Name: exfoliation of egyptian blue and han blue, two alkali earth copper silicate-based pigments
Uploaded: 2014-04-24T15:30:00
Duration: 12 min 4 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments at JoVE.com

Vi takker Prof. Mark Abbe (UGA) varetagelse af NIR imaging udstyr og Dr. Rasik Raythatha (Solvay Præstationer Chemicals) for bariumcarbonat, der anvendes i dette arbejde. Vi anerkender den indsats Esajas Norris (UGA bachelor) og Terra Blevins (North Oconee High School), som hjalp teste de syntetiske metoder.

1.. Udarbejdelse af CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Smelt Flux Syntese af CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Afvej CaCO 3, SiO2, og Cu ​​2 CO 3 (OH) 2 i et 2:08:01 molforhold: 0,1331 g (1,330 mmol) af CaCO 3, 0,3196 g (5,319 mmol) SiO2, 0,1470 g ( 0,6648 mmol) Cu 2 CO 3 (OH) 2. Desuden afvejes flux komponenter (12,5% efter vægt):. 0,0375 g Na 2 CO 3, 0,0125 g NaCl og 0,0250 g Na 2 B 4 O 7 10H 2 O. Føj disse materialer til en ren agat morter. </li><li> Hånd grind for ~ 5 min med en agat pistil indtil blandingen bliver en homogen lysegrønt pulver (figur 1a og 2a). Overfør denne blanding til en ren, tør platindigel. </li><li> Opvarm diglen i en ovn til 875 ° C (rampe på 2 ° C / min), holdved 875 ° C i 16 timer, og derefter køle ned til stuetemperatur (på 0,8 ° C / min.) </li><li> Fjern krystallerne fra smeltediglen og forsigtigt knuse dem ved hjælp af pistil. </li><li> Tillad krystallerne i blød i 50 ml 1 M vandig HCI natten over for at fjerne smelte flux. </li><li> Filtreres krystallerne og vaskes med deioniseret vand til fuldt ud at fjerne eventuelle resterende smelte flux. Bemærk: Dette materiale skal slibes ind i en finere pulver til pulver-røntgendiffraktion (PXRD) analyse (figur 5). Det kan også være kendetegnet ved optisk mikroskopi (figur 3), scanning elektronmikroskopi (SEM) (figur 4), og NIR fotografering (figur 8). </li></ol></li><li> Solid State Syntese af CaCuSi 4 O 10 <ol><li> SiO 2 0,1331 g (1,330 mmol) af CaCO 3, 0,3196 g (5,319 mmol) og 0,1058 g CuO (1.330 mmol) afvejes CaCO 3, SiO2, og CuO i et 1:04:01 molforholdog tilføje til en ren agat morter. </li><li> Fugt pulverblanding med 1-2 ml acetone og hånd grind med en agat pistil for ~ 5 min. Overfør det resulterende lysegrå pulver (figur 1b og 2b) i en platindigel. </li><li> Opvarm diglen i en kasse ovn til 1.020 ° C ved en rampe på 5 ° C / min, hold i 16 timer, og derefter køle ned til stuetemperatur </li><li> Skrabe løs, lys blå-grå pulver ved hjælp af en polytetrafluorethylen (PTFE) spatel. Bemærk: Produktet kan karakteriseres ved optisk mikroskopi (figur 3), SEM (figur 4), PXRD (figur 5), og NIR fotografering (figur 8). </li></ol></li></ol> 2.. Syntese af BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Smelt Flux Syntese af BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Afvejes Baco 3, SiO 2, og CuO i en 01:04:01 molforholdet:0,2085 g baco 3 (1,057 mmol), 0,2539 g SiO2 (4,226 mmol) og 0,0840 g CuO (1.056 mmol). Desuden afvejes flux komponent (12,5% efter vægt): 0,0765 g PbO. Føj disse materialer til en ren agat morter. </li><li> Hånd grind for ~ 5 min med en agat pistil indtil blandingen bliver en homogen lysegrå pulver (figur 1c og 2c). Overfør denne blanding til en ren, tør platindigel. </li><li> Opvarm derefter i en ovn til 950 ° C (stigningshastighed på 2 ° C / min), hold ved 950 ° C i 24 timer, derefter langsomt afkøle til 700 ° C (på 0,1 ° C / min), og endelig afkøle til stuetemperatur. </li><li> Fjern krystallerne fra smeltediglen og forsigtigt knuse dem ved hjælp af pistil. </li><li> Tillad krystallerne i blød i 50 ml 1 M vandig HNO 3 natten over for at fjerne smelte flux. </li><li> Filtreres krystallerne og vaskes med deioniseret vand til fuldt ud at fjerne den resterende del af smelten flux. Bemærk: Denne materiale bør formales til et finere pulver til PXRD-analyse (figur 6). Det kan også være kendetegnet ved optisk mikroskopi (figur 3) og NIR fotografering (figur 8). </li></ol></li><li> Solid State Syntese af BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Afvejes Baco 3, SiO 2, og CuO i en 01:04:01 molforholdet: 0,2085 g baco 3 (1.057 mmol), 0,2539 g SiO2 (4,226 mmol), og 0,0840 g CuO (1,056 mmol) og tilføje til en ren agatmorter. </li><li> Fugt pulverblanding med 1-2 ml acetone og hånd grind med en agat pistil for ~ 5 min. Overfør det resulterende lysegrå pulver (figur 1D og 2D) i en platindigel. </li><li> Opvarm diglen i en kasse ovn til 960 ° C ved en rampe på 5 ° C / min og hold i 16 timer, afkøles til stuetemperatur. </li><li> Skrabe løs blå pulver ved hjælp af en polytetrafluorethylen (PTFE) spatel. Bemærk:Produktet kan karakteriseres ved optisk mikroskopi (figur 3), PXRD (figur 6), og NIR fotografering (figur 8). </li></ol></li></ol> 3.. Eksfoliering af CaCuSi 4 O 10 <ol><li> Opkræve en 50 ml rundbundet kolbe med 0,50 g CaCuSi 4 O 10, 40 ml deioniseret vand, og et glas-belagt magnetisk omrørerstav. </li><li> Vedhæft en vandkølet kondensator til kolben. Reaktionsblandingen opvarmes til 85 ° C med magnetisk omrøring ved 400 rpm i to uger. </li><li> Fjern fra varmekilden, lad opløsningen at bosætte uforstyrret natten over, og derefter filtrere supernatanten gennem et 0,4 um membranfilter. Vakuum tørre faste stoffer. Bemærk: Produktet er en lys blå pulver, der kan karakteriseres ved optisk mikroskopi (figur 3), PXRD (figur 5), transmissionselektronmikroskopi (TEM) (fig. 7), og NIR fotografering (FigURE 8). </li></ol> 4.. Eksfoliering af BaCuSi 4 O 10 <ol><li> Opkræve et 50 ml centrifugerør af plastic med 0,14 g BaCuSi 4 O 10 og 20 ml N-vinylpyrrolidon. </li><li> Med centrifugeglasset nedsænket i et is / vandbad, sonikeres med en sonde ultralydsapparat ved 40% amplitude (17 W) i 1 time. </li><li> Lad dispersionen settle uforstyrret natten over og derefter dekanter supernatanten til en ny centrifugerør. </li><li> Spin ned på 10.286 xg ved hjælp af en centrifuge. Supernatanten dekanteres fra, forlader nanosheets på bunden af ​​centrifugeglasset. </li><li> Resuspender dette materiale i 20 ml vand med et par minutter af lydbehandling i et bad. For at isolere et pulver, filtreres gennem et 0,4 um membranfilter og vakuum tørre faste stoffer. Bemærk: Produktet er en lys blå pulver, der kan karakteriseres ved optisk mikroskopi (figur 3), PXRD (figur 6), TEM (figur 7 </sTrong&gt;) og NIR fotografering (figur 8). </li></ol> 5.. Blækpræparat <ol><li> Sprede ~ 0,10 g CaCuSi 4 O 10 nanosheets i 5 ml deioniseret vand ved hjælp af bad lydbehandling i ~ 10 min. Bemærk: Dette blæk (figur 9) kan anvendes til maling, trykning osv. Se figur 10 for et repræsentativt eksempel, hvor blækket blev påført på papiret med en pensel. </li></ol> 6.. Near Infrared Fotografisk Imaging <ol><li> Bestråle prøverne ved hjælp af rødt lys (fx med en rød lysdiode array), idet man eliminere alle andre lyskilder. </li><li> Fotografi ved hjælp af et kamera modificeret til billedet i det nærinfrarøde område. Brug f-stop indstilling f/22 og en eksponeringstid på 0,5 sek. </li></ol>

<ol>
	<li>Berke, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Invention+of+Blue+and+Purple+Pigments+in+Ancient+Times.">The Invention of Blue and Purple Pigments in Ancient Times.</a> Chem. Soc. Rev. 36, 15-30 (2007).</li><li>Hazen, R. M., Burnham, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Crystal+Structure+of+Gillespite+I+and+II:+A+Structure+Determination+at+High+Pressure.">The Crystal Structure of Gillespite I and II: A Structure Determination at High Pressure.</a> Am. Min. 59, 1166-1176 (1974).</li><li>Miletich, R., Allan, D. R., Angel, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Synthetic Cr2+ Silicates BaCrSi4O10 and SrCrSi4O10: The Missing Links in the Gillespite-Type ABSi4O10. 82, 697-707 (1997).</li><li>Pabst, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structures+of+Some+Tetragonal+Sheet+Silicates.">Structures of Some Tetragonal Sheet Silicates.</a> Acta Cryst. 12, 733-739 (1959).</li><li>Chakoumakos, B. C., Fernandez-Baca, J. A., Boatner, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refinement+of+the+Structures+of+the+Layer+Silicates+MCuSi4O10+(M+=+Ca,+Sr,+Ba)+by+Rietveld+Analysis+of+Neutron+Powder+Diffraction+Data.+.">Refinement of the Structures of the Layer Silicates MCuSi4O10 (M = Ca, Sr, Ba) by Rietveld Analysis of Neutron Powder Diffraction Data. .</a> J. Solid State Chem. 103, 105-113 (1993).</li><li>Hughes, E. M., Pack, M. J., Dann, S. E., Weller, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+Structural+Characterisation+of+Alkaline+Earth+Sheet+Silicates+Containing+Copper+by+Powder+Neutron+Diffraction,+EXAFS+and+UV-Visible+Spectroscopy.">Preparation and Structural Characterisation of Alkaline Earth Sheet Silicates Containing Copper by Powder Neutron Diffraction, EXAFS and UV-Visible Spectroscopy.</a> Anales de Quimica Int Ed. 93, 233-236 (1997).</li><li>Accorsi, G., 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=The+Exceptional+Near-Infrared+Luminescence+Properties+of+Cuprorivaite.">The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite.</a> Egyptian Blue). Chem. Comm. , 3392-3394 (2009).</li><li>Verri, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Spatially+Resolved+Characterization+of+Egyptian+Blue,+Han+Blue+and+Han+Purple+by+Photo-Induced+Luminescence+Digital+Imaging.">The Spatially Resolved Characterization of Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple by Photo-Induced Luminescence Digital Imaging.</a> Anal. Bioanal. Chem. 394, 1011-1021 (2009).</li><li>Jose, S., Reddy, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lanthanum-Strontium+Copper+Silicates+as+Intense+Blue+Inorganic+Pigments+with+High+Near-Infrared+Reflectance.">Lanthanum-Strontium Copper Silicates as Intense Blue Inorganic Pigments with High Near-Infrared Reflectance.</a> Dyes Pigm. 98, 540-546 (2013).</li><li>Zhuang, Y., Tanabe, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+and+Back+Energy+Transfer+Between+Cu2++and+Yb3++in+Ca1-xCuSi4O10:Ybx+Crystals.">Forward and Back Energy Transfer Between Cu2+ and Yb3+ in Ca1-xCuSi4O10:Ybx Crystals.</a> J. Appl. Phys. 112, (2012).</li><li>Borisov, S. M., W&#252;rth, C., Resch-Genger, U., Klimant, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Life+of+Ancient+Pigments:+Application+in+High-Performance+Optical+Sensing+Materials.">New Life of Ancient Pigments: Application in High-Performance Optical Sensing Materials.</a> Anal. Chem. 85, 9371-9377 (2013).</li><li>Johnson-McDaniel, D., Barrett, C. A., Sharafi, A., Salguero, T. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscience+of+an+Ancient+Pigment.">Nanoscience of an Ancient Pigment.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 1677-1679 (2013).</li><li>Laurie, A. P., McLintock, W. F. P., Miles, F. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Egyptian+Blue.">Egyptian Blue.</a> Proc R Soc London A. 89, 418-429 (1914).</li><li>Chase, W. T., Brill, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Egyptian+Blue+as+a+Pigment+and+Ceramic+Material.">Egyptian Blue as a Pigment and Ceramic Material.</a> Science in Archaeology. , 80-90 (1971).</li><li>Tite, M. S., Bimson, M., Cowell, M. R., Lambert, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+11:+Technological+Examination+of+Egyptian+Blue.">Chapter 11: Technological Examination of Egyptian Blue.</a> Archaeological Chemistry III, Advances in Chemistry Series. 205, 215-242 (1984).</li><li>Ullrich, D., Delamare, F., Hackens, T., Helly, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Egyptian+Blue+and+Green+Frit:+Characterization,+History+and+Occurrence,+Synthesis.">Egyptian Blue and Green Frit: Characterization, History and Occurrence, Synthesis.</a> Datation-Charact&#233;risation des Peintures Pari&#233;tales et Murales. 17, 323-332 (1987).</li><li>Riederer, J., Fitzhugh, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+1:+Egyptian+Blue.">Chapter 1: Egyptian Blue.</a> Artist' Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. 3, 23-45 (1997).</li><li>Delamare, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sur+les+Processus+Physiques+Intervenant+Lors+de+la+Synth&#232;se+du+Bleu+&#201;gyptien:+R&#233;flexion+&#224;+Propos+de+la+Composition+de+Pigments+Bleus+Gallo-Romains.">Sur les Processus Physiques Intervenant Lors de la Synth&#232;se du Bleu &#201;gyptien: R&#233;flexion &#224; Propos de la Composition de Pigments Bleus Gallo-Romains.</a> Revue d'Arch&#233;om&#233;trie. 21, 103-119 (1997).</li><li>Canti, M. G., Heathcote, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+Egyptian+Blue+(Synthetic+Cuprorivaite)+from+Sediments+at+Two+Archaeological+Sites+in+West+Central.">Microscopic Egyptian Blue (Synthetic Cuprorivaite) from Sediments at Two Archaeological Sites in West Central.</a> 29, 831-836 (2002).</li><li>Pradell, T., Salvado, N., Hatton, G. D., Tite, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+Processes+Involved+in+Production+of+the+Ancient+Pigment,+Egyptian+Blue.">Physical Processes Involved in Production of the Ancient Pigment, Egyptian Blue.</a> J. Am. Ceram. Soc. 89, 1426-1431 (2006).</li><li>Warner, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Synthesis, Properties and Mineralogy of Important Inorganic Materials. , 26-47 (2011).</li><li>Lin, H. C., Liao, F. L., Wang, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+BaCuSi4O10.">Structure of BaCuSi4O10.</a> Acta Cryst. 48, 1297-1299 (1992).</li><li>Janczak, J., Kubiak, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refinement+of+the+Structure+of+Barium+Copper+Silicate+BaCu[Si4O10]+at+300.">Refinement of the Structure of Barium Copper Silicate BaCu[Si4O10] at 300.</a> K. Acta Cryst. 48, 1299-1301 (1992).</li><li>Wiedemann, H. G., Bayer, G., Agnew, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+Stability+of+Chinese+Barium+Copper-Silicate+Pigments.">Formation and Stability of Chinese Barium Copper-Silicate Pigments.</a> Conservation of Ancient Sites on the Silk Road: Proceedings of an International Conference on the Conservation of Grotto. , 379-387 (1997).</li><li>Berke, H., Wiedemann, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Chemistry+and+Fabrication+of+the+Anthropogenic+Pigments+Chinese+Blue+and+Purple+in+Ancient+China.">The Chemistry and Fabrication of the Anthropogenic Pigments Chinese Blue and Purple in Ancient China.</a> East Asian Science, Technology, and Medicine. 17, 94-120 (2000).</li></ol>

Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser.

Udarbejdelsen af egyptisk blå pigment, en blanding af det meste CaCuSi 4 O 10 og SiO 2, er en velundersøgte proces 4,13-21. De mange rapporterede procedurer kan kategoriseres som enten smelte flux eller solid-state reaktioner. To store fordele ved smelte flux tilgang er, at den tillader lavere reaktionstemperaturer (&lt;900 ° C) og tillader CaCuSi 4 O 10 krystaller til at nucleate og vokse fra et smeltet glas fase 20. Fluxen komponent er typisk et alkalisalt (fx Na 2 CO 3) eller borat-forbindelse (f.eks borax). Til sammenligning solid-state synteser udelade flux, men kræver højere temperaturer (~ 1000 ° C) i reaktionen mellem Ca, CuO og SiO 2 kilder for at nå afslutning. Selv syntesen af Han blåt pigment ikke er så godt undersøgt som for egyptisk blå 4,22-25, udarbejdelse af BaCuSi 4 O 10 følger lignende smelte flux og solid state-ruter med to forskelle: (1) en PbO flux bør anvendes, og (2) reaktionstemperaturerne højere grad skal styres på grund af alternative Ba-Cu-Si-O-faser som kan danne (fx BaCuSi 2 O 6). Disse punkter er illustreret ved de detaljerede procedurer og resultater, der er beskrevet i dette dokument. Først for alle metoder udgangsmaterialerne bør formales til en glat pulver (figur 1a-d) bestående af 5-20 um partikler (karakteriseret ved SEM, figur 2a-d). Dernæst brug af en betydelig mængde af flux (12,5% efter vægt) i udarbejdelsen af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 fører til stærkt krystallinske produkter, der er karakteriseret ved intens blå farve (3a og 3c), relativt store partikelstørrelser (figur 4a </strong&gt;), Og stærke PXRD mønstre (5a og 6a). De formindskede isolerede udbytter (~ 70%) fra disse præparater er forårsaget af friktion af de smeltede reaktionsblandinger til smeltediglen. Til sammenligning CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 udarbejdet af solid state-ruten udviser mindre intens farve (figur 3b og 3d) og mindre partikelstørrelser (figur 4b). Som syntetiseret, disse produkter er pulvere, kan isoleres i nær-kvantitative udbytter. Således både CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10, fordelene ved flux og betydningen af reaktionstemperatur kan ikke overvurderes. Bemærkelsesværdigt, eksfoliering af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 sker under simple vandige forhold. I tilfælde af CaCuSi 4 O 10, denne reaktion er ganske langsomt ved stuetemperaturtemperatur (≥ 6 uger for at se nogen mærkbar exfoliation), men det bliver syntetisk nyttigt ved 80 ° C (væsentlig delaminering efter 2 uger). Til sammenligning eksfoliering af BaCuSi 4 O 10 er træg, selv ved 80 ° C, og så anvender vi en endnu større energitilførsel i form af ultralydsbehandling. Disse reaktioner er meget pålidelige med to forbehold. For CaCuSi 4 O 10, er det vigtigt at anvende et glas-overtrukket rørestang; hvis en standard PTFE-belagt omrørerstang bruges, finder vi, at PTFE biprodukter forurene CaCuSi 4 O 10 nanosheet produkt. For BaCuSi 4 O 10, er det vigtigt at styre ultralydbehandling kraft og tid, således at reaktionen er standset, før nanosheets bliver nedbrudt. Transmissionselektronmikroskopi (TEM) af nanosheet produkter, viser, at disse meget tynde materialer har laterale dimensioner fra hundreder nanometer til flere micRons. Generelt er disse sidedimensioner korrelerer med krystallitstørrelse af den tredimensionale udgangsmateriale. I tidligere arbejde, atomic force mikroskopi forudsat topografisk kortlægning, der viste de single-layer tykkelser (~ 1,2 nm) af disse nanosheets 12. Fotografier af pulver CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 nanosheet prøver (figur 3e-H) viser, at deres farve er mindre intens end de udgangsmaterialer, et direkte resultat af nanostrukturering. Yderligere oplysninger findes ved PXRD (figur 5 og 6), som afslører basal spaltning langs (001) planet og foretrukne orientering langs {00 l} serie for alle nanosheet prøver. Disse funktioner afspejler den stablede tilpasning af disse meget anisotrope nanomaterialer, når drop-støbt på et substrat. Desuden den karakteristiske NIR emission af CaCuSi 4 O 10 på ~ 910 nm og BaCuSi 4 O 10 på ~ 950 nm er illustreret i et NIR fotografi af alle otte prøver (figur 8). Opløsningen behandling af CaCuSi 4 O 10 kan opnås ved blot at fremstille en kolloid dispersion af CaCuSi 4 O 10 nanosheets (figur 9) til anvendelse som blæk. Dette blæk kan derefter påføres på et substrat via spin-coating, spray coating, ink-jet print 12, eller blot børste (fig. 10). Vigtigere er de NIR emission egenskaber CaCuSi 4 O 10 fastholdes på alle stadier i denne proces. Disse nye muligheder fremhæve kontrasten mellem CaCuSi 4 O 10 nanosheets og den traditionelle brug af egyptisk blå pigment, en yderst kornet materiale, der er udfordrende at indarbejde en glat maling.

Levende farver blev værdsat i hele den antikke verden. Selv i dag, kan vi stadig se resterne af pigmenter og farvestoffer skabt af alle større kultur. Bemærkelsesværdigt, to af de mest berømte syntetiske blå pigmenter deler en lignende kemisk sammensætning og struktur, på trods af at have været udviklet på vidt forskellige tidspunkter og steder. De farvede komponenter i både egyptisk blå, CaCuSi 4 O 10, og Han blå, BaCuSi 4 O 10, tilhører den alkaliske jordarters kobber tetrasilicate serien, ACuSi 4 O 10 (A = Ca, Sr, Ba) 1, samt større gillespite gruppe, absi 4 O 10 (B = Fe, Cu, Cr) 2,3. Ud over de traditionelle pigment applikationer aktuel videnskabelig interesse i disse materialer er centreret om deres stærke nær infrarød (NIR) emission egenskaber. Denne emission stammer fra Cu 2 + i firkantede plane samordning; disse ioner er forbundet ved tetraedrel silikat dele i den tredimensionale krystalstruktur, og de ​​resulterende lag skiftevis med alkaliske jordarters ioner 4-6. De seneste tekniske højdepunkter inkluderer NIR imaging at identificere egyptiske og Han blå pigmenter på kulturarv artefakter 7,8, lanthanide doping af ACuSi 4 O 10 at øge NIR refleksionsegenskaber og åbne nye energioverførsel pathways 9,10, brugen af ACuSi 4 O 10 som det aktive materiale til optiske sensorer 11, og eksfoliering af CaCuSi 4 O 10 i monolag nanosheets 12. Navnlig det sidste eksempel giver en måde at nanostruktur CaCuSi 4 O 10, så at den kan håndteres som en kolloid dispersion snarere end som et partikelformigt fast stof 12. Fordi kolloide dispersioner er kompatible med løsning-teknik (fx spin-coating, ink-jet print, lag-for-lag depositiontion), dette fremskridt åbner nye anvendelsesområder, der spænder fra sikkerhed blæk til biomedicinsk billeddannelse. De eksperimentelle protokoller illustreret i dette bidrag vil sætte forskere fra forskellige baggrunde til at forberede, karakterisere og bruge CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 nanosheets i deres arbejde.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1124px;" width="1124">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:161px;">Supplier</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:527px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Sodium carbonate (Na2CO3)</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S7795</td>
			<td>bioXtra, &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Calcium carbonate (CaCO3)</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">C4830</td>
			<td>bioXtra, &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;">Barium carbonate (BaCO3)</td>
			<td style="width:161px;">Solvay Performance Chemicals</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Research sample: Electronic-grade purity, nanocrystalline</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Copper (II) carbonate basic (Cu2CO3(OH)2)&#160;&#160;</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">207896</td>
			<td>Reagent grade</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Copper (II) oxide (CuO)&#160;</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">450812</td>
			<td>99.99 % trace metals base</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Silicon dioxide (SiO2)</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S5631</td>
			<td>~99 %, particle size 0.5-10 &#956;m (approx. 80% between 1-5 &#956;m)</td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;">Sodium tetraborate decahydrate (Na4B4O7.10H2O)</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S9640</td>
			<td>ACS &#8805; 99.5 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Sodium chloride (NaCl)&#160;</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">S9888</td>
			<td>ACS &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Lead (II) oxide (PbO)&#160;</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">402982</td>
			<td>ACS &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">N-Vinylpyrrolidinone (C6H9NO)</td>
			<td style="width:161px;">Sigma Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">V3409</td>
			<td>contains sodium hydroxide as inhibitor, ACS &#8805; 99.0 %</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Box Furnace</td>
			<td style="width:161px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Box Furnace</td>
			<td style="width:161px;">Carbolite</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Bath Sonicator</td>
			<td style="width:161px;">Branson</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Ultrasonicator</td>
			<td style="width:161px;">Qsonica</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Q700 Sonicator</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:317px;">Camera</td>
			<td style="width:161px;">custom modification of Nikon D3000 camera</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Xnite Nikon D3000 camera with a Nikkor 18-200 mm lens and a Xnite 830 filter&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Light Source</td>
			<td style="width:161px;">Excled Ltd.</td>
			<td style="width:119px;">PAR64</td>
			<td>LED Colour Beamer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Light Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>mz6 Stereomicroscope with Spot Idea camera and Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Powder X-Ray Diffractometer</td>
			<td>Bruker&#160;</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>D8-Advance diffractometer (Co-K&#945; radiation source)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Transmission Electron Microscope</td>
			<td>FEI Technai</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Scanning Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:317px;">Membrane filters</td>
			<td style="width:161px;">Millipore</td>
			<td style="width:119px;">HTTP04700</td>
			<td>Isopore Membrane filter with 0.4 &#181;m pore size</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

exfoliation of egyptian blue and han blue, two alkali earth copper silicate-based pigments

I et visualiseret eksempel på den antikke fortid forbinder med moderne tider, beskriver vi forberedelsen og eksfoliering af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10, de farvede bestanddele af de historiske egyptiske blå og Han blå pigmenter. Hovedparten former af disse materialer er syntetiseret af både smelte flux og solid state-ruter, som giver en vis kontrol over krystallitstørrelse af produktet. Smelten flux proces er tidskrævende, men det producerer relativt store krystaller ved lavere reaktionstemperaturer. I sammenligning solid state metode er hurtigere og alligevel kræver højere reaktionstemperaturer og giver mindre krystallitter. Efter omrøring i varmt vand, CaCuSi 4 O 10 spontant exfolierer i monolag nanosheets, der er kendetegnet ved TEM og PXRD. BaCuSi 4 O 10 på den anden side kræver ultralydbehandling i organiske opløsningsmidler for at opnå eksfoliering. Nær infrarød billeddannelse illustrererat både bulk og nanosheet former af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 er stærke nærinfrarøde udledere. Vandig CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 nanosheet dispersioner er nyttige, fordi de giver en ny måde at håndtere, karakterisere, og bearbejde disse materialer i kolloid form.

De beskrevne synteser af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 giver cirka 0,5 g produkt pr parti. Isolerede udbytter af CaCuSi 4 O 10 fra smelte flux og solid state-synteser typisk fra 70-75% og 90-95%, hhv. For BaCuSi 4 O 10, den isolerede udbytter fra smelte flux og solid state-synteser typisk fra 65-70% og 95-99%, hhv. Teksturer af alle de fremstillede materialer, samt forskelle i intensiteten af deres blå farve på grund af varierende crystallite størrelser, er synlige ved lav forstørrelse optisk mikroskopi (figur 3a-h). Scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder bekræfter, at solid-state fremgangsmåde til syntese af CaCuSi 4 O 10 frembringer ~ 1-15 um primære krystallitter (figur 4b), mens smelte flux forhold fører til ~ 5-50 um kry<html> allites (figur 4A). Pulver røntgendiffraktion (PXRD) mønstre for CaCuSi 4 O 10 (5a og 5c) og BaCuSi 4 O 10 (6a og 6c) fremvise sammensætning og fase renhed af disse produkter. Repræsentative transmissionselektronmikroskopi (TEM) billeder viser nanosheet morfologi afstødes produkter (figur 7). Desuden NIR fotografisk billeddannelse viser den stærke luminescens både bulk og afstødes materiale (figur 8). En enkel måde at illustrere løsningen forarbejdelighed CaCuSi 4 O 10 nanosheets er at forberede en vandig trykfarve (figur 9) er egnet til maling (figur 10). hres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg &quot;/&gt; Figur 1.. Fotografier af hånd-jorden råvarer. (A) CaCuSi 4 O 10 smelte flux, (b) CaCuSi 4 O 10 solid-state, (c) BaCuSi 4 O 10 smelte flux, og (d) BaCuSi 4 O 10 solid-state synteser. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig1highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig2.jpg" /> Figur 2.. Scanning Electron Microscopy. Billeder af hånd-jorden startende materialer til (a) CaCuSi 4 O 10 smelte flux, ( <strong&gt; b) CaCuSi 4 O 10 solid-state, (c) BaCuSi 4 O 10 smelte flux, og (d) BaCuSi 4 O 10 solid-state synteser. Alle prøver blev belagt med guld før billeddannelse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig2highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig3.jpg" /> Figur 3.. Optisk mikroskopi. Bulk CaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux (a) og solid state (b) procedurer. Bulk BaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux (c) og solid state (d) procedurer. Afstødes produkter (eh) (a-<html> d) henholdsvis. Alle billeder deler 1 mm Målestokken show i panel (a). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig3highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig4.jpg" /> Figur 4.. Scanning Electron Microscopy. Billeder af bulk CaCuSi 4 O 10 lavet af smelte flux (A) og solid state (B) metoder. Prøverne blev belagt med guld før billeddannelse. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig4highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> 686/51686fig5highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; . Figur 5. Pulver røntgendiffraktion:. CaCuSi 4 O 10 opskrifter for bulk-CaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux (A) og solid state (c) metoder. En asterisk angiver et silica urenhed. Mønstre til afstødes CaCuSi 4 O 10, (b) og (d), fremstillet af (a) og (c), hhv. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig5highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" width="500" /> . Figur 6 Pulver røntgendiffraktion:. BaCuSi 4 O 10 opskrifter for størstedelen BaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux ( <strong&gt; a) og solid state (c) metoder. Asterisk angiver en silica urenhed. Mønstre til afstødes BaCuSi 4 O 10, (b) og (d), fremstillet af (a) og (c), hhv. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig6highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 7" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig7.jpg" /> Figur 7.. Transmission Electron Microscopy. Repræsentative billeder af ekspanderet CaCuSi 4 O 10 stammer fra bulk CaCuSi 4 O 10 lavet af smelte flux (a) eller solid state (b) metoder. Repræsentative billeder af ekspanderet BaCuSi 4 O 10 stammer fra bulkBaCuSi 4 O 10 lavet af smelte flux (C) eller solid state (d) metoder. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig7highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig8.jpg" /> Figur 8.. Near Infrared Imaging. Luminescence af bulk CaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux (A) og solid state (B) procedurer. Luminescence af bulk BaCuSi 4 O 10 udarbejdet af smelte flux (c) og solid state (d) procedurer. Luminescence af de afstødes produkter (eh) af (ad), hhv. Pulver prøverne er indeholdt i hætteglas, og entire sæt af prøver blev afbildet på en gang. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51686/51686fig8highres.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <img alt="Figur 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig9.jpg" /> Figur 9. Fotografi af en CaCuSi 4 O 10 nanosheet blæk i et hætteglas. <img alt="Figur 10" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51686/51686fig10.jpg" /> Figur 10.. Near Infrared Imaging. En rudimentær maleri med CaCuSi 4 O 10 nanosheet blæk, der illustrerer både dens simpelt program og dets luminescens egenskaber.

Watch this Scientific Journal Video about Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments at JoVE.com

Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments

Forberedelsen og eksfoliering af CaCuSi 4 O 10 og BaCuSi 4 O 10 er beskrevet. Efter omrøring i varmt vand, CaCuSi 4 O 10 spontant exfolierer i monolag, hvorimod BaCuSi 4 O 10 kræver, ultralydbehandling i organiske opløsningsmidler. Nær infrarød (NIR) afbildning illustrerer NIR emission egenskaber af disse materialer, og vandige dispersioner af disse nanomaterialer er nyttige til opløsning forarbejdning.

Eksfoliering af egyptisk blå og Han Blå, To jordalkaliske kobbersilikat pigmenter

In a visualized example of the ancient past connecting with modern times, we describe the preparation and exfoliation of CaCuSi4O10 and BaCuSi4O10, the ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Transport of Surface-modified Carbon Nanotubes through a Soil Column

Transport af overflademodificeret kulstofnanorør gennem en Soil kolonne

Carbon nanotubes (CNTs) are widely manufactured nanoparticles, which are being utilized in a number of consumer products, such as sporting goods, ...

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

Metal-silikat Partitionering ved højt tryk og temperatur: Eksperimentelle metoder og en protokol til Undertryk Meget Siderophile Element Indeslutninger

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Chemical Gardens as Flow-through Reactors Simulating Natural Hydrothermal Systems

Kemiske haver som Flow-through Reactors simulere naturlig Hydrotermiske Systems

Here we report experimental simulations of hydrothermal chimney growth using injection chemical garden methods. The versatility of this type of experiment ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

In Situ Characterization of Boehmite Particles in Water Using Liquid SEM

In Situ Characterization of Boehmite Particles in Water Using Liquid SEM

In Situ Karakterisering af Boehmite partikler i vandet ved hjælp af flydende SEM

In situ imaging and elemental analysis of boehmite (AlOOH) particles in water is realized using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface ...

Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source

Udvinding af Ramie Fiber i alkaliske hydrogenperoxid System understøttes af kontrolleret frigivelse Alkali kilde

This protocol demonstrates a method for ramie fiber extraction by scouring raw ramie in an alkali hydrogen peroxide system supported by a ...

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Bestemmelse af termodynamiske egenskaber af Alkaline jord-væske metallegeringer ved hjælp af elektromotoriske kraft teknik

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments

Pålidelig Mechanochemistry: Protokoller for reproducerbare resultater af pæn og flydende bistået bold-møllen slibning eksperimenter

The equilibrium outcomes of ball mill grinding can dramatically change as a function of even tiny variations in the experimental conditions such as the ...

Exfoliation and Analysis of Large-area, Air-Sensitive Two-Dimensional Materials

Eksfoliering og analyse af store flader, luften-følsomme todimensionale materialer

We describe methods for producing and analyzing large, thin flakes of air-sensitive two-dimensional materials. Thin flakes of layered or van der Waals ...

Accumulation and Analysis of Cuprous Ions in a Copper Sulfate Plating Solution

Ophobning og analyse af acetatekstraktion ioner i en kobber sulfat Plating løsning

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. ...