Detta protokoll beskriver en metod för etsning av text, mönster och bilder på ytan av kiselflygelmonoliter i inhemsk och färgad form och montering av aerogelerna i mosaikdesign.
Ett förfarande för estetiskt förbättra kiseldioxid aerogel monoliter genom laser etsning och införlivande av färgämnen beskrivs i detta manuskript. Med hjälp av en snabb superkritisk extraktionsmetod kan stor kiselflygelmonolit (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) tillverkas i ca 10 h. Färgämnen som ingår i prekursorblandningen resulterar i gul-, rosa- och orangefärgade aerogeler. Text, mönster och bilder kan etsas fast på aerogelmonolitens yta (eller ytor) utan att massstrukturen skadas. Lasergravören kan användas för att skära former från aerogelen och bilda färgglada mosaiker.
Kiselflygel är en nanoporös, hög yta, akustiskt isolerande material med låg värmeledningsförmåga som kan användas i en rad olika tillämpningar från insamling av rymddamm till byggnadsisoleringsmaterial1,2. När kiseldioxidflygel tillverkas i monolitisk form är de genomskinliga och kan användas för att göra mycket isolerande fönster3,4,5.
Nyligen har vi visat att det är möjligt att ändra utseendet på en kiselflygel genom att etsa på eller skära genom ytan med hjälp av ett lasergravyrsystem6,7 utan att orsaka bulkstrukturella skador på aerogelen. Detta kan vara användbart för att göra estetiska förbättringar, skriva ut lagerinformation och bearbeta aerogelmonoliter i olika former. Femtosecond lasrar har visat sig fungera för rå “mikrobearbetning” av aerogeler8,9,10,11; Det nuvarande protokollet visar dock förmågan att ändra aerogelernas yta med ett enkelt lasergravyrsystem. Som ett resultat är detta protokoll i stort sett tillämpligt på de konstnärliga och tekniska samhällena.
Det är också möjligt att införliva färgämnen i aerogelkemikaliens föregångareblandning och därmed göra färgdämpade aerogeler med en rad nyanser. Denna metod har använts för att tillverka kemiska sensorer12,13, för att förbättra Cerenkov detektion14, och av rent estetiska skäl. Här demonstrerar vi användningen av färgämnen och laseretsning för att förbereda estetiskt tilltalande aerogeler.
I avsnittet som följer beskriver vi procedurer för att göra stora kiselflygelmonoliter, ändra monolitpreparatet för att införliva färgämnen, etsning av text, mönster och bilder på ytan av en aerogelmonolit och skära former från stora färgade monoliter som ska monteras i mosaiker.
Detta protokoll visar hur laseretsning och införandet av färgämnen kan användas för att förbereda estetiskt tilltalande aerogelmaterial.
Att göra stora (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) aerogelmonoliter kräver korrekt mögelberedning genom slipning, rengöring och fettapplikation för att förhindra att aerogeln fastnar på formen och stora sprickor bildas. De delar av formen som kommer i direkt kontakt med föregångarens lösning/snart bildas aerogel är de mest kritiska. Att minska formens y…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill uppmärksamma Union College Faculty Research Fund, Student Research Grant program och sommarens grundutbildningsprogram för ekonomiskt stöd till projektet. Författarna vill också uppmärksamma Joana Santos för utformningen av den tredelade formen, Chris Avanessian för SEM-avbildning, Ronald Tocci för etsning på den böjda aerogelytan och Dr. Ioannis Michaloudis för inspiration och inledande arbete med etsningsprojektet samt för att ge Kouros-bilden och cylindrisk aerogel.
2000 grit sandpaper | Various | ||
50W Laser Engraver | Epilog Laser | Any laser cutter is suitable | |
Acetone | Fisher Scientific www.fishersci.com | A18-20 | Certified ACS Reagent Grade |
Ammonium Hydroxide (aqueous ammonia) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A669S212 | Certified ACS Plus, about 14.8N, 28.0-20.0 w/w% |
Beakers | Purchased from Fisher Scientific | Any glass beaker is suitable. | |
Deionized Water | On tap in house | ||
Digital balance | OHaus Explorer Pro | Any digital balance is suitable. | |
Disposable cleaning wipes | Fisher Scientific www.fishersci.com | 06-666 | KimWipe |
Drawing Software | CorelDraw Graphics Suite | CorelDraw | |
Flexible Graphite Sheet | Phelps Industrial Products | 7500.062.3 | 1/16" thick |
Fluorescein | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | F2456 | Dye content ~95% |
Foam paint brush | Various | 1-2 cm size | |
High Vacuum Grease | Dow Corning | ||
Hydraulic Hot Press | Tetrahedron www.tetrahedronassociates.com | MTP-14 | Any hot press with temperature and force control will work. Needs maximum temperature of ~550 F and maximum force of 24 tons. |
Laser Engraver | Epilogue Laser | Helix – 24 | 50 W |
Methanol (MeOH) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A412-20 | Certified ACS Reagent Grade, ≥99.8% |
Mold | Fabricated in House | Fabricate from cold-rolled steel or stainless steel. | |
Paraffin Film | Fisher Scientific www.fishersci.com | S37441 | Parafilm M Laboratory Film |
Rhodamine-6G Rhodamine-6g FlouresceinRhodamine-6g |
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | 20,132-4 | Dye content ~95% |
Rhodamine-B Rhodamine-6g FlouresceinRhodamine-6g |
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | R-953 | Dye content ~80% |
Soap to clean mold | Various | ||
Stainless Steel Foil | Various | .0005" thick, 304 Stainless Steel | |
Tetramethylorthosilicate (TMOS) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | 218472-500G | 98% purity, CAS 681-84-5 |
Ultrasonic Cleaner | FisherScientific FS6 | 153356 | Any sonicator is suitable. |
Vacuum Exhaust system | Purex | 800i | Any exhaust system is suitable. |
Variable micropipettor, 100-1000 µL | Manufactured by Eppendorf, purchased from Fisher Scientific www.fishersci.com | S304665 | Any 100-1000 µL pipettor is suitable. |