Ästhetisch verbessertes Silica-Aerogel durch Einbau von Laserätzen und Farbstoffen

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zum Ätzen von Text, Mustern und Bildern auf die Oberfläche von Silica-Aerogel-Monolithen in nativer und gefärbter Form und zum Zusammensetzen der Aerogele zu Mosaikdesigns.

Zusammenfassung

Ein Verfahren zur ästhetischen Verbesserung von Silica-Aerogel-Monolithen durch Laserätzen und Einarbeiten von Farbstoffen wird in diesem Manuskript beschrieben. Mit einem schnellen überkritischen Extraktionsverfahren kann ein großer Silica-Aerogel-Monolith (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) in etwa 10 h hergestellt werden. Farbstoffe, die in die Vorläufermischung eingearbeitet werden, führen zu gelb-, rosa- und orangefarbenen Aerogelen. Text, Muster und Bilder können auf die Oberfläche (oder Oberflächen) des Aerogel-Monolithen geätzt werden, ohne die Massenstruktur zu beschädigen. Mit dem Lasergravierer können Formen aus dem Aerogel geschnitten und bunte Mosaike entstehen.

Einleitung

Silica-Aerogel ist ein nanoporöses, akustisch isolierendes Material mit hoher Oberfläche und geringer Wärmeleitfähigkeit, das in einer Reihe von Anwendungen vom Sammeln von Weltraumstaub bis zum Gebäudedämmmaterial^1,2verwendet werden kann. Bei der Herstellung in monolithischer Form sind Silica-Aerogele transluzent und können zur Herstellung von hochisolierenden Fenstern^3,4,5verwendet werden.

Vor kurzem haben wir gezeigt, dass es möglich ist, das Aussehen eines Silica-Aerogels durch Ätzen od....

Protokoll

Bei der Vorbereitung der Aerogelvorläuferlösungen, der Arbeit mit der Heißpresse und der Verwendung des Lasergravursystems sollte eine Schutzbrille oder Schutzbrille getragen werden. Laborhandschuhe sollten bei der Reinigung und Vorbereitung der Form, der Vorbereitung der chemischen Reagenzlösung, dem Gießen der Lösung in die Form in der Heißenpresse und der Handhabung des Aerogels getragen werden. Lesen Sie die Sicherheitsdatenblätter (SDS) für alle Chemikalien, einschließlich Lösungsmittel, bevor Sie mit ihnen arbeiten. Tetramethylorthosilikat (TMOS), Methanol und konzentriertes Ammoniak sowie Lösungen, die diese Reagenzien enthalten, müssen in einem Abzug behandelt....

Ergebnisse

Dieses Protokoll kann verwendet werden, um eine Vielzahl von ästhetisch ansprechenden Aerogel-Monolithen für Anwendungen wie Kunst und nachhaltiges Gebäudedesign vorzubereiten. Die Einbeziehung der hier verwendeten geringen Farbstoffmengen in die Vorläufermischung wird nur beobachtet, um die Farbe des resultierenden Aerogelmonolithen zu beeinflussen; Veränderungen anderer optischer oder struktureller Eigenschaften werden nicht beobachtet.

Diskussion

Dieses Protokoll zeigt, wie Laserätzen und die Einbeziehung von Farbstoffen verwendet werden können, um ästhetisch ansprechende Aerogelmaterialien herzustellen.

Die Herstellung großer (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) Aerogelmonolithen erfordert eine ordnungsgemäße Formvorbereitung durch Schleifen, Reinigen und Fettauftrag, um zu verhindern, dass das Aerogel an der Form klebt und sich größere Risse bilden. Die Teile der Form, die in direktem Kontakt mit der Vorläuferlösung / demnächst zu for.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
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.