레이저 에칭과 염료의 통합을 통해 미학적으로 향상된 실리카 에어로겔
Summary
이 프로토콜은 텍스트, 패턴 및 이미지를 네이티브 및 염색 된 형태로 실리카 에어로겔 모놀리스표면에 에칭하고 에어로겔을 모자이크 디자인으로 조립하는 방법을 설명합니다.
Abstract
레이저 에칭 및 염료의 통합에 의해 실리카 에어로겔 모놀리스를 심미적으로 향상시키는 절차는이 원고에 설명되어 있습니다. 빠른 초임계 추출 방법을 사용하여 대형 실리카 에어로겔 모놀리스(10cm x 11cm x 1.5cm)를 약 10시간으로 제작할 수 있습니다. 전구체 혼합물에 통합된 염료는 노란색, 분홍색 및 주황색 으로 된 에어로겔을 생성합니다. 텍스트, 패턴 및 이미지는 벌크 구조를 손상시키지 않고 에어로겔 모놀리스의 표면(또는 표면)에 새겨질 수 있습니다. 레이저 조각기는 에어로겔에서 모양을 잘라 다채로운 모자이크를 형성하는 데 사용할 수 있습니다.
Introduction
실리카 에어로겔은 나노다공성, 높은 표면적, 음향적으로 절연 재료로 공간 먼지 를 모으는 것에서 건물 절연 재료1,2에이르기까지 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 모놀리식 형태로 제조될 때 실리카 에어로겔은 반투명하며 고절연 윈도우3,4,5를만드는 데 사용할 수 있습니다.
최근에는 레이저 인그레이빙 시스템6,7을 사용하여 표면에 에칭하거나 절단하여 실리카 에어로겔의 외관을 변경할 수 있음을 입증하여 에어로겔에 대량 구조적 손상을 일으키지 않고 있다. 이는 미적 향상, 재고 정보 인쇄 및 다양한 형태로 에어로겔 모놀리스를 가공하는 데 유용할 수 있습니다. 펨토초 레이저는 에어로겔8,9,10,11의조잡한 “마이크로 가공”을 위해 작동하는 것으로 나타났습니다. 그러나, 현재 프로토콜은 간단한 레이저 인그레이빙 시스템으로 에어로겔의 표면을 변경할 수 있는 능력을 보여줍니다. 따라서 이 프로토콜은 예술 및 기술 커뮤니티에 광범위하게 적용됩니다.
또한 에어로겔 화학 전구체 혼합물에 염료를 통합하여 다양한 색조로 염료 도핑 에어로겔을 만들 수 있습니다. 이 방법은 화학 센서 를 제조하는 데 사용되었습니다12,13,Cerenkov 검출을 향상시키기 위해14,순전히 미적 이유. 여기서는 염료와 레이저 에칭을 사용하여 심미적으로 만족스러운 에어로겔을 준비합니다.
다음 섹션에서는 대형 실리카 에어로겔 모놀리스를 만들고, 염료를 통합하기 위한 모놀리스 준비 절차를 변경하고, 텍스트를 에칭하고, 패턴과 이미지를 에어로겔 모놀리스 표면에 삽입하고, 큰 염색된 모놀리스에서 모양을 절단하여 모자이크로 조립하는 절차를 설명합니다.
Protocol
에어로겔 전구체 솔루션을 준비하고, 뜨거운 프레스와 함께 작업하고, 레이저 조각 시스템을 사용할 때 안전 안경이나 고글을 착용해야 합니다. 실험실 장갑은 금형을 청소하고 준비할 때 착용해야하며, 화학 시약 용액을 준비하고, 용액을 뜨거운 프레스의 금형에 붓고 에어로겔을 처리해야합니다. 그들과 함께 작업하기 전에 용매를 포함한 모든 화학 물질에 대한 안전 데이터 시트 (SDS)를 읽으십…
Representative Results
이 프로토콜은 예술 및 지속 가능한 건축 설계를 포함하되 이에 국한되지 않는 애플리케이션을 위해 다양한 심미적으로 만족스러운 에어로겔 모놀리스를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에 사용되는 소량의 염료의 전구체 혼합물에 포함되는 것은 생성된 에어로겔 모놀리스의 색에 영향을 미치는 것으로만 관찰된다; 다른 광학 적 또는 구조 적 특성의 변화는 관찰?…
Discussion
이 프로토콜은 레이저 에칭과 염료의 포함이 심미적으로 만족스러운 에어로겔 재료를 준비하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지 보여줍니다.
에어로겔 모놀리스(10cm x 11cm x 1.5cm)의 에어로겔 모놀리스를 제작하려면 에어로겔이 곰팡이에 달라붙지 않도록 샌드링, 클리닝 및 그리스 어플리케이션을 통해 적절한 금형 준비가 필요합니다. 전구체 용액과 직접 접촉하는 금형의 부품?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 유니온 대학 교수 연구 기금, 학생 연구 보조금 프로그램 및 프로젝트의 재정 지원을위한 여름 학부 연구 프로그램을 인정하고 싶습니다. 저자는 또한 3 피스 금형의 디자인에 대한 조아나 산토스를 인정하고 싶습니다, SEM 이미징크리스 Avanessian, 곡선 에어로겔 표면에 에칭로널드 토치, 박사 요안니스 미카라우디스는 영감과 에칭 프로젝트에 대한 초기 작업뿐만 아니라 쿠로스 이미지와 원통형 에어로겔을 제공하기위한.
Materials
| 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. |
Riferimenti
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Citazione di questo articolo
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).