Aerogel de sílice estéticamente mejorado mediante la incorporación de grabado láser y tintes
Summary
Este protocolo describe un método para grabar texto, patrones e imágenes en la superficie de monolitos de aerogel de sílice en forma nativa y teñida y ensamblar los aerogeles en diseños de mosaico.
Abstract
En este manuscrito se describe un procedimiento para mejorar estéticamente los monolitos de aerogel de sílice mediante grabado láser e incorporación de tintes. Utilizando un método de extracción supercrítica rápida, se puede fabricar un gran monolito de aerogel de sílice (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) en aproximadamente 10 h. Los colorantes incorporados a la mezcla precursora dan como resultado aerogeles teñidos de amarillo, rosa y naranja. El texto, los patrones y las imágenes se pueden grabar en la superficie (o superficies) del monolito de aerogel sin dañar la estructura a granel. El grabador láser se puede utilizar para cortar formas del aerogel y formar mosaicos coloridos.
Introduction
El aerogel de sílice es un material nanoporoso, de alta superficie, acústicamente aislante con baja conductividad térmica que se puede utilizar en una variedad de aplicaciones, desde la recolección de polvo espacial hasta el material de aislamiento de edificios1,2. Cuando se fabrican en forma monolítica, los aerogeles de sílice son translúcidos y se pueden utilizar para hacer ventanas altamente aislantes3,4,5.
Recientemente, hemos demostrado que es posible alterar la apariencia de un aerogel de sílice grabando o cortando a través de la superficie utilizando un sistema de grabado láser6,7 sin causar daños estructurales a granel al aerogel. Esto podría ser útil para realizar mejoras estéticas, imprimir información de inventario y mecanizar monolitos de aerogel en varias formas. Se ha demostrado que los láseres de femtosegundo funcionan para el “micromecanado” crudo de aerogeles8,9,10,11; sin embargo, el protocolo actual demuestra la capacidad de alterar la superficie de los aerogeles con un simple sistema de grabado láser. Como resultado, este protocolo es ampliamente aplicable a las comunidades artísticas y técnicas.
También es posible incorporar colorantes en la mezcla de precursores químicos de aerogel y, por lo tanto, hacer aerogeles dopados con colorantes con una gama de tonos. Este método se ha utilizado para fabricar sensores químicos12,13,para mejorar la detección de Cerenkov14,y por razones puramente estéticas. Aquí, demostramos el uso de tintes y grabado láser para preparar aerogeles estéticamente agradables.
En la sección que sigue, describimos los procedimientos para hacer grandes monolitos de aerogel de sílice, alterar el procedimiento de preparación del monolito para incorporar tintes, grabar texto, patrones e imágenes en la superficie de un monolito de aerogel, y cortar formas de grandes monolitos teñidos para ensamblar en mosaicos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo demuestra cómo se puede emplear el grabado láser y la inclusión de tintes para preparar materiales de aerogel estéticamente agradables.
Hacer monolitos de aerogel grandes (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) requiere una preparación adecuada del molde a través del lijado, la limpieza y la aplicación de grasa para evitar que el aerogel se pegue al molde y se formen grietas importantes. Las partes del molde en contacto directo con la solución precursora / aerogel que pronto se formar?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
A los autores les gustaría agradecer el Fondo de Investigación de la Facultad de Union College, el programa de Becas de Investigación Estudiantil y el programa de investigación de pregrado de verano por el apoyo financiero del proyecto. Los autores también desean agradecer a Joana Santos por el diseño del molde de tres piezas, Chris Avanessian por la imagen SEM, Ronald Tocci por el grabado en la superficie curva de aerogel y el Dr. Ioannis Michaloudis por la inspiración y el trabajo inicial en el proyecto de grabado, así como por proporcionar la imagen de Kouros y el aerogel cilíndrico.
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. |
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