Name: aesthetically enhanced silica aerogel via incorporation of laser etching and dyes
Uploaded: 2021-03-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes at JoVE.com

De auteurs willen graag het Union College Faculty Research Fund, het Student Research Grant-programma en het zomer undergraduate-onderzoeksprogramma erkennen voor financiële ondersteuning van het project. De auteurs willen ook Joana Santos bedanken voor het ontwerp van de driedelige mal, Chris Avanessian voor SEM-beeldvorming, Ronald Tocci voor het etsen op het gebogen aerogeloppervlak en Dr. Ioannis Michaloudis voor inspiratie en eerste werk aan het etsproject, evenals voor het leveren van het Kouros-beeld en de cilindrische aerogel.

Veiligheidsbrillen of -brillen moeten worden gedragen bij het voorbereiden van de aerogel-precursoroplossingen, het werken met de hete pers en het gebruik van het lasergraveersysteem. Laboratoriumhandschoenen moeten worden gedragen bij het reinigen en voorbereiden van de mal, het voorbereiden van de chemische reagensoplossing, het gieten van de oplossing in de mal in de hete pers en het hanteren van de aerogel. Lees veiligheidsinformatiebladen (SDS) voor alle chemicaliën, inclusief oplosmiddelen, voordat u ermee gaat we...

<ol>
	<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>Pierre, A. C., Pajonk, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+of+aerogels+and+their+applications.">Chemistry of aerogels and their applications.</a> Chemical Reviews. 102 (11), 4243-4266 (2002).</li><li>Zinzi, M., 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=Optical+and+visual+experimental+characterization+of+a+glazing+system+with+monolithic+silica+aerogel.">Optical and visual experimental characterization of a glazing system with monolithic silica aerogel.</a> Solar Energy. 183, 30-39 (2019).</li><li>Bhuiya, M. M. H., 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=Preparation+of+monolithic+silica+aerogel+for+fenestration+applications:+scaling+up,+reducing+cycle+time,+and+improving+performance.">Preparation of monolithic silica aerogel for fenestration applications: scaling up, reducing cycle time, and improving performance.</a> Industrial &amp; Engineering Chemistry Research. 55 (25), 6971-6981 (2016).</li><li>Jelle, B. P., 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=Fenestration+of+today+and+tomorrow:+A+state-of-the-art+review+and+future+research+opportunities.">Fenestration of today and tomorrow: A state-of-the-art review and future research opportunities.</a> Solar Energy Materials and Solar Cells. 96, 1-28 (2012).</li><li>Michalous, I., Carroll, M. K., Kupiec, S., Cook, 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=Facile+method+for+surface+etching+of+silica+aerogel+monoliths.">Facile method for surface etching of silica aerogel monoliths.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 87 (1), 22-26 (2018).</li><li>Stanec, A. M., Anderson, A. M., Avanessian, C., 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+and+characterization+of+etched+silica+aerogels.">Analysis and characterization of etched silica aerogels.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 94, 406-415 (2020).</li><li>Sun, J., Longtin, J. P., Norris, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafast+laser+micromachining+of+silica+aerogels.">Ultrafast laser micromachining of silica aerogels.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 281 (1-3), 39-47 (2001).</li><li>Bian, Q., 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=Micromachining+of+polyurea+aerogel+using+femtosecond+laser+pulses.">Micromachining of polyurea aerogel using femtosecond laser pulses.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 357 (1), 186-193 (2011).</li><li>Yalizay, B., 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=Versatile+liquid-core+optofluidic+waveguides+fabricated+in+hydrophobic+silica+aerogels+by+femtosecond-laser+ablation.">Versatile liquid-core optofluidic waveguides fabricated in hydrophobic silica aerogels by femtosecond-laser ablation.</a> Optical Materials. 47, 478-483 (2015).</li><li>Vainos, N. A., Karoutsos, V., Mills, B., Eason, R. W., 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=Isotropic+contractive+scaling+of+laser+written+microstructures+in+vitrified+aerogels.">Isotropic contractive scaling of laser written microstructures in vitrified aerogels.</a> Optical Materials Express. 6 (12), 3814-3825 (2016).</li><li>Plata, D. L., 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> Journal of Non- Crystalline Solids. 350, 326-335 (2004).</li><li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Aegerter, M., Leventis, N., Koebel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerogels+as+platforms+for+chemical+sensors.">Aerogels as platforms for chemical sensors.</a> Aerogels Handbook. Advances in Sol-Gel Derived Materials and Technologies. , (2011).</li><li>Bockhorst, M., Heinloth, K., Pajonk, G. M., Begag, R., Elaloui, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescent+dye+doped+aerogels+for+the+enhancement+of+Cerenkov+light+detection.">Fluorescent dye doped aerogels for the enhancement of Cerenkov light detection.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 186, 388-394 (1995).</li><li>Carroll, M. K., Anderson, A. M., Gorka, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparing+silica+aerogel+monoliths+via+a+rapid+supercritical+extraction+method.">Preparing silica aerogel monoliths via a rapid supercritical extraction method.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (84), e51421 (2014).</li><li>Gauthier, B. M., Bakrania, S. D., 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=A+fast+supercritical+extraction+technique+for+aerogel+fabrication.">A fast supercritical extraction technique for aerogel fabrication.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 350, 238-243 (2004).</li><li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. 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> U.S. Patent. , (2011).</li><li>Gauthier, B. M., Anderson, A. M., Bakrania, S. D., Mahony, M. K., Bucinell, R. 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> U.S. Patent. , (2008).</li><li>Estok, S. K., Hughes, T. A., 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=Fabrication+and+characterization+of+TEOS-based+silica+aerogels+prepared+using+rapid+supercritical+extraction.">Fabrication and characterization of TEOS-based silica aerogels prepared using rapid supercritical extraction.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 70 (3), 371-377 (2014).</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> Journal of Non-Crystalline Solids. 354 (31), 3685-3693 (2008).</li><li>Bouck, R. M., Anderson, A. M., Prasad, C., Hagerman, M. E., 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=Cobalt-alumina+sol+gels:+Effects+of+heat+treatment+on+structure+and+catalytic+ability.">Cobalt-alumina sol gels: Effects of heat treatment on structure and catalytic ability.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 453, 94-102 (2016).</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>Tobin, Z. M., 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=Preparation+and+characterization+of+copper-containing+alumina+and+silica+aerogels+for+catalytic+applications.">Preparation and characterization of copper-containing alumina and silica aerogels for catalytic applications.</a> Journal of Sol-gel Science and Technology. 84 (3), 432-445 (2017).</li><li>Tsou, P., Brownlee, D. E., Glesias, R., Grigoropoulos, C. P., Weschler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutting+silica+aerogel+for+particle+extraction.">Cutting silica aerogel for particle extraction.</a> Lunar and Planetary Science XXXVI. Part 19. , (2005).</li><li>Ishii, H. A., 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=Rapid+extraction+of+dust+impact+tracks+from+silica+aerogel+by+ultrasonic+microblades.">Rapid extraction of dust impact tracks from silica aerogel by ultrasonic microblades.</a> Meteoritics &amp; Planetary Science. 40 (11), 1741-1747 (2005).</li><li>Ishii, H. A., Bradley, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Macroscopic+subdivision+of+silica+aerogel+collectors+for+sample+return+missions.">Macroscopic subdivision of silica aerogel collectors for sample return missions.</a> Meteoritics &amp; Planetary Science. 41 (2), 233-236 (2006).</li></ol>

Dit protocol laat zien hoe laseretsen en de opname van kleurstoffen kunnen worden gebruikt om esthetisch aantrekkelijke aerogelmaterialen te bereiden.
Het maken van grote (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) aerogelmonolieten vereist een goede schimmelvoorbereiding door schuren, reinigen en vet aanbrengen om te voorkomen dat de aerogel aan de mal blijft plakken en grote scheuren ontstaan. De delen van de mal die in direct contact staan met de precursoroplossing/binnenkort te vormen aerogel zijn het meest ...

Silica aerogel is een nanoporeus, akoestisch isolerend materiaal met een hoog oppervlak en een lage thermische geleidbaarheid dat kan worden gebruikt in een reeks toepassingen, van het verzamelen van ruimtestof tot isolatiemateriaal voor gebouwen1,2. Wanneer vervaardigd in monolithische vorm, silica aerogels zijn doorschijnend en kunnen worden gebruikt om sterk isolerende ramen3,4,5te maken.
Onlangs hebben we aangetoond dat het mogelijk is om het uiterlijk van een silica-aerogel te veranderen door op het oppervlak te etsen of door het oppervlak te snijden met behulp van een lasergraveersysteem6,7 zonder bulk structurele schade aan de aerogel te veroorzaken. Dit kan handig zijn voor het maken van esthetische verbeteringen, het afdrukken van inventarisinformatie en het bewerken van aerogelmonolieten in verschillende vormen. Van femtosecondelasers is aangetoond dat ze werken voor ruwe "microbewerking" van aerogels8,9,10,11; het huidige protocol toont echter de mogelijkheid om het oppervlak van aerogels te veranderen met een eenvoudig lasergraveersysteem. Hierdoor is dit protocol breed toepasbaar op de artistieke en technische gemeenschappen.
Het is ook mogelijk om kleurstoffen op te nemen in het chemische precursormengsel van aerogel en daardoor kleurstof-gedopeerde aerogels met een reeks tinten te maken. Deze methode is gebruikt om chemische sensoren12, 13te fabriceren om Cerenkov-detectie14te verbeteren en om puur esthetische redenen. Hier demonstreren we het gebruik van kleurstoffen en laseretsen om esthetisch aantrekkelijke aerogels te bereiden.
In de sectie die volgt, beschrijven we procedures voor het maken van grote silica aerogel monolieten, het wijzigen van de monolietvoorbereidingsprocedure om kleurstoffen, etstekst, patronen en afbeeldingen op het oppervlak van een aerogelmonoliet op te nemen en vormen uit grote geverfde monolieten te snijden om te worden samengevoegd tot mozaïeken.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2000 grit sandpaper</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50W Laser Engraver</td>
			<td>Epilog Laser</td>
			<td></td>
			<td>Any laser cutter is suitable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>A18-20</td>
			<td>Certified ACS Reagent Grade&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Hydroxide (aqueous ammonia)</td>
			<td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>A669S212</td>
			<td>Certified ACS Plus, about 14.8N, 28.0-20.0 w/w%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beakers</td>
			<td>Purchased from Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any glass beaker is suitable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized Water</td>
			<td>On tap in house</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital balance</td>
			<td>OHaus Explorer Pro</td>
			<td></td>
			<td>Any digital balance is suitable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable cleaning wipes</td>
			<td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>06-666</td>
			<td>KimWipe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drawing Software</td>
			<td>CorelDraw Graphics Suite</td>
			<td></td>
			<td>CorelDraw</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexible Graphite Sheet</td>
			<td>Phelps Industrial Products</td>
			<td>7500.062.3</td>
			<td>1/16&#34; thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein</td>
			<td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td>
			<td>F2456</td>
			<td>Dye content ~95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Foam paint brush&#160;</td>
			<td>Various&#160;</td>
			<td></td>
			<td>1-2 cm size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Vacuum Grease</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydraulic Hot Press</td>
			<td>Tetrahedron www.tetrahedronassociates.com</td>
			<td>MTP-14</td>
			<td>Any hot press with temperature and force control will work. Needs maximum temperature of ~550 F and maximum force of 24 tons.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Engraver</td>
			<td>Epilogue Laser</td>
			<td>Helix - 24</td>
			<td>50 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol (MeOH)</td>
			<td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>A412-20</td>
			<td>Certified ACS Reagent Grade, &#8805;99.8%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mold</td>
			<td>Fabricated in House</td>
			<td></td>
			<td>Fabricate from cold-rolled steel or stainless steel.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraffin Film</td>
			<td>Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>S37441</td>
			<td>Parafilm M Laboratory Film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine-6G 
			Rhodamine-6g 
			FlouresceinRhodamine-6g</td>
			<td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td>
			<td>20,132-4</td>
			<td>Dye content ~95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rhodamine-B 
			Rhodamine-6g 
			FlouresceinRhodamine-6g</td>
			<td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td>
			<td>R-953</td>
			<td>Dye content ~80%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Soap to clean mold</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless Steel Foil</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
			<td>.0005&#34; thick, 304 Stainless Steel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetramethylorthosilicate (TMOS)</td>
			<td>Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com</td>
			<td>218472-500G</td>
			<td>98% purity, CAS 681-84-5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Cleaner</td>
			<td>FisherScientific FS6</td>
			<td>153356</td>
			<td>Any sonicator is suitable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Exhaust system</td>
			<td>Purex</td>
			<td>800i</td>
			<td>Any exhaust system is suitable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Variable micropipettor, 100-1000 &#181;L</td>
			<td>Manufactured by Eppendorf, purchased from Fisher Scientific www.fishersci.com</td>
			<td>S304665</td>
			<td>Any 100-1000 &#181;L pipettor is suitable.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

aesthetically enhanced silica aerogel via incorporation of laser etching and dyes

Een procedure voor het esthetisch verbeteren van silica aerogel monolieten door laseretsen en het opnemen van kleurstoffen wordt beschreven in dit manuscript. Met behulp van een snelle superkritische extractiemethode kan grote silica aerogel monoliet (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) in ongeveer 10 uur worden vervaardigd. Kleurstoffen die in het voorlopermengsel zijn verwerkt, resulteren in geel-, roze- en oranje getinte aerogels. Tekst, patronen en afbeeldingen kunnen op het oppervlak (of oppervlakken) van de aerogelmonoliet worden geëtst zonder de bulkstructuur te beschadigen. De lasergraveerder kan worden gebruikt om vormen uit de aerogel te snijden en kleurrijke mozaïeken te vormen.

Dit protocol kan worden gebruikt om een breed scala aan esthetisch aantrekkelijke aerogel-monolieten voor te bereiden voor toepassingen, waaronder, maar niet beperkt tot, kunst en duurzaam gebouwontwerp. Opname in het voorlopermengsel van de kleine hoeveelheden kleurstof die hier worden gebruikt, wordt alleen waargenomen om de kleur van de resulterende aerogelmonoliet te beïnvloeden; veranderingen in andere optische of structurele eigenschappen worden niet waargenomen.
<p class="jove...

Watch this Scientific Journal Video about Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes at JoVE.com

Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

Dit protocol beschrijft een methode voor het etsen van tekst, patronen en afbeeldingen op het oppervlak van silica aerogel monolieten in inheemse en geverfde vorm en het assembleren van de aerogels in mozaïekontwerpen.

Esthetisch verbeterde silica-aerogel door integratie van laseretsen en kleurstoffen

A procedure for aesthetically enhancing silica aerogel monoliths by laser etching and incorporation of dyes is described in this manuscript. Using a rapid ...

Dit protocol presenteert de eerste visuele methodologie voor het etsen en snijden van effen en geverfde Aerogel met behulp van een lasergraveersysteem. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de eenvoud, omdat aerogelmonolieten van elke vorm, grootte of kleur kunnen worden geëtst. Videopresentatie maakt het mogelijk om de praktische overwegingen van het protocol te demonstreren, inclusief plaatsing van de Aerogel en uitlijning van de lasersnijder.Om een mal voor te bereiden voor Aerogel-monolietfabricage, selecteert u een driedelige stalen mal bestaande uit een boven-, midden- en onderdeel met buitenafmetingen van 15,24 bij 14 centimeter in een holte van 10 bij 11 centimeter in het midden. Het bovenste deel van de mal moet aan elke kant zeven ontluchtingsgaten van 0,08 centimeter hebben. Gebruik verdunde zeep en een ruwe getextureerde spons om de bovenste, middelste en onderste delen van de mal te schrobben en droog alle schone delen van de mal met een papieren handdoek.Gebruik na het drogen individuele wegwerp aceton-gedompelde reinigingsdoekjes om de vorm af te vegen totdat het reinigingsdoekje schoon blijft. Gebruik vervolgens schuurpapier met korrel 2.000 om alle oppervlakken licht te schuren totdat de mal glad aanvoelt en eventuele resten van eerder gebruik zijn verwijderd, met extra aandacht voor de binnenkant van de middelste mal waar de Aerogel wordt gevormd. Verwijder de ontluchtingsgaten op het bovenste matrijsgedeelte met perslucht en breng handmatig ongeveer 2,4 milliliter hoogvacuümvet aan in een dikke, zelfs één tot twee millimeter laag over het hele bovenste verbindingsoppervlak van de onderste mal en ongeveer één milliliter vet in een dikke, zelfs één tot twee millimeter laag op de buitenste helft van het onderste verbindingsoppervlak van de bovenste mal.Breng ongeveer 0,5 milliliter hoogvacuümvet aan in een laag van nog minder dan 0,5 millimeter op de binnenoppervlakken van de bovenste en onderste mallen en gebruik een wegwerpreinigingsdoekje om overtollig vet weg te vegen totdat het oppervlak glad aanvoelt en er geen kleverigheid van het vet achterblijft. Breng handmatig 0,5 milliliter hoogvacuümvet aan in een nog minder dan 0,5 millimeter vetlaag op het binnenoppervlak van de middelste mal. Als u het etspatroonbestand wilt voorbereiden, opent u een nieuw document in een geschikte tekentoepassing en voegt u de gewenste tekst of afbeelding van elke grootte en regelbreedte rechtstreeks aan het document toe en slaat u het bestand vervolgens op.Om een Aerogel-monoliet te etsen, schakelt u eerst de lasergraveerder, het vacuümuitlaatsysteem en de aangesloten computer in. Meet de grootte van het Aerogel-monolietoppervlak dat zal worden geëtst en open het etspatroonbestand. Stel de afmetingen van het document zo in dat deze overeenkomt met de gemeten Aerogel-monolietgrootte en open het deksel van de lasergraveerder.Gebruik een gehandschoende hand om de Aerogel op het lasergraveerplatform te plaatsen en lijn de Aerogel in de linkerbovenhoek uit met de Aerogel die de bovenste en linker liniaal raakt. Draai de V-vormige magneet handmatige scherpstelmeter die aan de laser is bevestigd ondersteboven en druk op Focus op de lasergraveerder. Bescherm de Aerogel-monoliet met een wegwerpreinigingsdoekje en gebruik de pijl omhoog op het bedieningspaneel van de lasergraveerder om het lasergraveerplatform te verplaatsen totdat het onderste deel van de handmatige scherpstelmeter de Aerogel net raakt.Verwijder het doekje en breng de meter terug naar de oorspronkelijke positie. Sluit het deksel van de lasergraveerder en klik op Bestand en afdrukken in het tekenprogramma. Selecteer de lasergraveerder als afdruklocatie en open het voorkeurenvenster om de printereigenschappen in te stellen.Selecteer de rastermodus binnen een DPI van 600, een snelheid van 100% en een vermogen van 55% Controleer of de stukgrootte overeenkomt met de gemeten Aerogel-monolietgrootte en klik op Toepassen en afdrukken. Klik op het voorpaneel van de lasergraveerder op Job en selecteer de bijbehorende bestandsnaam. Klik op Go.Wanneer de lasergraveerder is voltooid, klikt u op Focus en gebruikt u de pijl-omlaag op het bedieningspaneel van de lasergraveerder aan de voorkant om de basis te laten zakken.Gebruik een gehandschoende hand om de Aerogel voorzichtig van het lasergraveerplatform naar de container over te brengen en klik op Prullenbak om de taak van de graveur te zuiveren. Om een Aerogel-monoliet te snijden, schakelt u de lasergraveerder, het vacuümuitlaatsysteem en de aangesloten computer in en meet u de grootte van het aerogel-monolietoppervlak dat moet worden gesneden. Voor algemeen snijden opent u een nieuw document in het tekenprogramma en voert u de afmetingen in voor de documentgrootte om te correleren met de gemeten Aerogel-monolietgrootte.Gebruik het tekengereedschap voor de haarlijnbreedte om het patroon te maken dat wordt geknipt en plaats het patroon op de gewenste snijlocatie op de Aerogel. Reinig een 0,0127 millimeter dikke plaat roestvrijstalen folie die groot genoeg is om de basis van de Aerogel-monoliet met aceton te bedekken en plaats de folie op het lasergraveerplatform. Lijn de Aerogel en roestvrijstalen folie in de linkerbovenhoek uit met de Aerogel die de bovenste en linkerlinialen raakt en pas de meterpositie aan zoals gedemonstreerd.Klik op Bestand en afdrukken in het tekenprogramma, selecteer de lasergraveerder als afdruklocatie en open het voorkeurenvenster om de printereigenschappen in te stellen. Selecteer de vectormodus en stel de DPI in op 600, de snelheid op 3%, het vermogen op 90% en de frequentie van 1.000 Hertz. Controleer of de stukmaat overeenkomt met de gemeten Aerogel-maat.De diepte van de snede zal variëren met de lasersnelheid. Klik op Taak en Ga om het snijden te starten zoals gedemonstreerd. Gebruik na het verzamelen van het monster een schuimborstel om voorzichtig alle kleine stukjes geableerde Aerogel te verwijderen die achterbleven op het gezicht van de monoliet die in contact was met de laser.Voor deze Aerogel-mozaïekbenadering werd hetzelfde patroon in drie verschillende geverfde Aerogel-monolieten gesneden en werden de stukken opnieuw samengevoegd tot een mozaïekpatroon. Het is mogelijk om ontwerpen op kleinere monolithische stukken te etsen, zoals gedemonstreerd om visueel interessante arrangementen te verkrijgen onder natuurlijke en ultraviolette lichtomstandigheden, zelfs op kleinere stukken. Zoals geïllustreerd, kunnen inheemse Aerogels worden geëtst met patronen van verschillende dichtheid met foto's afgedrukt op het vooroppervlak van een vlakke Aerogel, op een gebogen oppervlak en op fluorescerend geverfde Aerogels.In deze scanning elektronenmicroscoop afbeelding van een geëtste silica Aerogel, kan het raakvlak tussen de geëtste lijnen en de bijna gladde ongenetcheerde nanoporeuze Aerogel worden waargenomen. Etsen veroorzaakt de ablatie en het smelten van het oppervlaktemateriaal tot filamentachtige structuren zoals waargenomen in deze afbeelding die het effect van een enkele laserpuls van de Aerogel laat zien. Zorgvuldige voorbereiding, inclusief contrastaanpassing van de te etsen afbeeldingen, is van cruciaal belang voor het bereiken van resultaten van hoge kwaliteit.Verdere verfijning van de laseretsmethode zou een alternatief kunnen bieden voor microbewerking van de silica Aerogels. Esthetische Aerogel-monolieten konden toepassing vinden op een breed scala aan gebieden, waaronder kunstwerken en duurzame gebouwen.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Fabricage van Silica Ultra High Quality Factor microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Ruimtelijke scheiding van moleculaire conformers en clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Schaalbare Nanohelices voor Predictive Studies en Enhanced 3D Visualisatie

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

Characterizing Far-infrared Laser Emissions and the Measurement of Their Frequencies

Karakteriseren van Ver-infrarood laser emissies en het meten van hun frequenties

The generation and subsequent measurement of far-infrared radiation has found numerous applications in high-resolution spectroscopy, radio astronomy, and ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Compact Lens-less Digitale Holografische Microscoop voor MEMS Inspectie en karakterisering

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Automatisering van Mode Locking in een lineaire Polarisatie Rotatie Fiber Laser tot Uitvoer Polarisatie Metingen

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

Laser-geïnduceerde Forward Overdracht van Ag Nanopaste

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

Elektrochemische Etsen en karakterisering van Sharp Field Emission Punten voor Electron Impact Ionisatie

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...