساليب. صور ممثل تقشر BaCuSi 4 O 10 المستمدة من معظمBaCuSi 4 O 10 التي أدلى بها تدفق ذوبان (ج) أو الحالة الصلبة (د) الأساليب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 8
الرقم 8. الأدنى الأشعة تحت الحمراء التصوير. التلألؤ من معظم CaCuSi 4 O 10 عن طريق تدفق ذوبان (أ) و (ب) إجراءات إعداد الحالة الصلبة. التلألؤ من معظم BaCuSi 4 O 10 عن طريق تدفق ذوبان (ج) والحالة الصلبة (د) إعداد الإجراءات. التلألؤ من المنتجات تقشر (إيه) من (إعلان)، على التوالي. وترد عينات مسحوق داخل قوارير زجاجية، وentirتم تصوير مجموعة من عينات الإلكترونية في آن واحد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 9
الرقم 9. صورة لحبر nanosheet CaCuSi 4 O 10 في قارورة.

الرقم 10
الرقم 10. الأدنى الأشعة تحت الحمراء التصوير. لوحة بدائية مع nanosheet الحبر CaCuSi 4 O 10 الذي يوضح كلا تطبيقه بسيطة وخصائص التلألؤ لها.

Discussion

إعداد الصباغ الأزرق المصرية، وهي مزيج من معظمهم CaCuSi 4 O 10 وشافي 2، هي عملية مدروسة 4،13-21. ويمكن تصنيف العديد من الإجراءات كما ذكرت إما تذوب تدفق أو الحالة الصلبة ردود الفعل. اثنين من المزايا الرئيسية لنهج تذوب تدفق هي أنه يسمح انخفاض درجات الحرارة رد فعل (<900 درجة مئوية) ويسمح CaCuSi 4 O 10 بلورات ل nucleate وتنمو من مرحلة الزجاج المصهور 20. المكون تدفق هو عادة الملح القلوي (على سبيل المثال نا 2 CO 3) أو مركب بورات (مثل البوراكس). في المقارنة، فإن التوليفات الحالة الصلبة تجاهل التدفق ولكنها تتطلب درجات حرارة أعلى (~ 1،000 ° C) للتفاعل بين الكالسيوم، CUO، وشافي 2 مصادر للوصول إلى الإنجاز.

على الرغم من أن تركيب هان الصباغ الأزرق لا درس فضلا عن أن المصريين الأزرق 4،22-25، وإعداد BaCuSi 4 O 10 التالي مماثلة تدفق تذوب وطرق الحالة الصلبة مع اثنين من الاختلافات: (1) يجب استخدام التمويه منع الرشوة، و (2) درجات الحرارة رد فعل يجب أن يكون للرقابة عن كثب لأنه من مراحل با النحاس سي-O البديلة التي يمكن أن تشكل (على سبيل المثال BaCuSi 2 O 6).

ويوضح هذه النقاط من خلال الإجراءات والنتائج التفصيلية الموضحة في هذه الورقة. أولا، بالنسبة لجميع الأساليب، يجب أن تكون الأرض المواد الأولية إلى مسحوق السلس (أرقام 1A-د) تتكون من 5-20 ميكرون الجسيمات (التي تتميز SEM؛ أرقام 2A د). المقبل، واستخدام كمية كبيرة من تدفق (12.5٪ من حيث الوزن) في إعداد CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 يؤدي إلى المنتجات البلورية العالية، التي تتميز صبغة زرقاء مكثفة (أرقام 3A و 3C)، نسبيا أحجام الجسيمات الكبيرة (الشكل 4A (أرقام 5A 6A و). تسبب في تقلص عائدات معزولة (~ 70٪) من هذه الاستعدادات من قبل التصاق من مخاليط رد فعل ذاب في بوتقة. في المقارنة، CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 بالطريق الحالة الصلبة المعرض تلوين أقل كثافة (أرقام 3B و 3D) وأحجام الجسيمات أصغر أعدت (الشكل 4B). كما توليفها، وهذه المنتجات هي المساحيق التي يمكن أن تكون معزولة في عوائد شبه الكمي. وهكذا، على حد سواء CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10، لا يمكن المبالغة فيها مزايا تدفق وأهمية درجة حرارة التفاعل.

بشكل ملحوظ، وتقشير CaCuSi 4 O 10 و 10 BaCuSi 4 O يحدث في ظل ظروف مائي بسيط. في حالة CaCuSi 4 O 10، وهذا رد فعل بطيء جدا في غرفةدرجة الحرارة (≥ 6 أسابيع لمعرفة أي تقشير ملموس)، ولكن يصبح من المفيد صناعيا في 80 ° C (تقشير كبيرة بعد 2 أسابيع). في المقارنة، وتقشير BaCuSi 4 O 10 بطيئا حتى في 80 درجة مئوية، وهكذا نطبق مدخلا أكبر من الطاقة في شكل ultrasonication. ردود الفعل هذه هي موثوق بها للغاية مع اثنين من المحاذير. لCaCuSi 4 O 10، من المهم استخدام بقضيب المغلفة الزجاج؛ إذا تم استخدام بقضيب المغلفة السليكوون القياسية، نجد أن مشتقات السليكوون تلوث nanosheet المنتج CaCuSi 4 O 10. لBaCuSi 4 O 10، من المهم للسيطرة على السلطة ultrasonication والوقت بحيث يتم إيقاف رد الفعل قبل أن تصبح nanosheets المتدهورة.

انتقال الإلكترون المجهري (TEM) من المنتجات nanosheet تبين أن هذه المواد رقيقة جدا لها أبعاد الجانبية التي تتراوح بين مئات إلى عدة نانومتر هيئة التصنيع العسكريالخلايا العصبية. بشكل عام ترتبط هذه الأبعاد الجانبية مع حجم الكريستال من المواد انطلاق ثلاثية الأبعاد. في العمل قبل، شريطة القوة الذرية المجهري رسم الخرائط الطوبوغرافية التي أظهرت سمك طبقة واحدة (~ 1.2 نانومتر) من هذه nanosheets 12. صور من مسحوق CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 عينات nanosheet (أرقام 3E-ح) تبين أن لونها هو أقل كثافة من ذلك من المواد الأولية، نتيجة مباشرة لnanostructuring.

يتم توفير المعلومات الإضافية التي PXRD (أرقام 5 و 6)، الذي يكشف عن انشقاق القاعدية على طول (001) طائرة والتوجه يفضل على طول {00} ل سلسلة لجميع العينات nanosheet. هذه الميزات تعكس التوافق مكدسة من هذه المواد النانوية متباين للغاية عندما يلقي الإفلات على ركيزة. وعلاوة على ذلك، فإن الانبعاثات الجرد الوطني من سمات CaCuSi 4 O 10 في 9 ~ويتضح 10 نانومتر وBaCuSi 4 O 10 ~ 950 نانومتر في في صورة قوائم الجرد الوطنية لجميع العينات ثمانية (الشكل 8).

تجهيز حل CaCuSi 4 O 10 يمكن أن يتحقق ببساطة عن طريق إعداد تشتت الغروية من CaCuSi 4 O 10 nanosheets (الشكل 9) لاستخدامها كعامل الحبر. هذا الحبر ثم يمكن تطبيقها على ركيزة عبر طلاء تدور، رذاذ الطلاء، والحبر النفاث الطباعة 12، أو ببساطة تنظيف (الشكل 10). الأهم من ذلك، يتم الاحتفاظ خصائص الانبعاثات الجرد الوطني للCaCuSi 4 O 10 في جميع مراحل هذه العملية. هذه الاحتمالات الجديدة تسلط الضوء على التناقض بين CaCuSi 4 O 10 nanosheets والاستخدام التقليدي للالصباغ الأزرق المصرية، والمواد الحبيبية جدا أن يتحدى أن تدرج في الطلاء على نحو سلس.

Disclosures

والكتاب ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

Acknowledgments

نشكر البروفيسور مارك آبي ([أوغ]) لتوفير معدات التصوير الجرد الوطني والدكتور Rasik Raythatha (سولفاي الأداء المواد الكيميائية) لكربونات الباريوم المستخدمة في هذا العمل. نحن نعترف بجهود اشعياء نوريس (أوغ الجامعية) وتيرا [بلفينس (شمال أوكوني مدرسة ثانوية)، الذي ساعد في اختبار الأساليب الاصطناعية.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium carbonate (Na2CO3) Sigma Aldrich S7795 bioXtra, ≥99.0%
Calcium carbonate (CaCO3) Sigma Aldrich C4830 bioXtra, ≥99.0%
Barium carbonate (BaCO3) Solvay Performance Chemicals Research sample: Electronic-grade purity, nanocrystalline
Copper (II) carbonate basic [Cu2CO3(OH)2] Sigma Aldrich 207896 Reagent grade
Copper(II) oxide (CuO)  Sigma Aldrich 450812 99.99% trace metals base
Silicon dioxide (SiO2) Sigma Aldrich S5631 ~99%, particle size 0.5-10 μm (approximately 80% between 1-5 μm)
Sodium tetraborate decahydrate (Na4B4O7.10H2O) Sigma Aldrich S9640 ACS ≥ 99.5%
Sodium chloride (NaCl)  Sigma Aldrich S9888 ACS ≥ 99.0%
Lead(II) oxide (PbO)  Sigma Aldrich 402982 ACS ≥ 99.0%
N-Vinylpyrrolidinone (C6H9NO) Sigma Aldrich V3409 contains sodium hydroxide as inhibitor, ACS ≥ 99.0%
Box Furnace Thermo Scientific Lindberg Blue M
Box Furnace Carbolite CWF 12/5 1200C
Bath Sonicator Branson
Ultrasonicator Qsonica Misonix S-4000
Camera custom modification of Nikon D3000 camera by LDP LLC MaxMax.com n/a Xnite Nikon D3000 camera with a Nikkor 18-200 mm lens and a Xnite 830 filter 
Light Source Excled Ltd. PAR64 LED Colour Beamer
Light Microscope Leica mz6 Stereomicroscope with Spot Idea camera and Software
Powder X-Ray Diffractometer Bruker D8-Advance diffractometer (Co-Kα radiation source)
Transmission Electron Microscope FEI Technai 20
Scanning Electron Microscope FEI Inspect F
Membrane filters Millipore HTTP04700 Isopore Membrane filter with 0.4 µm pore size

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Berke, H. The Invention of Blue and Purple Pigments in Ancient Times. Chem. Soc. Rev. 36, 15-30 (2007).
  2. Hazen, R. M., Burnham, C. W. The Crystal Structure of Gillespite I and II: A Structure Determination at High Pressure. Am. Min. 59, 1166-1176 (1974).
  3. Miletich, R., Allan, D. R., Angel, R. J. The Synthetic Cr2+ Silicates BaCrSi4O10 and SrCrSi4O10: The Missing Links in the Gillespite-Type ABSi4O10. 82, 697-707 (1997).
  4. Pabst, A. Structures of Some Tetragonal Sheet Silicates. Acta Cryst. 12, 733-739 (1959).
  5. Chakoumakos, B. C., Fernandez-Baca, J. A., Boatner, L. A. Refinement of the Structures of the Layer Silicates MCuSi4O10 (M = Ca, Sr, Ba) by Rietveld Analysis of Neutron Powder Diffraction Data. J. Solid State Chem. 103, 105-113 (1993).
  6. Hughes, E. M., Pack, M. J., Dann, S. E., Weller, M. T. Preparation and Structural Characterisation of Alkaline Earth Sheet Silicates Containing Copper by Powder Neutron Diffraction, EXAFS and UV-Visible Spectroscopy. Anales de Quimica Int Ed. 93, 233-236 (1997).
  7. Accorsi, G., et al. The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite. Egyptian Blue). Chem. Comm. , 3392-3394 (2009).
  8. Verri, G. The Spatially Resolved Characterization of Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple by Photo-Induced Luminescence Digital Imaging. Anal. Bioanal. Chem. 394, 1011-1021 (2009).
  9. Jose, S., Reddy, M. L. Lanthanum-Strontium Copper Silicates as Intense Blue Inorganic Pigments with High Near-Infrared Reflectance. Dyes Pigm. 98, 540-546 (2013).
  10. Zhuang, Y., Tanabe, S. Forward and Back Energy Transfer Between Cu2+ and Yb3+ in Ca1-xCuSi4O10:Ybx Crystals. J. Appl. Phys. 112, (2012).
  11. Borisov, S. M., Würth, C., Resch-Genger, U., Klimant, I. New Life of Ancient Pigments: Application in High-Performance Optical Sensing Materials. Anal. Chem. 85, 9371-9377 (2013).
  12. Johnson-McDaniel, D., Barrett, C. A., Sharafi, A., Salguero, T. T. Nanoscience of an Ancient Pigment. J. Am. Chem. Soc. 135, 1677-1679 (2013).
  13. Laurie, A. P., McLintock, W. F. P., Miles, F. D. Egyptian Blue. Proc R Soc London A. 89, 418-429 (1914).
  14. Chase, W. T. Egyptian Blue as a Pigment and Ceramic Material. Science in Archaeology. Brill, R. H. , MIT Press. Cambridge, MA. 80-90 (1971).
  15. Tite, M. S., Bimson, M., Cowell, M. R. Chapter 11: Technological Examination of Egyptian Blue. Archaeological Chemistry III, Advances in Chemistry Series. Lambert, J. B. 205, American Chemical Society. Washington, DC. 215-242 (1984).
  16. Ullrich, D. Egyptian Blue and Green Frit: Characterization, History and Occurrence, Synthesis. Datation-Charactérisation des Peintures Pariétales et Murales. Delamare, F., Hackens, T., Helly, B. 17, È. Ollefe, Rixensart, Belgium. 323-332 (1987).
  17. Riederer, J. Chapter 1: Egyptian Blue. Artist' Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. Fitzhugh, E. W. 3, National Gallery of Art. Washington, DC. 23-45 (1997).
  18. Delamare, F. Sur les Processus Physiques Intervenant Lors de la Synthèse du Bleu Égyptien: Réflexion à Propos de la Composition de Pigments Bleus Gallo-Romains. Revue d'Archéométrie. 21, 103-119 (1997).
  19. Canti, M. G., Heathcote, J. L. Microscopic Egyptian Blue (Synthetic Cuprorivaite) from Sediments at Two Archaeological Sites in West Central. 29, 831-836 (2002).
  20. Pradell, T., Salvado, N., Hatton, G. D., Tite, M. S. Physical Processes Involved in Production of the Ancient Pigment, Egyptian Blue. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1426-1431 (2006).
  21. Warner, T. E. Synthesis, Properties and Mineralogy of Important Inorganic Materials. , Wiley: Hoboken, NJ. 26-47 (2011).
  22. Lin, H. C., Liao, F. L., Wang, S. L. Structure of BaCuSi4O10. Acta Cryst. 48, 1297-1299 (1992).
  23. Janczak, J., Kubiak, R. Refinement of the Structure of Barium Copper Silicate BaCu[Si4O10] at 300. K. Acta Cryst. 48, 1299-1301 (1992).
  24. Wiedemann, H. G., Bayer, G. Formation and Stability of Chinese Barium Copper-Silicate Pigments. Conservation of Ancient Sites on the Silk Road: Proceedings of an International Conference on the Conservation of Grotto. Agnew, N. , Getty Conservation Institute. Los Angeles. 379-387 (1997).
  25. Berke, H., Wiedemann, H. G. The Chemistry and Fabrication of the Anthropogenic Pigments Chinese Blue and Purple in Ancient China. East Asian Science, Technology, and Medicine. 17, 94-120 (2000).

Tags

الكيمياء، العدد 86، Nanosheets، الأزرق المصرية، هان الأزرق، صبغات، بالقرب من الأشعة تحت الحمراء، التلألؤ، تقشير، التبطين، ثنائي الأبعاد، الحبر، صمغي التشتت
تقشير المصرية الأزرق والأزرق هان، واثنان من أصباغ استنادا سيليكات النحاس القلوي الأرض
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson-McDaniel, D., Salguero, T.… More

Johnson-McDaniel, D., Salguero, T. T. Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments. J. Vis. Exp. (86), e51686, doi:10.3791/51686 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter