著者は、ドラフトの手順をテストするために、エアロゲル材料の物理的特性評価のための学部学生Lutao謝、およびオードBechuに感謝します。私たちは、ステンレス製の金型を加工するための連合大学工学研究室に感謝しています。ユニオン·カレッジエアロ研究所は、国立科学財団（NSF MRI CTS-0216153、NSF RUI哲0514527、NSFのMRI CMMI-0722842、NSF RUI哲0847901、NSF RUI DMR-1206631、およびNSFのMRI CBETからの補助金によって賄われています-1228851）。この材料は、助成金番号CHE-0847901の下で、NSFでサポートされている作業に基づいています。

安全に関する注意事項 ：安全メガネまたはゴーグルがソリューションを取仕事と油圧ホットプレス時に常に着用する。化学試薬の溶液を調製する際に、ホットプレスで成形型に溶液を注ぐ際に実験室の手袋を着用する必要があります。 TMOS、メタノールと濃アンモニア、及びこれらの試薬を含む溶液を、ヒュームフード内で処理されなければならない。超臨界抽出プロセスのリリース熱メタノール、両方の油圧ホットプレスをベントし、ホットプレスの通気路内には着火源がないことを保証するために必要であるので。加えて、我々はホットプレスを中心に、安全シールドの取り付けをお勧めします。ガスケットに障害が発生した場合、シールドは結果のガスケット片が含まれており、それによって、ホットプレスの近くで作業する人を保護するのに役立ちます。 1。試薬およびその他の消耗品を準備する<ol><li>テトラメトキシ：レシピのために必要な試薬を集めるylorthosilicate、メタノール、脱イオン水、及びアンモニア。 </li><li> 1.5Mのアンモニア溶液100.0ミリリットルを加えます。そのためには、脱イオン水で100mlに14.8 M濃アンモニア10.1ミリリットルを希釈。 </li><li>正方形のステンレス製の金型を獲得12.7センチ×1.9センチメートル高いX 12.7センチメートル2.2センチ、直径の9円形のウェルを有する（ 図3を参照）。あらゆる表面の油やほこりを取り除くために、清潔で湿らせた布でカビを拭きます。処理後に金型からエアロゲルの除去を容易にするために、高温離型スプレーで各円形ウェルの内側にスプレーします。 </li><li> （0.012ミリメートル）の厚さのステンレス箔で（1.6ミリメートル）の厚さのグラファイトシートと0.0005で1月16日からガスケットを密封する3組を準備します。完全に金型をカバーするのに十分な各材料の3枚（&gt; 12.7センチメートルX&gt; 12.7センチメートル）をカット。 </li></ol> 2。楽器を準備します<ol><li>プログラムホットプレスシールおよび抽出プログラム。最初に使用されますシールプログラムを設定オープン型の底をシールするD。必要なプログラム値については、表1を参照してください。次の上記の金型を用いたシリカエアロゲルの正しいパラメータを指定して抽出プログラムを設定します。これらのパラメータについては、表2を参照してください。 </li><li>ガラス製品を準備します。汚染を避けるために、4枚のガラスビーカーは、ラベルが付いた250mlのビーカー「前駆体溶液」、「メタノール」とラベル1〜20 mlビーカー &#39;DI水、&#39;と&#39;1 0.5 Mアンモニア標識1つの10 mlビーカーラベルが付いた100mlのビーカーに必要とされる。 &#39;すべてのビーカーが清潔で乾燥していることを確認してください。 </li><li>ピペットを準備します。デジタルピペットは、容易に使用する必要があります。 10ミリリットルデジタルピペット1,000μlのピペットが使用される。複数のピペットチップが使用可能であることを確認します。 </li><li>充填ラインに水を加えて超音波処理装置を準備します。 </li></ol> 3。シールモールドボトム<ol><li>ホットプレス金型やガスケット材を配置します。 FIRST、下部プラテンの上にグラファイトシートを中央にステンレス箔のシートを追加し、ステンレス箔の上に金型を配置する。金型の上部にガスケット材料の別のセット（ステンレス鋼、次いでグラファイト）を添加する。 （注：使用されるガスケット材料は、この工程で上に使用することができるが、新たなガスケット材料は、底部に使用しなければならない。） </li><li> 表1に示すパラメータを使用して、ホットプレスシールプログラムを起動します。このプログラムは、金型は、前駆体溶液で満たされている場合漏れる液体前駆体化学物質を防止するために、金型の底部をシールする。 </li></ol> 4。前駆体溶液を作る TMOSベースのシリカエアロゲルのレシピを表3に示します。すべての溶液の調製作業をドラフト内で実施される。 <ol><li> 250mlのガラスビーカーに試薬瓶から17.0ミリリットル合計TMOSの第ピペットアリコート &#39;前駆体溶液」とラベル。 </li><li>注ぐ次いで、100mlのガラスビーカーに標識された250mlのガラスビーカーに55.0ミリリットル合計メタノールのアリコートをピペット内にいくつかのメタノール「前駆体溶液」。 </li><li> 250ミリリットルビーカーに水を7.2ミリリットル &#39;DI水」とラベル20ミリリットルのビーカーに、そのビーカーピペットからいくつかの脱イオン水を注ぐ。 </li><li>最後に、250ミリリットルのビーカーに溶液を270μlの10ミリリットルのビーカーに、そのビーカーピペットからいくつかの1.5のNH 3を注ぐ。 </li><li>プラスチックパラフィンフィルムでビーカーを密閉する。 </li><li>加水分解は、少なくとも5分間、前駆体溶液を超音波処理することによって行われることを保証するための試薬を混合する。超音波処理に先立ち、2液体の層は、前駆体混合物中に時々表示されます。超音波処理の5分後に、解決策は、単相であることが表示されます。そうでない場合は、さらに5分間、混合物を超音波処理する。 </li></ol> 5。ホットプレスにおける金型内に前駆体溶液を注ぐ<oL&gt; <li>金型シールプログラムの最後にホットプレスプラテンが開きます。トップ側のガスケット材料を取り外し、脇に置きます。ホットプレスしているように、金型の下側が密封されたままであるように、金型を残す。 </li><li>前駆体溶液で完全に金型の各ウェルを埋める。 （注：金型を充填した後に残さエアロゲル前駆体溶液約10mlがあるだろうが、これは廃棄されるか、またはキセロゲルを作るために、周囲条件下で処理することができる。） </li><li>最初のステンレス箔とその上にグラファイト：金型の上に新鮮なガスケット材料を置く。 </li><li> （ 表2に示されている）、ホットプレス抽出プログラムを実行します。このプログラムは、金型を密閉する超臨界状態に内容物を加熱し、超臨界抽出を行い、次いで、金型を冷却する。 </li></ol> 6。金型からのエアロゲルを削除<ol><li>抽出プロセスが完了すると、ホットプレスからモールドとガスケット材料を除去する。 </li&gt; <li>金型からトップガスケット材を取り外します。これを置いておきます。 </li><li>そっと下のガスケット材料から金型を緩めます。 </li><li>慎重にしっかりと手袋をした指で一方の側からそれらを介して押すことで、金型から一つずつ各エアロゲルを削除します。 </li><li>エアロゲルが金型から除去されると、処理は完了する。 </li></ol>

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	<li>Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Aerogels Handbook. , (2011).</li><li>Gurav, J. L., Jung, I. -. K., Park, H. -. H., Kang, E. S., Nadargi, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+aerogel:+Synthesis+and+applications.">Silica aerogel: Synthesis and applications.</a> J. Nanomater. , .</li><li>Kistler, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+expanded+aerogels.">Coherent expanded aerogels.</a> J. Phys. Chem. 13, 52-64 (1932).</li><li>Phalippou, J., Woignier, T., Prassas, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glasses+from+aerogels.">Glasses from aerogels.</a> J. Mater. Sci. 25 (7), 3111-3117 (1990).</li><li>Danilyuk, A. F., Gorodetskaya, T. A., Barannik, G. B., Lyakhova, V. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercritical+extraction+as+a+method+for+modifying+the+structure+of+supports+and+catalysts.">Supercritical extraction as a method for modifying the structure of supports and catalysts.</a> React. Kinet. Catal. Lett. 63 (1), 193-199 (1998).</li><li>Pajonk, G. M., Rao, A. V., Sawant, B. M., Parvathy, N. 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J., Lofftus, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ambient-temperature+supercritical+drying+of+transparent+silica+aerogels.">Ambient-temperature supercritical drying of transparent silica aerogels.</a> Mater. Lett. 3 (9), 363-367 (1985).</li><li>Van Bommel, M. J., de Haan, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drying+of+silica+aerogel+with+supercritical+carbon+dioxide.">Drying of silica aerogel with supercritical carbon dioxide.</a> J. Non-Cryst. Solids. 186, 78-82 (1995).</li><li>Pajonk, G. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silica+aerogel+films+prepared+at+ambient+pressure+by+using+surface+derivatization+to+induce+reversible+drying+shrinkage.">Silica aerogel films prepared at ambient pressure by using surface derivatization to induce reversible drying shrinkage.</a> Nature. 374 (6521), 439-443 (1995).</li><li>Haereid, S., Einarsrud, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+strengthening+of+TMOS-based+alcogels+by+aging+in+silane+solutions.">Mechanical strengthening of TMOS-based alcogels by aging in silane solutions.</a> J. Sol-Gel Sci. Technol. 3 (3), 199-204 (1994).</li><li>Bhagat, S. D., Oh, C. S., Kim, Y. H., Ahn, Y. S., Yeo, J. 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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+and+Device+for+Fabricating+Aerogels+and+Aerogel+Monoliths+Obtained+Thereby.">Method and Device for Fabricating Aerogels and Aerogel Monoliths Obtained Thereby.</a> , (2011).</li><li>Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+a+rapid+supercritical+extraction+method+to+prepare+aerogels+from+various+precursor+chemistries.">Use of a rapid supercritical extraction method to prepare aerogels from various precursor chemistries.</a> Polymer Preprints. 52 (1), 31-32 (2011).</li><li>Pierre, A. C., Rigacci, A., Aegerter, M. A., Leventis, N., Koebel, M. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrophobic+silica+aerogels+prepared+via+rapid+supercritical+extraction.">Hydrophobic silica aerogels prepared via rapid supercritical extraction.</a> J. Sol-Gel Sci. Technol. 53 (2), 199-207 (2010).</li><li>Brown, L. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+titania+and+titania-silica+aerogels+using+rapid+supercritical+extraction.">Fabrication of titania and titania-silica aerogels using rapid supercritical extraction.</a> J. Sol-Gel Sci. Technol. 62 (3), 404-413 (2012).</li><li>Bono, M. S., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alumina+aerogels+prepared+via+rapid+supercritical+extraction.">Alumina aerogels prepared via rapid supercritical extraction.</a> J. Sol-Gel Sci. Technol. 53 (2), 216-226 (2010).</li><li>Dunn, N. J. H., Carroll, M. K., Anderson, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+alumina+and+nickel-alumina+aerogels+prepared+via+rapid+supercritical+extraction.">Characterization of alumina and nickel-alumina aerogels prepared via rapid supercritical extraction.</a> Polymer Preprints. 52 (1), 250-251 (2011).</li><li>Plata, D. L., Briones, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogel-Platform+Optical+Sensors+for+Oxygen+Gas.">Aerogel-Platform Optical Sensors for Oxygen Gas.</a> J. Non-Cryst. Solids. 350, 326-335 (2004).</li><li>Roth, T. B., Anderson, A. M., Carroll, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+a+rapid+supercritical+extraction+aerogel+fabrication+process:+Prediction+of+thermodynamic+conditions+during+processing.">Analysis of a rapid supercritical extraction aerogel fabrication process: Prediction of thermodynamic conditions during processing.</a> J. Non-Cryst. Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).</li></ol>

著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言します。

RSCE方法は、自動化され、簡単なプロセスを使用してモノリスシリカエアロゲルの一貫性のあるバッチを生成する。ここで紹介した方法は、8時間の処理工程を必要とする。これは、わずか3時間で22モノリシックエアロゲルを作るために加熱及び冷却工程をスピードアップすることが可能であるが、8時間の手順を採用した場合、エアロゲルモノリスより一貫したバッチが生じる。プロ?...

シリカエアロゲル材料は、低密度、高表面積および優れた光学特性を有するナノ多孔質構造と組み合わさ低い熱および電気伝導性を有する。 1物質中のこれらの特性の組み合わせは、アプリケーション1の多数のエアロゲルが魅力的です。最近のレビュー記事では、Gurav ら 。科学研究および工業製品の開発2の両方で、詳細にシリカエアロゲル材料の現在および潜在的なアプリケーションについて説明します。例えば、シリカエアロゲルは、燃料用の記憶媒体として、及び断熱用途2の広い配列のため、低誘電率材料において、センサーとして、吸収剤として使用されてきた。 エアロゲルは典型的には二段階のプロセスを用いて製造される。最初のステップは、湿潤ゲルを形成し、加水分解縮合反応を受ける適切な化学前駆体を混合することを含む。シリカゲルを調製するために、加水分解反応は、酸又は塩基触媒の存在下で、この場合、テトラメチル（TMOSに、Si（OCH 3）4）、水及びシリカ含有前駆体の間で起こる。 のSi（OCH 3）4 + H 2 O <img alt="矢印" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51421/arrow.jpg" width="20" />のSi（OCH 3）4-nの（OH）nでnは+ CH 3 OH TMOSは、水に不溶性である。加水分解を容易にするために、この場合のメタノール（MeOH、CH 3 OH）に、他の溶媒を含むように、混合物を攪拌または超音波処理することが必要である。塩基触媒重縮合反応は、その後に加水分解されたシリカ種の間で発生します。 R 3のSiOH + HOSiR 3 <img alt="矢印" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51421/arrow.jpg" width="20" /> R 3のSi-O-のSiR 3 + H 2 O R 3のSiOH + CH 3 </サブ&gt; OSIR 3 <img alt="矢印" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51421/arrow.jpg" width="20" /> R 3のSi-O-のSiR 3 + CH 3 OH 重縮合反応は、細孔が、この場合はメタノールと水は、反応の副生成物、溶媒で充填された多孔質SiO 2固体マトリクスからなる湿潤ゲルの形成をもたらす。固体マトリックスを変更することなく、細孔から溶媒を除去すること：第二のステップは、エアロゲルを形成するために、湿潤ゲルを乾燥することを含む。乾燥工程は、エアロゲルの形成に非常に重要である。正しく脆弱なナノ構造の崩壊を実施し、 図1に概略的に示すようにキセロゲルが形成されない場合。 、超臨界抽出、乾燥及び周囲圧力凍結乾燥：エアロゲルを製造するためのゾル - ゲル材料を乾燥させるための3つの基本的な方法がある。超臨界抽出方法Aその表面張力効果が崩壊するゲルのナノ構造を生じないように、ボイド気液相線と交差する。超臨界抽出法は、高温（250-300℃）との縮合及び加水分解反応が3-7のアルコール溶媒副生成物の直接抽出による圧力で行うことができる。あるいは、交換のセットを実行し、低い臨界温度（〜31℃）を有する液体二酸化炭素とアルコール溶媒を置き​​換えることができる。抽出は、次いで、高圧ではあるが、比較的低温8,9で行うことができる。 10,11が最初に低温で湿潤ゲルを凍結した後、溶媒を気液相線と交差回避再び、蒸気形態に直接昇華することができます乾燥方法をフリーズします。周囲圧力法は、周囲pressuで湿潤ゲルを乾燥することにより、ナノ構造を強化するために表面張力効果またはポリマーを減少させるために界面活性剤を使用して12月16日に再。 ユニオン·カレッジ急速な超臨界抽出（RSCE）プロセスは1段階（エアロゲルの前駆体）の方法17〜19である。この方法は、他の方法で必要と週間ではなく日数よりも、時間以内にモノリシックエアロゲルの製造を可能にする高温の超臨界抽出を使用する。この方法は、限られた金型およびプログラム可能な油圧ホットプレスを利用しています。化学前駆体を混合し、油圧ホットプレスのプラテンの間に配置されている金型に直接注いだ。ホットプレスは、金型を密封する拘束力を閉じて適用するようにプログラムされている。ホットプレスはその後、溶媒の臨界温度以上のT 高温 、（プロセスのプロットについては図2を参照）に指定された速度で金型を加熱する。昇温期間中の化学物質は、ゲル及びゲル強化し、年齢を形成するために反応する。金型が加熱されるように圧力が上昇し、最終的に到達する超臨界圧。システムが平衡しながら、 高い Tに到達すると、ホットキーを押して固定された状態で宿る。次のホットプレス力は、超臨界流体のエスケープはホットエアロゲルを残し、減少している。プレス次いで室温まで金型およびその内容物を冷却する。 （3-8時間を取ることができます）プロセスの最後にEnterキーを押して開き、モノリシックエアロゲルを型から削除されます。 このRSCEの方法は、他のエアロゲルの製造方法に比べて重要な利点を提供しています。それは、典型的には3-8時間の処理時間が続くだけ15〜20分の準備時間を必要とする、高速の（&lt;8時間の合計）としない、非常に労働集約的である。これは、比較的少ない溶媒廃棄物が処理中に生成されることを意味し、溶媒交換を必要としない。 次のセクションでは、前駆体混合物から連合RSCEメソッドを介して円筒状のシリカエアロゲルモノリスのセットを製造するためのプロトコルを含む記述TMOSの、d、メタノール、および加水分解および重縮合反応のための触媒として用いられるアンモニア水（TMOSを有する：メタノール：H 2 O：1.0:12:3.6:3.5×10 -3のNH 3のモル比）。我々は、ユニオンRSCE法を用いる金型と油圧ホットプレスに応じて、様々な異なるサイズおよび形状のエアロゲルを調製するために使用することができることに留意されたい。このRSCE方法は、異なる前駆体のレシピ20からのエアロゲルの他のタイプ（チタニア、アルミナなど ） を調製するために使用されている。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1344">
	<colgroup>
		<col />
		<col span="2" />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Tetramethylorthosilicate&#160; (TMOS)</td>
			<td style="width:252px;">Sigma Aldrich&#160;&#160; www.sigmaaldrich.com</td>
			<td style="width:252px;">218472-500G</td>
			<td style="width:336px;">98% purity, CAS 681-84-5&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Methanol&#160; (MeOH)</td>
			<td style="width:252px;">Fisher Scientific&#160; www.fishersci.com</td>
			<td style="width:252px;">A412-20</td>
			<td style="width:336px;">Certified ACS Reagent Grade, &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Ammonium Hydroxide (aqueous ammonia)</td>
			<td style="width:252px;">Fisher Scientific&#160; www.fishersci.com</td>
			<td style="width:252px;">A669S212</td>
			<td style="width:336px;">Certified ACS Plus, about 14.8N, 28.0-20.0 w/w%</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Deionized Water</td>
			<td style="width:252px;">On tap in house</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td style="width:336px;"></td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Flexible Graphite Sheet</td>
			<td style="width:252px;">Phelps Industrial Products</td>
			<td style="width:252px;">7500.062.3</td>
			<td style="width:336px;">1/16&#34; thick</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:504px;">Stainless Steel Foil</td>
			<td style="width:252px;">Various</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td style="width:336px;">.0005&#34; thick, 304 Stainless Steel</td>
		</tr>
		<tr height="110">
			<td height="110" style="height:111px;width:504px;">High Temperature Mold Release Spray</td>
			<td style="width:252px;">Various&#160; (for example, CRC Industrial Dry PTFE Lube)</td>
			<td style="width:252px;"></td>
			<td style="width:336px;">Should be able to withstand high temperatures.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparing silica aerogel monoliths via a rapid supercritical extraction method

急速な超臨界抽出プロセスを介して、八時間以内でモノリスシリカエアロゲルを製造するための手順が記載されている。プロシージャは、液体前駆体混合物を調製し、油圧ホットプレスのプラテンの間に配置される金型のウェルに注ぎ、ホットプレス内での処理の数時間に続いて、その間に、準備時間の15〜20分を必要とする。メタノール：水：アンモニア前駆体溶液は、テトラメチルの1.0:12.0:3.6:3.5×10 -3モル比（TMOS）で構成されています。金型、多孔質シリカのゾル - ゲルマトリックス形態の各ウェル中。金型とその内容物の温度が上昇するにつれて、金型内の圧力が上昇する。温度/圧力条件は、マトリックスの孔内の溶媒（ここでは、メタノール/水混合物）のための臨界点を超えた後、超臨界流体が放出され、モノリシックエアロゲルは、金型のウェル内に残る。この手順で使用する金型は2.2センチメートル、直径1.9 cmの高さの円筒形のモノリスが生成される。この迅速な方法によって形成されたエアロゲルは、付加的な反応工程又は溶媒抽出（複数の化学廃棄物を生成するより長いプロセス）のいずれかを含む他の方法によって調製されたものに急速に匹敵する特性（低バルクおよび骨格密度、高表面積のメソ多孔性形態）を有する超臨界抽出法は、他の前駆体のレシピに基づいて、エアロゲルの製造に適用することができる。

ここで説明した手順に従うことで、モノリシックシリカエアロゲルの一貫したバッチになります。 図4は 、このプロセスを介して行わ典型的なシリカエアロゲルの画像を示す。各エアロゲルは無収縮による処理モールドで周知の形状およびサイズ​​をとる。画像は、シリカエアロゲルは、半透明であることを示している。 これらのエアロゲルの物性を<stron...

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Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

この記事では、シリカエアロゲルを製造するための迅速な超臨界抽出法を説明しています。閉じ込められた金型と、油圧ホットプレスを利用して、モノリシックエアロゲルは8時間以下で行うことができる。

急速な超臨界抽出方法によるシリカエアロゲルモノリスを準備

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

20.0K ビュー.  Union College. この記事では、シリカエアロゲルを製造するための迅速な超臨界抽出法を説明しています。閉じ込められた金型と、油圧ホットプレスを利用して、モノリシックエアロゲルは8時間以下で行うことができる。 

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Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

マイクロ波支援酸 - 触媒反応によりシリカナノ粒子の調製

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

化学

Preparing Adherent Cells for X-ray Fluorescence Imaging by Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over large or small sample areas. It has been applied in many areas of science, including materials science, geoscience, studying works of cultural heritage, and in chemical biology. In the case of chemical biology, for example, visualizing the metal distributions within cells allows us to study both naturally-occurring metal ions in the cells, as well as exogenously-introduced metals such as drugs and nanoparticles. Due to the fully hydrated nature of nearly all biological samples, cryo-fixation followed by imaging under cryogenic temperature represents the ideal imaging modality currently available. However, under the circumstances that such a combination is not easily accessible or practical, aldehyde based chemical fixation remains useful and sometimes inevitable. This article describes in as much detail as possible in the preparation of adherent mammalian cells by chemical fixation for X-ray fluorescent imaging.

Here, we present a protocol on how to determine the quantity and distribution of metals in a sample using synchrotron X-ray fluorescence. We focus on adherent cells, and describe the chemical fixation method to prepare this sample. We then describe how to mount and image the sample using synchrotron X-rays.

化学固定することによりX線蛍光イメージングのための接着細胞の準備

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over ...

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. Herein, nitrogen is presented as a novel supercritical drying fluid for specialized applications such as in the processing of reactive porous materials, where carbon dioxide and other fluids are not appropriate due to their higher chemical reactivity. Nitrogen exhibits similar physical properties in the near-critical region of its phase diagram as compared to carbon dioxide: a widely tunable density up to ~1 g ml-1, modest critical pressure (3.4 MPa), and small molecular diameter of ~3.6 &#197;. The key to achieving a high solvation power of nitrogen is to apply a processing temperature in the range of 80-150 K, where the density of nitrogen is an order of magnitude higher than at similar pressures near ambient temperature. The detailed solvation properties of nitrogen, and especially its selectivity, across a wide range of common target species of extraction still require further investigation. Herein we describe a protocol for the supercritical nitrogen processing of porous magnesium borohydride.

Nitrogen is an effective supercritical fluid for extraction or drying processes due to its small molecular size, high density in the near-liquid supercritical regime, and chemical inertness. We present a supercritical nitrogen drying protocol for the purification treatment of reactive, porous materials.

反応性多孔質材料を精製するための超臨界窒素処理

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where interfacial tension is a dominant force. A variety of methods exist for controlling the interfacial tension of aqueous and organic liquids on this scale; however, these techniques have limited utility for liquid metals due to their large interfacial tension.
Liquid metals can form soft, stretchable, and shape-reconfigurable components in electronic and electromagnetic devices. Although it is possible to manipulate these fluids via mechanical methods (e.g., pumping), electrical methods are easier to miniaturize, control, and implement. However, most electrical techniques have their own constraints: electrowetting-on-dielectric requires large (kV) potentials for modest actuation, electrocapillarity can affect relatively small changes in the interfacial tension, and continuous electrowetting is limited to plugs of the liquid metal in capillaries.
Here, we present a method for actuating gallium and gallium-based liquid metal alloys via an electrochemical surface reaction. Controlling the electrochemical potential on the surface of the liquid metal in electrolyte rapidly and reversibly changes the interfacial tension by over two orders of magnitude ( &#820;500 mN/m to near zero). Furthermore, this method requires only a very modest potential (&#60; 1 V) applied relative to a counter electrode. The resulting change in tension is due primarily to the electrochemical deposition of a surface oxide layer, which acts as a surfactant; removal of the oxide increases the interfacial tension, and vice versa. This technique can be applied in a wide variety of electrolytes and is independent of the substrate on which it rests.

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

表面酸化と還元を経て液体金属の表面張力を操作する方法

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography (HPLC)

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil quality, food flavoring, and human health. The biological activity of glucosinolates is released upon tissue damage, when they are mixed with the enzyme myrosinase. This results in the formation of pungent and toxic breakdown products, such as isothiocyanates and nitriles. Currently, more than 130 structurally different glucosinolates have been identified. The chemical structure of the glucosinolate is an important determinant of the product that is formed, which in turn determines its biological activity. The latter may range from detrimental (e.g., progoitrin) to beneficial (e.g., glucoraphanin). Each glucosinolate-containing plant species has its own specific glucosinolate profile. For this reason, it is important to correctly identify and reliably quantify the different glucosinolates present in brassicaceous leaf, seed, and root crops or, for ecological studies, in their wild relatives. Here, we present a well-validated, targeted, and robust method to analyze glucosinolate profiles in a wide range of plant species and plant organs. Intact glucosinolates are extracted from ground plant materials with a methanol-water mixture at high temperatures to disable myrosinase activity. Thereafter, the resulting extract is brought onto an ion-exchange column for purification. After sulfatase treatment, the desulfoglucosinolates are eluted with water and the eluate is freeze-dried. The residue is taken up in an exact volume of water, which is analyzed by high-pressure liquid chromatography (HPLC) with a photodiode array (PDA) or ultraviolet (UV) detector. Detection and quantification are achieved by conducting comparisons of the retention times and UV spectra of commercial reference standards. The concentrations are calculated based on a sinigrin reference curve and well-established response factors. The advantages and disadvantages of this straightforward method, when compared to faster and more technologically advanced methods, are discussed here.

A Straightforward Method for Glucosinolate Extraction and Analysis with High-pressure Liquid Chromatography HPLC

Here, we describe in great detail an established and robust protocol for the extraction of glucosinolates from ground plant materials. After an on-column sulfatase treatment of the extracts, the desulfoglucosinolates are eluted and analyzed by high-pressure liquid chromatography.

高圧液体クロマトグラフィー（HPLC）とグルコシノレートの抽出および分析のための簡単な方法

Glucosinolates are a well-studied and highly diverse class of natural plant compounds. They play important roles in plant resistance, rapeseed oil ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and related diseases, but their precise measurement is still a challenge. Many protocols have been described for neurotransmitter measurement by a variety of instruments, including high-pressure liquid chromatography (HPLC). However, there are shortcomings, such as complicated operation or hard-to-detect multiple targets, which cannot be avoided, and presently, the dominant analysis technique is still HPLC coupled with sensitive electrochemical or fluorimetric detection, due to its high sensitivity and good selectivity. Here, a detailed protocol is described for the pretreatment and detection of catecholamines with high pressure liquid chromatography with electrochemical detection (HPLC-ECD) in real urine samples of infants, using electrospun composite nanofibers composed of polymeric crown ether with polystyrene as adsorbent, also known as the packed-fiber solid phase extraction (PFSPE) method. We show how urine samples can be easily precleaned by a nanofiber-packed solid phase column, and how the analytes in the sample can be rapidly enriched, desorbed, and detected on an ECD system. PFSPE greatly simplifies the pretreatment procedures for biological samples, allowing for decreased time, expense, and reduction of the loss of targets. 
Overall, this work illustrates a simple and convenient protocol for solid-phase extraction coupled to an HPLC-ECD system for simultaneous determination of three monoamine neurotransmitters (norepinephrine (NE), epinephrine (E), dopamine (DA)) and two of their metabolites (3-methoxy-4-hydroxyphenylglycol (MHPG) and 3,4-dihydroxy-phenylacetic acid (DOPAC)) in infants' urine. The established protocol was applied to assess the differences of urinary catecholamines and their metabolites between high-risk infants with perinatal brain damage and healthy controls. Comparative analysis revealed a significant difference in urinary MHPG between the two groups, indicating that the catecholamine metabolites may be an important candidate marker for early diagnosis of cases at risk for brain damage in infants.

We present a convenient solid-phase extraction coupled to high-pressure liquid chromatography (HPLC) with electrochemical detection (ECD) for simultaneous determination of three monoamine neurotransmitters and two of their metabolites in infants' urine. We also identify the metabolite MHPG as a potential biomarker for the early diagnosis of brain damage for infants.

抽出と神経伝達物質カテコールアミン及びその代謝物の高速液体クロマトグラフィーによる分析のための便利な方法

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

急速な超臨界抽出法によって作製した触媒のエアロゲルの作製と試験

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Preparation of Functional Silica Using a Bioinspired Method

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally purify the same by acid elution. By combining sodium silicate with a polyfunctional bioinspired additive, silica is rapidly formed at ambient conditions upon neutralization. 
The effect of neutralization rate and biomolecule addition point on silica yield are investigated, and biomolecule immobilization efficiency is reported for varying addition point. In contrast to other porous silica synthesis methods, it is shown that the mild conditions required for bioinspired silica synthesis are fully compatible with the encapsulation of delicate biomolecules. Additionally, mild conditions are used across all synthesis and modification steps, making bioinspired silica a promising target for the scale-up and commercialization as both a bare material and active support medium.
The synthesis is shown to be highly sensitive to conditions, i.e., the neutralization rate and final synthesis pH, however tight control over these parameters is demonstrated through the use of auto titration methods, leading to high reproducibility in reaction progression pathway and yield. 
Therefore, bioinspired silica is an excellent active material support choice, showing versatility towards many current applications, not limited to those demonstrated here, and potency in future applications.

Here, we present a protocol to synthesize bioinspired silica materials and immobilize enzymes therein. Silica is synthesized by combining sodium silicate and an amine &#39;additive&#39;, which neutralize at a controlled rate. Material properties and function can be altered either by in situ enzyme immobilization or post-synthetic acid elution of encapsulated additives.

バイオインスパイアード法を用いた機能性シリカの作製

The goal of the protocols described herein is to synthesize bioinspired silica materials, perform enzyme encapsulation therein, and partially or totally ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Imine Metathesis by Silica-Supported Catalysts Using the Methodology of Surface Organometallic Chemistry

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared according to the methodology developed by surface organometallic chemistry (SOMC). In this framework, catalytic cycles can be determined by isolating crucial intermediates. All air-sensitive materials are handled under inert atmosphere (using gloveboxes or a Schlenk line) or high vacuum lines (HVLs, &#60;10-5 mbar). The preparation of SiO2-700 (silica dehydroxylated at 700 &#176;C) and subsequent applications (the grafting of complexes and catalytic runs) requires the use of HVLs and double-Schlenk techniques. Several well-known characterization methods are used, such as Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental microanalysis, solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (SSNMR), and state-of-the-art dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy (DNP-SENS). FTIR and elemental microanalysis permit scientists to establish the grafting and its stoichiometry. 1H and 13C SSNMR allows the structural determination of the hydrocarbon ligands coordination sphere. DNP SENS is an emerging powerful technique in solid characterization for the detection of poorly sensitive nuclei (15N, in our case). SiO2-700 is treated with about one equivalent of the metal precursor compared to the amount of surface silanol (0.30 mmol&#183;g-1) in pentane at room temperature. Then, volatiles are removed, and the powder samples are dried under dynamic high vacuum to afford the desired materials [(&#8801;Si-O-)Hf(&#951;2&#960;-MeNCH2)(&#951;1-NMe2)(&#951;1-HNMe2)]. After a thermal treatment under high vacuum, the grafted complex is converted into metal imido silica complex [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)]. [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] effectively promotes the metathesis of imines, using the combination of two imine substrates, N-(4-phenylbenzylidene)benzylamine, or N-(4-fluorobenzylidene)-4-fluoroaniline, with N-benzylidenetert-butylamine as substrates. A significantly lower conversion is observed with the blank runs; thus, the presence of the imido group in [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is correlated to the catalytic performance.

A new group IV metal catalyst for imine metathesis is prepared by grafting amine metal complex onto dehydroxylated silica. Surface metal fragments are characterized using FT-IR, elemental microanalysis, and solid-state NMR spectroscopy. Further dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy experiments complement the determination of the coordination sphere.

表面有機金属化学の方法論を用いてシリカ支持触媒によるイミンメタセシス

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared ...