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

המחברים מבקשים להכיר בקרן המחקר של הפקולטה של מכללת יוניון, בתוכנית מענק מחקר לסטודנטים ובתוכנית המחקר לתואר ראשון בקיץ לתמיכה כספית בפרויקט. המחברים גם רוצים להכיר את ג'ואנה סנטוס על עיצוב התבנית בת שלושת החלקים, כריס אוונסיאן להדמיית SEM, רונלד טוצ'י על החריטה על משטח האווירוגל המעוקל, וד"ר יואניס מיכאלודיס להשראה ועבודה ראשונית על פרויקט החריטה וכן על מתן תמונת קורוס ואיוגל גלילי.

יש להרכיב משקפי בטיחות או משקפי מגן בעת הכנת פתרונות מבשר אירוג'ל, עבודה עם העיתונות החמה ושימוש במערכת חריטת הלייזר. כפפות מעבדה יש ללבוש בעת ניקוי והכנת התבנית, הכנת פתרון ריאגנט כימי, לשפוך את הפתרון לתוך התבנית בעיתונות החמה וטיפול אירוגל. קרא גליונות נתוני בטיחות (SDS) עבור כל הכימיקלים,...

<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>

פרוטוקול זה מדגים כיצד ניתן להשתמש בתחריט לייזר והכללה של צבעים כדי להכין חומרי אירוג'ל אסתטיים.
ביצוע מונוליתים אירוגל גדול (10 ס"מ x 11 ס"מ על 1.5 ס"מ) דורש הכנת עובש נכונה באמצעות ליטוש, ניקוי ויישום שומן כדי למנוע את האירוג'ל מלהידבק לתבנית וסדקים גדולים מלהיווצר. חלקי התבנית ב...

סיליקה aerogel הוא ננו נקבובי, שטח פנים גבוה, חומר בידוד אקוסטי עם מוליכות תרמית נמוכה שניתן להשתמש במגוון של יישומים מאיסוף אבק חלל לבניית חומר בידוד1,2. כאשר מיוצר בצורה מונוליטית, aerogels סיליקה הם שקופים וניתן להשתמש בהם כדי להפוך חלונות מבודדים מאוד3,4,5.
לאחרונה, הוכחנו כי ניתן לשנות את המראה של אירוג'ל סיליקה על ידי חריטה על או חיתוך דרך פני השטח באמצעות מערכת חריטה לייזר6,7 מבלי לגרום נזק מבני בתפזורת aerogel. זה יכול להיות שימושי עבור ביצוע שיפורים אסתטיים, הדפסת מידע מלאי עיבוד מונוליתים aerogel לצורות שונות. לייזרים Femtosecond הוכחו לעבוד עבור גולמי "מיקרו עיבוד שבבי" של אירוגלים8,9,10,11; עם זאת, הפרוטוקול הנוכחי מדגים את היכולת לשנות את פני השטח של אירוגלים עם מערכת חריטה לייזר פשוטה. כתוצאה מכך, פרוטוקול זה חל באופן כללי על הקהילות האמנותיות והטכניות.
ניתן גם לשלב צבעים בתערובת המבשרת הכימית של האירוג'ל ובכך ליצור אירוג'לים מסוממים בצבע עם מגוון גוונים. שיטה זו שימשה לייצור חיישנים כימיים12,13, כדי לשפר את זיהוי Cerenkov14, ומסיבות אסתטיות בלבד. כאן, אנו מדגימים את השימוש בצבעים ותחריט לייזר כדי להכין אירוג'לים אסתטיים.
בסעיף הבא, אנו מתארים נהלים להכנת מונוליתים אירוגל סיליקה גדולים, שינוי הליך הכנת המונולית לשלב צבעים, חריטה של טקסט, דפוסים ותמונות על פני השטח של מונולית אירוגל, וחיתוך צורות ממונוליתים צבועים גדולים שיורכבו לפסיפסים.

<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

הליך לשיפור אסתטי של מונוליתים אירוגל סיליקה על ידי חריטה בלייזר ושילוב צבעים מתואר בכתב יד זה. בשיטת מיצוי סופר-ביקורתית מהירה, ניתן לפברק מונולית אירוגל סיליקה גדול (10 ס"מ על 11 ס"מ על 1.5 ס"מ) בתוך כ-10 שעות. צבעים המשולבים בתערובת מבשר גורמים לאירוגלים צהובים, ורודים וכתומים. טקסט, דפוסים ותמונות יכולים להיות חרטים על פני השטח (או המשטחים) של מונולית האווירוגל מבלי לפגוע במבנה בתפזורת. ניתן להשתמש בחריטה בלייזר כדי לחתוך צורות מהאירוג'ל וליצור פסיפסים צבעוניים.

פרוטוקול זה יכול לשמש להכנת מגוון רחב של מונוליתים אירוגל אסתטי עבור יישומים כולל, אך לא רק, אמנות ועיצוב בנייה בר קיימא. הכללה בתערובת מבשר של כמויות קטנות של צבע המועסקים כאן הוא רק נצפתה כדי להשפיע על הצבע של מונולית אירוגל וכתוצאה מכך; שינויים במאפיינים אופטיים או מבנ?...

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

פרוטוקול זה מתאר שיטה לחריטת טקסט, דפוסים ותמונות על פני השטח של מונוליתים של אירוגל סיליקה בצורה מקורית וצבעונית והרכבת האירוג'לים לעיצובי פסיפס.

סיליקה אירוג'ל משופרת מבחינה אסתטית באמצעות שילוב של תחריט לייזר וצבעים

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

פרוטוקול זה מציג את המתודולוגיה החזותית הראשונה לחריטה וחיתוך אירוגל רגיל וצבעוני באמצעות מערכת חריטה בלייזר. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא הפשטות שלה כפי שהוא מאפשר מונוליתים Aerogel של כל צורה, גודל, או צבע להיות חרוט. מצגת וידאו מאפשרת הדגמה של השיקולים המעשיים של הפרוטוקול, כולל מיקום של Aerogel ויישור של חותך הלייזר.להכנת עובש לייצור מונולית אירוגל, בחר תבנית פלדה בת שלושה חלקים המורכבת מחלק עליון, אמצעי ותחתון עם מידות חיצוניות של 15.24 על 14 ס"מ בחלל 10 על 11 ס"מ במרכז. בחלק העליון של התבנית צריכים להיות שבעה חורי אוורור 0.08 ס"מ בכל צד. השתמש בסבון מדולל ובספוג בעל מרקם מחוספס כדי לקרצף את החלקים העליונים, האמצעיים והתחתונים של התבנית ולייבש את כל החלקים הנקיים של התבנית במגבת נייר.לאחר הייבוש, יש להשתמש במגבון ניקוי חד פעמי לנגב את התבנית עד שהמנגב לניקוי יישאר נקי. לאחר מכן, השתמש 2, 000 נייר זכוכית חצץ חול קלות כל המשטחים עד התבנית היא חלקה למגע וכל שאריות משימושים קודמים הוסר, תוך תשומת לב נוספת לחלק הפנימי של התבנית האמצעית שבו Aerogel נוצר. נקה את חורי האוורור בחלק התבנית העליונה עם אוויר דחוס והחל ידנית כ-2.4 מיליליטר של שומן ואקום גבוה בשכבה עבה, אפילו מילימטרית אחת עד שני מילימטרים על כל משטח המחבר העליון של התבנית התחתונה וכמיליליטר של גריז בשכבה עבה, אפילו אחת עד שני מילימטרים על החצי החיצוני של משטח החיבור התחתון של התבנית העליונה.יש למרוח כ-0.5 מיליליטר של שומן ואקום גבוה בשכבה של פחות מ-0.5 מ"מ על המשטחים הפנימיים של התבניות העליונות והתחתון ולהשתמש במחיק ניקוי חד פעמי כדי לנגב עודפי גריז עד שהמשטח מרגיש חלק וללא דביקות מהשמן. באופן ידני להחיל 0.5 מיליליטר של שומן ואקום גבוה בשכבת 0.5 מילימטר אפילו פחות של שומן על פני השטח הפנימיים של התבנית האמצעית. כדי להכין את קובץ תבנית החריטה, פתח מסמך חדש ביישום ציור מתאים והוסף את הטקסט או התמונה הרצויים בכל גודל ורוחב קו ישירות למסמך ולאחר מכן שמור את הקובץ.כדי לחרוט מונולית אירוגל, הפעל תחילה את החריטה בלייזר, מערכת פליטת ואקום ומחשב מחובר. מדוד את גודל משטח המונולית של Aerogel שייחרט ויפתח את קובץ תבנית החריטה. הגדר את גודל הממד של המסמך כך שיתאימו לגודל המונולית של Aerogel הנמדד ופתח את המכסה של החריטה בלייזר.השתמש ביד בכפפה כדי למקם את האירוג'ל על משטח החריטה בלייזר וליישר את האירוג'ל בפינה השמאלית העליונה עם האירוג'ל שנוגע בסרגלים העליונים והשמאליים. הפוך את מד המיקוד הידני של המגנט בצורת V המחובר ללייזר הפוך ולחץ על הפוקוס על חרט הלייזר. הגן על מונולית Aerogel עם ניגוב ניקוי חד פעמי והשתמש בחץ למעלה בלוח הבקרה של חרט הלייזר כדי להזיז את פלטפורמת החריטה בלייזר עד שהחלק התחתון של מד המיקוד הידני רק נוגע באירוג'ל.הסר את המחיקה והחזר את המד למיקומו המקורי. סגור את מכסה חריטה הלייזר ולחץ על קובץ והדפסה בתוכנית הציור. בחר בחר את חריטת הלייזר כמיקום ההדפסה ופתח את חלון ההעדפות כדי להגדיר את מאפייני המדפסת.בחר את מצב הרסטר בתוך DPI של 600, מהירות של 100%ועוצמה של 55%אשר שגודל החלק תואם לגודל המונולית של Aerogel הנמדד ולחץ על החל והדפסה. בחלונית הקדמית של החריטה בלייזר, לחץ על משימה ובחר את שם הקובץ המתאים. לחץ על Go.כאשר החריטה בלייזר מסתיימת, לחץ על פוקוס והשתמש בחץ למטה בלוח הבקרה הקדמי של חריטת הלייזר כדי להוריד את הבסיס.השתמש ביד בכפפה כדי להעביר בעדינות את האירוג'ל מפלטפורמת החריטה בלייזר למיכל שלו ולחץ על אשפה כדי לטהר את העבודה מהחריטה. כדי לחתוך מונולית אירוגל, הפעל את החריטה בלייזר, מערכת פליטת ואקום ומחשב מחובר ומדוד את גודל משטח המונולית של Aerogel לחיתוך. לחיתוך כללי, פתח מסמך חדש בתוכנית הציור והזן את הממדים עבור גודל המסמך כדי לתאם עם גודל המונולית של Aerogel הנמדד.השתמש בכלי הציור ברוחב קו השיער כדי ליצור את התבנית שתיחתך ולמקם את התבנית כך שתתאים למיקום החיתוך הרצוי על ה- Aerogel. נקה גיליון עבה 0.0127 מילימטר של רדיד נירוסטה גדול מספיק כדי לכסות את הבסיס של מונולית Aerogel עם אצטון ולהניח את נייר הכסף על פלטפורמת החריטה לייזר. יישר את נייר הכסף של Aerogel ופלדת אל-חלד בפינה השמאלית העליונה כאשר האירוג'ל נוגע בסרגלים העליונים והשמאליים ולהתאים את מיקום המד כפי שהודגם.לחץ על קובץ והדפסה בתוכנית הציור ובחר בחריטה בלייזר כמיקום ההדפסה ופתח את חלון ההעדפות כדי להגדיר את מאפייני המדפסת. בחר את המצב הווקטורי והגדר את ה- DPI ל- 600, את המהירות ל- 3% את העוצמה ל- 90% ואת התדירות של 1, 000 הרץ. ודא שגודל החלק תואם לגודל Aerogel הנמדד.עומק החתך ישתנה עם מהירות הלייזר. לחץ על איוב ולך כדי ליזום את החיתוך כפי שהודגם. לאחר איסוף המדגם, השתמש במברשת קצף כדי להסיר בעדינות כל חתיכות קטנות של Aerogel אבלציה שנותרו על פניו של המונולית שהיה במגע עם הלייזר.עבור גישה זו של פסיפס אירוגל, אותה תבנית נחתכה לשלושה מונוליתים שונים של אירוגל צבועים והחתיכות הורבנו מחדש לתבנית פסיפס. ניתן לחרוט עיצובים על חתיכות מונוליטיות קטנות יותר כפי שהודגם כדי להשיג סידורים מעניינים מבחינה ויזואלית בתנאי אור טבעיים אולטרה סגולים אפילו על חתיכות קטנות יותר. כפי שניתן להמחיש, אירוגלים מקומיים יכולים להיות חקוקים בדפוסים של צפיפות שונה עם תצלומים המודפסים על פני השטח הקדמיים של אירוגל מישורי, על משטח מעוקל, ועל אירוגלים צבועים פלואורסצנטיים.בתמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת זו של אירוג'ל סיליקה חרוט, ניתן לראות את הממשק בין הקווים החרוטים לבין האירוג'ל הננו-נקבובי הכמעט חלק. חריטה גורמת אבלציה והמסה של חומר פני השטח למבנים דמויי חוט כפי שנצפו בתמונה זו מראה את ההשפעה של פעימת לייזר אחת של Aerogel. הכנה זהירה, כולל התאמת ניגודיות של התמונות שיש לחרוט, היא קריטית להשגת תוצאות באיכות גבוהה.עידון נוסף של שיטת החריטה בלייזר יכול לספק חלופה למיקרו-עיבוד של אירוגלים סיליקה. מונוליתים Aerogel אסתטי יכול למצוא יישום במגוון רחב של תחומים, כולל יצירות אמנות ומבנים בני קיימא.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

ייצור של אולטרה סיליקה Microresonators באיכות גבוהה פקטור

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

הפרדה מרחבית של קונפורמרים מולקולריים ואשכולות

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

Nanohelices להרחבה עבור חיזוי מחקרים ויזואליזציה 3D משופר

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

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

עדשה-פחות קומפקטי מיקרוסקופ הולוגרפי הדיגיטלי פיקוח MEMS ואפיון

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

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

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

העברה קדימה-induced לייזר של 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

אלקטרוכימי תחריט ואפיון של נקודות שדה פליטה שארפ עבור יינון אלקטרונים

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

The Evolution of Silica Nanoparticle-polyester Coatings on Surfaces Exposed to Sunlight

האבולוציה של ציפויי-פוליאסטר Nanoparticle סיליקה על משטחים חשופים לאור השמש

Corrosion of metallic surfaces is prevalent in the environment and is of great concern in many areas, including the military, transport, aviation, ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

One-Step Approach to Fabricating Polydimethylsiloxane Microfluidic Channels of Different Geometric Sections by Sequential Wet Etching Processes

הגישה של צעד אחד בדיית Polydimethylsiloxane Microfluidic אפיקי מקטעים גיאומטריים שונים בתהליכים רציפים איכול רטוב

Polydimethylsiloxane (PDMS) materials are substantially exploited to fabricate microfluidic devices by using soft lithography replica molding techniques. ...