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

Les auteurs tiennent à remercier le Fonds de recherche de la faculté de l’Union College, le programme de subventions de recherche étudiante et le programme de recherche d’été de premier cycle pour le soutien financier du projet. Les auteurs tiennent également à remercier Joana Santos pour la conception du moule en trois pièces, Chris Avanessian pour l’imagerie SEM, Ronald Tocci pour la gravure sur la surface incurvée de l’aérogel et le Dr Ioannis Michaloudis pour son inspiration et son travail initial sur le projet de gravure ainsi que pour avoir fourni l’image de Kouros et l’aérogel cylindrique.

Des lunettes de sécurité ou des lunettes de protection doivent être portées lors de la préparation des solutions de précurseurs d’aérogel, du travail avec la presse à chaud et de l’utilisation du système de gravure au laser. Des gants de laboratoire doivent être portés lors du nettoyage et de la préparation du moule, de la préparation de la solution de réactif chimique, du versement de la solution dans le moule dans la presse à chaud et de la manipulation de l’aérogel. Lisez les fiches de données d...

<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>

Ce protocole montre comment la gravure au laser et l’inclusion de colorants peuvent être utilisées pour préparer des matériaux d’aérogel esthétiques.
La fabrication de grands monolithes d’aérogel (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) nécessite une préparation appropriée de la moisissure par ponçage, nettoyage et application de graisse pour empêcher l’aérogel de coller au moule et les fissures majeures de se former. Les parties du moule en contact direct avec la solution précurseur / l...

L’aérogel de silice est un matériau nanoporeux, à grande surface, acoustiquement isolant avec une faible conductivité thermique qui peut être utilisé dans une gamme d’applications allant de la collecte de la poussière spatiale au matériau isolant de bâtiment1,2. Lorsqu’ils sont fabriqués sous forme monolithique, les aérogels de silice sont translucides et peuvent être utilisés pour fabriquer des fenêtres hautement isolantes3,4,5.
Récemment, nous avons démontré qu’il est possible de modifier l’apparence d’un aérogel de silice en gravant ou en coupant à travers la surface à l’aide d’un système de gravure au laser6,7 sans causer de dommages structurels en vrac à l’aérogel. Cela pourrait être utile pour apporter des améliorations esthétiques, imprimer des informations d’inventaire et usiner des monolithes d’aérogel sous diverses formes. Il a été démontré que les lasers femtosecondes fonctionnent pour le « micro-usinage » brut des aérogels8,9,10,11; cependant, le protocole actuel démontre la capacité de modifier la surface des aérogels avec un simple système de gravure au laser. Par conséquent, ce protocole est largement applicable aux communautés artistiques et techniques.
Il est également possible d’incorporer des colorants dans le mélange de précurseurs chimiques de l’aérogel et de fabriquer ainsi des aérogels dopés aux colorants avec une gamme de teintes. Cette méthode a été utilisée pour fabriquer des capteurs chimiques12,13,pour améliorer la détection de Cerenkov14,et pour des raisons purement esthétiques. Ici, nous démontrons l’utilisation de colorants et de gravure au laser pour préparer des aérogels esthétiques.
Dans la section qui suit, nous décrivons les procédures de fabrication de grands monolithes d’aérolithes d’aérogel de silice, la modification de la procédure de préparation du monolithe pour incorporer des colorants, la gravure de texte, de motifs et d’images sur la surface d’un monolithe d’aérogel et la découpe de formes de grands monolithes teints pour les assembler en mosaïques.

<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

Une procédure d’amélioration esthétique des monolithes d’aérogel de silice par gravure au laser et incorporation de colorants est décrite dans ce manuscrit. En utilisant une méthode d’extraction supercritique rapide, un grand monolithe d’aérogel de silice (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) peut être fabriqué en environ 10 h. Les colorants incorporés dans le mélange de précurseurs donnent des aérogels teintés de jaune, de rose et d’orange. Le texte, les motifs et les images peuvent être gravés sur la surface (ou les surfaces) du monolithe d’aérogel sans endommager la structure en vrac. Le graveur laser peut être utilisé pour découper des formes de l’aérogel et former des mosaïques colorées.

Ce protocole peut être utilisé pour préparer une grande variété de monolithes d’aérogel esthétiquement agréables pour des applications incluant, mais sans s’y limiter, l’art et la conception de bâtiments durables. L’inclusion dans le mélange précurseur des petites quantités de colorant utilisées ici n’est observée que pour avoir un impact sur la couleur du monolithe d’aérogel résultant; les changements dans d’autres propriétés optiques ou structurelles ne s...

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Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

Ce protocole décrit une méthode pour graver du texte, des motifs et des images sur la surface de monolithes d’aérogel de silice sous forme native et teinte et assembler les aérogels en mosaïques.

Aérogel de silice esthétiquement amélioré grâce à l’incorporation de gravure au laser et de colorants

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

Ce protocole présente la première méthodologie visuelle pour la gravure et la découpe d’aérogel uni et teint à l’aide d’un système de gravure au laser. Le principal avantage de cette technique est sa simplicité car elle permet de graver des monolithes d’aérogel de toute forme, taille ou couleur. La présentation vidéo permet de démontrer les considérations pratiques du protocole, y compris le placement de l’aérogel et l’alignement de la découpeuse laser.Pour préparer un moule pour la fabrication de monolithes en aérogel, sélectionnez un moule en acier en trois parties composé d’une partie supérieure, centrale et inférieure avec des dimensions extérieures de 15,24 par 14 centimètres dans une cavité de 10 par 11 centimètres au centre. La partie supérieure du moule doit avoir sept trous d’aération de 0,08 centimètre de chaque côté. Utilisez du savon dilué et une éponge texturée rugueuse pour frotter les parties supérieure, moyenne et inférieure du moule et sécher toutes les parties propres du moule avec une serviette en papier.Après le séchage, utilisez des lingettes nettoyantes jetables individuelles trempées à l’acétone pour essuyer le moule jusqu’à ce que la lingette de nettoyage reste propre. Ensuite, utilisez du papier de verre à grain 2 000 pour poncer légèrement toutes les surfaces jusqu’à ce que le moule soit lisse au toucher et que tout résidu d’utilisations précédentes ait été éliminé, en accordant une attention particulière à l’intérieur du moule central où l’aérogel est formé. Dégagez les trous d’aération sur la partie supérieure du moule avec de l’air comprimé et appliquez manuellement environ 2,4 millilitres de graisse sous vide poussé dans une couche épaisse, voire d’un à deux millimètres, sur toute la surface de connexion supérieure du moule inférieur et environ un millilitre de graisse dans une couche épaisse, voire d’un à deux millimètres, à la moitié extérieure de la surface de connexion inférieure du moule supérieur.Appliquez environ 0,5 millilitre de graisse sous vide poussé dans une couche encore inférieure à 0,5 millimètre sur les surfaces intérieures des moules supérieur et inférieur et utilisez une lingette nettoyante jetable pour essuyer l’excès de graisse jusqu’à ce que la surface soit lisse et qu’il ne reste plus d’adhérence de la graisse. Appliquez manuellement 0,5 millilitre de graisse sous vide poussé dans une couche de graisse encore inférieure à 0,5 millimètre sur la surface intérieure du moule du milieu. Pour préparer le fichier de motif de gravure, ouvrez un nouveau document dans une application de dessin appropriée et ajoutez le texte ou l’image souhaité de n’importe quelle taille et largeur de ligne directement au document, puis enregistrez le fichier.Pour graver un monolithe d’aérogel, allumez d’abord le graveur laser, le système d’échappement sous vide et l’ordinateur connecté. Mesurez la taille de la surface du monolithe d’aérogel qui sera gravée et ouvrez le fichier de motif de gravure. Réglez la taille de dimension du document pour qu’elle corresponde à la taille du monolithe Aerogel mesurée et ouvrez le couvercle du graveur laser.Utilisez une main gantée pour placer l’aérogel sur la plate-forme du graveur laser et alignez l’aérogel dans le coin supérieur gauche avec l’aérogel touchant les règles supérieures et gauches. Retournez la jauge de mise au point manuelle de l’aimant en forme de V fixée au laser à l’envers et appuyez sur Focus sur le graveur laser. Protégez le monolithe Aerogel avec une lingette nettoyante jetable et utilisez la flèche vers le haut sur le panneau de commande du graveur laser pour déplacer la plate-forme du graveur laser jusqu’à ce que la partie inférieure de la jauge de mise au point manuelle touche simplement l’aérogel.Retirez la lingette et ressaisir la jauge à sa position d’origine. Fermez le couvercle du graveur laser et cliquez sur Fichier et imprimer dans le programme de dessin. Sélectionnez le graveur laser comme emplacement d’impression et ouvrez la fenêtre des préférences pour définir les propriétés de l’imprimante.Sélectionnez le mode raster dans un DPI de 600, une vitesse de 100 % et une puissance de 55 % Confirmez que la taille de la pièce correspond à la taille du monolithe d’aérogel mesurée et cliquez sur Appliquer et imprimer. Sur le panneau avant du graveur laser, cliquez sur Job et sélectionnez le nom de fichier correspondant. Cliquez sur Go.Lorsque le graveur laser a terminé, cliquez sur Focus et utilisez la flèche vers le bas sur le panneau de commande avant du graveur laser pour abaisser la base.Utilisez une main gantée pour transférer doucement l’aérogel de la plate-forme du graveur laser à son récipient et cliquez sur Corbeille pour purger le travail du graveur. Pour couper un monolithe d’aérogel, allumez le graveur laser, le système d’échappement sous vide et l’ordinateur connecté et mesurez la taille de la surface du monolithe d’aérogel à couper. Pour la découpe générale, ouvrez un nouveau document dans le programme de dessin et entrez les dimensions de la taille du document à corréler avec la taille du monolithe Aerogel mesurée.Utilisez l’outil de dessin de largeur de racine des cheveux pour créer le motif qui sera coupé et positionnez le motif pour qu’il corresponde à l’emplacement de coupe souhaité sur l’aérogel. Nettoyez une feuille d’acier inoxydable de 0,0127 millimètre d’épaisseur suffisamment grande pour recouvrir la base du monolithe Aerogel d’acétone et placez la feuille sur la plate-forme du graveur laser. Alignez l’aérogel et la feuille d’acier inoxydable dans le coin supérieur gauche avec l’aérogel touchant les règles supérieures et gauches et ajustez la position de la jauge comme indiqué.Cliquez sur Fichier et imprimer dans le programme de dessin, sélectionnez le graveur laser comme emplacement d’impression et ouvrez la fenêtre des préférences pour définir les propriétés de l’imprimante. Sélectionnez le mode vectoriel et réglez le DPI sur 600, la vitesse sur 3%, la puissance sur 90% et la fréquence de 1 000 Hertz. Vérifiez que la taille de la pièce correspond à la taille de l’aérogel mesurée.La profondeur de la coupe variera en fonction de la vitesse du laser. Cliquez sur Job et Go pour lancer la découpe comme illustré. Après avoir prélevé l’échantillon, utilisez une brosse en mousse pour retirer doucement tous les petits morceaux d’ablé ablé d’aérogel laissés sur la face du monolithe qui était en contact avec le laser.Pour cette approche de mosaïque d’aérogel, le même motif a été découpé en trois monolithes d’aérogel teints différents et les pièces ont été réassemblées en un motif de mosaïque. Il est possible de graver des dessins sur des pièces monolithiques plus petites, comme démontré pour obtenir des arrangements visuellement intéressants dans des conditions de lumière naturelle et ultraviolette, même sur des pièces plus petites. Comme illustré, les aérogels natifs peuvent être gravés avec des motifs de densité variable avec des photographies imprimées sur la surface avant d’un aérogel planaire, sur une surface incurvée et sur des aérogels teints par fluorescence.Dans cette image au microscope électronique à balayage d’un aérogel de silice gravé, l’interface entre les lignes gravées et l’aérogel nanoporeux presque lisse et non attaché peut être observée. La gravure provoque l’ablation et la fusion du matériau de surface en structures filamentaires comme on l’observe sur cette image montrant l’effet d’une seule impulsion laser de l’aérogel. Une préparation minutieuse, y compris l’ajustement du contraste des images à graver, est essentielle pour obtenir des résultats de haute qualité.Un raffinement supplémentaire de la méthode de gravure au laser pourrait fournir une alternative au micro-usinage des aérogels de silice. Les monolithes esthétiques en aérogel pourraient trouver une application dans une grande variété de domaines, y compris les œuvres d’art et les bâtiments durables.

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