2,748 Views
•
08:21 min
•
March 12, 2021
DOI:
Denne protokollen presenterer den første visuelle metodikken for etsning og kutting av vanlig og farget Aerogel ved hjelp av et lasergraveringssystem. Den største fordelen med denne teknikken er enkelheten, da den gjør at Aerogel monolitter av hvilken som helst form, størrelse eller farge kan etses. Videopresentasjon gjør det mulig å demonstrere de praktiske vurderingene av protokollen, inkludert plassering av Aerogel og justering av laserkutteren.
For å forberede en form for Aerogel monolittproduksjon, velg en tredelt stålform som består av en topp-, midt- og bunndel med ytre dimensjoner på 15,24 x 14 centimeter i et 10 x 11 centimeter hulrom i midten. Den øverste delen av formen skal ha syv 0,08 centimeter ventilasjonshull på hver side. Bruk fortynnet såpe og en grov teksturert svamp for å skrubbe de øverste, midtre og nederste delene av formen og tørk alle de rene delene av formen med et papirhåndkle.
Etter tørking, bruk individuelle engangs aceton dyppede rengjøringsservietter for å tørke formen til rengjøringsserviett forblir ren. Deretter bruker du 2000 grit sandpapir for å slipe alle overflatene lett til formen er glatt å ta på og eventuelle rester fra tidligere bruksområder er fjernet, og vær ekstra oppmerksom på innsiden av midtformen der Aerogel dannes. Fjern ventilasjonshullene på den øverste molddelen med trykkluft og påfør manuelt ca. 2,4 milliliter høyt vakuumfett i et tykt, til og med ett til to millimeter lag over hele den øverste forbindelsesflaten på bunnformen og omtrent en milliliter fett i et tykt, til og med ett til to millimeter lag til den ytre halvdelen av den nederste forbindelsesflaten på toppformen.
Påfør omtrent 0,5 milliliter høyt vakuumfett i et enda mindre enn 0,5 millimeter lag på de indre overflatene på topp- og bunnformene, og bruk en engangsrengjøringsserviett for å tørke bort overflødig fett til overflaten føles jevn og ingen klebrighet fra fettet forblir. Påfør manuelt 0,5 milliliter høyt vakuumfett i et enda mindre enn 0,5 millimeter fettlag på innsiden av midtformen. Hvis du vil klargjøre etsemønsterfilen, åpner du et nytt dokument i et passende tegneprogram og legger til ønsket tekst eller bilde av en hvilken som helst størrelse og linjebredde direkte i dokumentet, og deretter lagrer du filen.
Hvis du vil etse en Aerogel-monolitt, må du først slå på lasergraveren, vakuumeksosanlegget og den tilkoblede datamaskinen. Mål størrelsen på Aerogel monolittoverflaten som skal etse og åpne etsemønsterfilen. Angi dokumentets dimensjonsstørrelse slik at den tilsvarer den målte Aerogel-monolittstørrelsen og åpne lokket på lasergraveren.
Bruk en hanskehånd til å plassere Aerogel på lasergraveringsplattformen og juster Aerogel øverst til venstre med Aerogel som berører øvre og venstre linjaler. Vend V-formmagnetens manuelle fokusmåler festet til laseren opp ned og trykk fokus på lasergraveren. Beskytt Aerogel-monolitten med en engangsrengjøringsserviett, og bruk pil opp på kontrollpanelet for lasergravering til å flytte lasergraverplattformen til den nederste delen av den manuelle fokusmåleren bare berører Aerogel.
Fjern viskeren og sett måleren tilbake til sin opprinnelige posisjon. Lukk lasergraveringslokket, og klikk Fil og skriv ut i tegneprogrammet. Velg lasergraveren som utskriftsplassering, og åpne innstillingsvinduet for å angi skriveregenskapene.
Velg rastermodus i en PPT på 600, en hastighet på 100 % og en effekt på 55 %Bekreft at stykkstørrelsen samsvarer med den målte Aerogel-monolittstørrelsen, og klikk Påfør og skriv ut. Klikk Jobb på frontpanelet på lasergraveren, og velg det tilsvarende filnavnet. Klikk på Go.Når lasergraveren er ferdig, klikker du fokus og bruker pil ned på lasergraveren foran kontrollpanelet for å senke basen.
Bruk en hanskehånd til å overføre Aerogel forsiktig fra lasergraveringsplattformen til beholderen og klikk på Papirkurven for å tømme jobben fra graveringen. Hvis du vil kutte en Aerogel-monolitt, slår du på lasergraveren, vakuumeksosanlegget og den tilkoblede datamaskinen og måler størrelsen på Aerogel monolittoverflaten som skal kuttes. For generell kutting åpner du et nytt dokument i tegneprogrammet og angir dimensjonene for dokumentstørrelsen slik at de samsvarer med den målte Aerogel-monolittstørrelsen.
Bruk tegneverktøyet for hårstrekbredde til å lage mønsteret som skal klippes ut, og plasser mønsteret slik at det samsvarer med ønsket klippeplassering på Aerogel. Rengjør et 0,0127 millimeter tykt ark med rustfritt stålfolie som er stort nok til å dekke bunnen av Aerogel-monolitten med aceton og plasser folien på lasergraverplattformen. Juster Aerogel- og folie i rustfritt stål øverst til venstre med Aerogel som berører øvre og venstre linjaler og juster målerposisjonen som vist.
Klikk Fil og skriv ut i tegneprogrammet, og velg lasergraveren som utskriftsplassering, og åpne innstillingsvinduet for å angi skriveregenskapene. Velg vektormodus og sett PPT til 600, hastigheten til 3% kraften til 90% og frekvensen av 1,000 Hertz. Kontroller at stykkstørrelsen samsvarer med den målte Aerogel-størrelsen.
Dybden på kuttet vil variere med laserhastigheten. Klikk Jobb og gå for å starte kuttingen som vist. Etter å ha samlet prøven, bruk en skumbørste for å forsiktig fjerne små biter av ablated Aerogel igjen på forsiden av monolitten som var i kontakt med laseren.
For denne Aerogel mosaikk tilnærming, det samme mønsteret ble kuttet i tre forskjellige farget Aerogel monolitter og brikkene ble satt sammen i et mosaikk mønster. Det er mulig å etse design på mindre monolittiske stykker som demonstrert for å oppnå visuelt interessante ordninger under naturlige og ultrafiolette lysforhold selv på mindre stykker. Som illustrert kan innfødte Aerogels etses med mønstre med forskjellig tetthet med fotografier trykt på forsiden av en planar Aerogel, på en buet overflate og på fluorescerende fargede Aerogels.
I dette skanneelektronmikroskopbildet av en etset silika Aerogel kan grensesnittet mellom de etsede linjene og den nesten glatte, urørte nanoporøse Aerogel observeres. Etsning fører til ablasjon og smelting av overflatematerialet i filamentlignende strukturer som observert i dette bildet som viser effekten av en enkelt laserpuls av Aerogel. Nøye forberedelse, inkludert kontrastjustering av bildene som skal etset, er avgjørende for å oppnå resultater av høy kvalitet.
Videre forbedring av laseretsingsmetoden kan gi et alternativ til mikrobearbeiding av silika Aerogels. Estetiske Aerogel-monolitter kan finne anvendelse på en rekke områder, inkludert kunstverk og bærekraftige bygninger.
Denne protokollen beskriver en metode for etsning av tekst, mønstre og bilder på overflaten av silika aerogelmonolitter i innfødt og farget form og montering av aerogelene i mosaikkdesign.
Read Article
Cite this Article
Stanec, A. M., Hajjaj, Z., Carroll, M. K., Anderson, A. M. Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes. J. Vis. Exp. (169), e61986, doi:10.3791/61986 (2021).
Copy