이 프로토콜은 텍스트, 패턴 및 이미지를 네이티브 및 염색 된 형태로 실리카 에어로겔 모놀리스표면에 에칭하고 에어로겔을 모자이크 디자인으로 조립하는 방법을 설명합니다.
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이 논문에서
요약
초록
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.
서론
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,
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프로토콜
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 읽으십시오. 테트라메틸 오르토실리케이트(TMOS), 메탄올 및 농축 암모니아 및 이러한 시약을 포함하는 솔루션은 연기 후드 내에서 처리되어야 합니다. 염료는 독성 및 /또는 발암성일 수 있으므로 적절한 개인 보호 장비를 사용하는 것이 중요합니다 (SDS 참조). 이전 프로토콜15에서언급했듯이, 안전 방패는 핫 프레스 주위에 설치되어야 합니다. 핫 프레스를 제대로 환기해야 하며 점화 원을 제거해야 합니다. 레이저 조각기사용 전에 진공 배기 시스템이 작동되도록 하십시오.
1. 에어로겔 모놀리스를 얻거나 제작
참고: 10cm x 11cm x 1.5cm 에어로겔 모놀리스를 함유된 금속 금형에서 신속한 초임계 추출 방법(RSCE)15,
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결과
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 관찰되지 않습니다.
도 8은 큰 실리카 모놀리스에서 에어로겔 모자이크를 준비하는 방법을 나타낸다. 동일한 패턴(도 3에도시됨)은 세 가지 염색 에어로겔 모놀리스(도8a-c)로절단된다. 에어로겔 조각은 모자이크
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토론
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 부품이 /곧 형성될 에어로겔이 가장 중요합니다. 기계 연마를 통해 금형의 표면 거칠기를 줄이면 성능이 향상됩니다. 금형 의 상단 부분의 외부 둘레 (13mm)에만 그리스를 적용하여 뜨거운 프레스 힘이 금형에 적용 될 때, 그리스가 금형의 캐비티에 스며들지 않도록하는 것이 중요합니다. 그리스가 캐비티에 들어가면 에어로겔에 큰 균열이 형성됩니다.
레이저 조각기를 사용하는 경우 에어로겔은 레이저 조각기의 왼쪽 위 모서리에 적절하게 배치되어야 하며 에어로겔의 치수는 드로잉 .......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
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.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 2000 그릿 샌드페이퍼 | 다양한 | ||
| 50W 레이저 조각사 | 에필로그 레이저 | 어떤 레이저 커터도 적합합니다 | |
| Acetone | Fisher Scientific www.fishersci.com | A18-20 | 인증 ACS 시약 등급 |
| 수산화암모늄(수성 암모니아) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A669S212 | 인증 ACS Plus, 약 14.8N, 28.0-20.0 w/w% |
| 비커 | Fisher Scientific | 모든 유리 비커가 적합합니다. | |
| 탈이온수 | 사내 | ||
| 디지털 저울 | OHaus Explorer Pro | 모든 디지털 저울이 적합합니다. | |
| 일회용 청소용 물티슈 | Fisher Scientific www.fishersci.com | 06-666 | KimWipe |
| 드로잉 소프트웨어 | CorelDraw 그래픽 제품군 | CorelDraw | |
| 유연한 흑연 시트 | Phelps Industrial Products | 7500.062.3 | 1/16" 두께 |
| Fluorescein | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | F2456 | 염료 함량 ~95% |
| Foam 페인트 브러시 | 여러 | 1-2cm 크기 | |
| 고진공 그리스 | 다우 코닝 | ||
| 유압 핫 프레스 | 테트라에드론 www.tetrahedronassociates.com | MTP-14 | 온도 및 힘 제어 기능이 있는 모든 핫 프레스가 작동합니다. ~550F의 최대 온도와 24톤의 최대 힘이 필요합니다. |
| 레이저 조각사 | 에필로그 레이저 | 헬릭스 - 24 | 50 W |
| 메탄올 (MeOH) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A412-20 | 인증 ACS 시약 등급, ≥ 99.8% |
| 집에서 | 금형 | 냉간 압연 강판 또는 스테인리스강으로 제작합니다. | |
| 파라핀 필름 | 피셔 사이언티픽 www.fishersci.com | S37441 | 파라필름 M 실험실 필름 |
| 로다민-6G 로다민-6g Flourescein로다민-6g | 시그마 알드리치 www.sigmaaldrich.com | 20,132-4 | 염료 함량 ~95% |
| 로다민-B 로다민-6g Flourescein로다민-6g | 시그마 알드리치 www.sigmaaldrich.com | R-953 | 염료 함량 ~80% |
| 금형을 청소하는 비누 | 다양한 | ||
| 스테인레스 스틸 호일 | "두께, 304 스테인레스 스틸 | ||
| 테트라 메틸 오르토 실리케이트 (TMOS) | 시그마 알드리치 www.sigmaaldrich.com | 218472-500G | 98 % 순도, CAS 681-84-5 |
| 초음파 세척기 | FisherScientific FS6 | 153356 | 모든 초음파 발생기가 적합합니다. |
| 진공 배기 시스템 | Purex | 800i | 모든 배기 시스템이 적합합니다. |
| 가변 마이크로피펫터, 100-1000 &마이크로; L | Eppendorf에서 제조, Fisher Scientific www.fishersci.com 에서 구매 S304665 | Any 100-1000 µ L 피펫터가 적합합니다. |
참고문헌
- Aerogels Handbook. Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. , Springer. New York. (2011).
- Pierre, A. C., Pajonk, G. M. Chemistry of aerogels and their applications. Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).
- Zinzi, M., et al.
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재인쇄 및 허가
