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

Os autores gostariam de reconhecer o Union College Faculty Research Fund, o programa Student Research Grant e o programa de pesquisa de graduação de verão para apoio financeiro do projeto. Os autores também gostariam de reconhecer Joana Santos pelo design do molde de três peças, Chris Avanessian para a sem imagem, Ronald Tocci por gravar na superfície curva do aerogel, e Dr. Ioannis Michaloudis pela inspiração e trabalho inicial no projeto de gravação, bem como por fornecer a imagem kouros e aerogel cilíndrico.

Óculos de segurança ou óculos devem ser usados ao preparar as soluções precursoras do aerogel, trabalhando com a prensa quente e usando o sistema de gravura a laser. Luvas de laboratório devem ser usadas na limpeza e preparo do molde, preparando a solução de reagente químico, despejando a solução no molde na prensa quente e manuseando o aerogel. Leia as Folhas de Dados de Segurança (SDS) para todos os produtos químicos, incluindo solventes, antes de trabalhar com eles. A ortosilicato de tetramotila (TMOS), m...

<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>

Este protocolo demonstra como a gravura a laser e a inclusão de corantes podem ser empregadas para preparar materiais aerogel esteticamente agradáveis.
Fazer monólitos de aerogel grandes (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) requer uma preparação adequada do molde através da lixamento, limpeza e aplicação de graxa para evitar que o aerogel grude no molde e as principais rachaduras se formam. As partes do molde em contato direto com a solução precursora/em breve a ser formada aerogel são as mais ...

O aerogel de sílica é um material nanoporoso, de alta superfície, material isolante acústico com baixa condutividade térmica que pode ser usado em uma variedade de aplicações desde a coleta de poeira espacial até o material de isolamento de construção1,2. Quando fabricados em forma monolítica, os aerogéis de sílica são translúcidos e podem ser usados para fazer janelas altamente isolantes3,4,5.
Recentemente, demonstramos que é possível alterar a aparência de um aerogel de sílica gravando ou cortando a superfície usando um sistema de gravura a laser6,7 sem causar danos estruturais a granel ao aerogel. Isso pode ser útil para fazer melhorias estéticas, imprimir informações de inventário e usinar monólitos de aerogel em várias formas. Os lasers femtosegundos têm sido mostrados para trabalhar para a "micro-usinagem" bruta dos aerogels8,9,10,11; no entanto, o protocolo atual demonstra a capacidade de alterar a superfície dos aerogels com um simples sistema de gravação a laser. Como resultado, este protocolo é amplamente aplicável às comunidades artísticas e técnicas.
Também é possível incorporar corantes na mistura precursora química do aerogel e, assim, fazer aerogels doados por corante com uma gama de tons. Este método tem sido usado para fabricar sensores químicos12,13, para melhorar a detecção de Cerenkov14, e por razões puramente estéticas. Aqui, demonstramos o uso de corantes e gravuras a laser para preparar aerogels esteticamente agradáveis.
Na seção que se segue, descrevemos procedimentos para fazer grandes monólitos de aerogás de sílica, alterando o procedimento de preparação de monólitos para incorporar corantes, gravura de texto, padrões e imagens na superfície de um monólito de aerogel, e cortando formas de grandes monólitos tingidos a serem montados em mosaicos.

<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

Um procedimento para aumentar esteticamente os monólitos de aerogel de sílica por gravura a laser e incorporação de corantes é descrito neste manuscrito. Utilizando um método de extração supercrítica rápida, o monólito de aerogel de sílica grande (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) pode ser fabricado em cerca de 10 h. Corantes incorporados na mistura precursora resultam em aerogel amarelo, rosa e laranja. Texto, padrões e imagens podem ser gravados na superfície (ou superfícies) do monólito do aerogel sem danificar a estrutura a granel. O gravador a laser pode ser usado para cortar formas do aerogel e formar mosaicos coloridos.

Este protocolo pode ser empregado para preparar uma grande variedade de monólitos de aerogel esteticamente agradáveis para aplicações, incluindo, mas não se limitando a, arte e design de edifício sustentável. A inclusão na mistura precursora das pequenas quantidades de corante aqui empregadas só é observada para impactar a cor do monólito aerogel resultante; mudanças em outras propriedades ópticas ou estruturais não são observadas.
<p class="jove_content" fo:keep-togeth...

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Aesthetically Enhanced Silica Aerogel Via Incorporation of Laser Etching and Dyes

Este protocolo descreve um método para gravar textos, padrões e imagens na superfície de monólitos de aerogel de sílica em forma nativa e tingida e montar os aerogels em desenhos de mosaicos.

Aerogel de sílica esteticamente aprimorado via incorporação de gravura a laser e corantes

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

Este protocolo apresenta a primeira metodologia visual para gravar e cortar Aerogel simples e tingido usando um sistema de gravação a laser. A principal vantagem dessa técnica é sua simplicidade, pois permite que monólitos aerogel de qualquer forma, tamanho ou cor sejam gravados. A apresentação em vídeo permite a demonstração das considerações práticas do protocolo, incluindo a colocação do Aerogel e o alinhamento do cortador a laser.Para preparar um molde para a fabricação de monólitos aerogel, selecione um molde de aço de três partes composto por uma parte superior, média e inferior com dimensões externas de 15,24 por 14 centímetros em uma cavidade de 10 por 11 centímetros no centro. A parte superior do molde deve ter sete orifícios de ventilação de 0,08 centímetros em cada lado. Use sabão diluído e uma esponja de textura áspera para esfregar as partes superior, média e inferior do molde e secar todas as partes limpas do molde com uma toalha de papel.Após a secagem, use lenços de limpeza descartáveis individuais para limpar o molde até que a limpeza permaneça limpa. Em seguida, use 2.000 lixas de grão para lixar levemente todas as superfícies até que o molde esteja liso ao toque e qualquer resíduo de usos anteriores tenha sido removido, prestando atenção extra ao interior do molde médio onde o Aerogel é formado. Limpe os orifícios de ventilação na parte superior do molde com ar comprimido e aplique manualmente aproximadamente 2,4 mililitros de graxa de vácuo alto em uma camada espessa, mesmo de um a dois milímetros sobre toda a superfície superior de conexão do molde inferior e aproximadamente um milímetro de graxa em uma espessura, mesmo uma a duas milímetros de camada para a metade externa da superfície de conexão inferior do molde superior.Aplique aproximadamente 0,5 mililitros de graxa de alto vácuo em uma camada ainda inferior a 0,5 milímetros nas superfícies internas dos moldes superior e inferior e use um limpador descartável para limpar o excesso de graxa até que a superfície fique lisa e sem pegajosidade dos restos da graxa. Aplique manualmente 0,5 mililitros de graxa de alto vácuo em uma camada ainda inferior a 0,5 milímetros de graxa na superfície interna do molde médio. Para preparar o arquivo padrão de gravação, abra um novo documento em um aplicativo de desenho apropriado e adicione o texto ou imagem desejado de qualquer tamanho e largura de linha diretamente ao documento e, em seguida, salve o arquivo.Para gravar um monólito Aerogel, primeiro ligue o gravador a laser, o sistema de escape de vácuo e o computador conectado. Meça o tamanho da superfície do monólito Aerogel que será gravada e abra o arquivo padrão de gravação. Defina o tamanho da dimensão do documento para corresponder ao tamanho do monólito Aerogel medido e abra a tampa do gravador a laser.Use uma mão enluvada para colocar o Aerogel na plataforma de gravador a laser e alinhar o Aerogel no canto superior esquerdo com o Aerogel tocando as réguas superiores e esquerdas. Vire o medidor de foco manual do ímã em forma de V ligado ao laser de cabeça para baixo e pressione Concentre-se no gravador a laser. Proteja o monólito Aerogel com um limpador descartável e use a seta para cima no painel de controle do gravador a laser para mover a plataforma de gravador a laser até que a parte inferior do medidor de foco manual apenas toque no Aerogel.Remova a limpeza e devolva o medidor à sua posição original. Feche a tampa do gravador a laser e clique em Arquivo e Imprimir no programa de desenho. Selecione o gravador a laser como o local de impressão e abra a janela de preferências para definir as propriedades da impressora.Selecione o modo raster dentro de um DPI de 600, uma velocidade de 100% e uma potência de 55% Confirme que o tamanho da peça corresponde ao tamanho do monólito Aerogel medido e clique em Aplicar e Imprimir. No painel frontal do gravador a laser, clique em Trabalho e selecione o nome de arquivo correspondente. Clique em Go.Quando o gravador a laser terminar, clique em Focus e use a seta para baixo no painel de controle frontal do gravador a laser para baixar a base.Use uma mão enluvada para transferir suavemente o Aerogel da plataforma de gravador a laser para seu recipiente e clique em Lixo para limpar o trabalho do gravador. Para cortar um monólito Aerogel, ligue o gravador a laser, o sistema de escape de vácuo e o computador conectado e meça o tamanho da superfície do monólito Aerogel a ser cortada. Para corte geral, abra um novo documento no programa de desenho e insira as dimensões para que o tamanho do documento se correlacione com o tamanho do monólito Aerogel medido.Use a ferramenta de desenho de largura da linha do cabelo para criar o padrão que será cortado e posicionar o padrão para corresponder ao local de corte desejado no Aerogel. Limpe uma folha de 0,0127 milímetros de espessura de papel alumínio inoxidável grande o suficiente para cobrir a base do monólito Aerogel com acetona e coloque a folha na plataforma do gravador a laser. Alinhe o Aerogel e a folha de aço inoxidável no canto superior esquerdo com o Aerogel tocando as réguas superiores e esquerdas e ajuste a posição do medidor conforme demonstrado.Clique em Arquivar e Imprimir no programa de desenho e selecione o gravador a laser como o local de impressão e abra a janela de preferências para definir as propriedades da impressora. Selecione o modo vetorial e defina o DPI para 600, a velocidade para 3% a potência para 90% e a frequência de 1.000 Hertz. Confirme se o tamanho da peça corresponde ao tamanho do Aerogel medido.A profundidade do corte vai variar de acordo com a velocidade do laser. Clique em Job e Ir para iniciar o corte como demonstrado. Após coletar a amostra, use uma escova de espuma para remover suavemente quaisquer pequenos pedaços de Aerogel ablado deixados no rosto do monólito que estava em contato com o laser.Para esta abordagem do mosaico aerogel, o mesmo padrão foi cortado em três monólitos aerogel tingidos diferentes e as peças foram remontadas em um padrão de mosaico. É possível gravar desenhos em peças monolíticas menores, como demonstrado para obter arranjos visualmente interessantes sob condições naturais e de luz ultravioleta, mesmo em peças menores. Como ilustrado, aerogels nativos podem ser gravados com padrões de várias densidades com fotografias impressas na superfície frontal de um Aerogel planar, em uma superfície curva, e em Aerogels tingidos fluorescentes.Nesta imagem de microscópio eletrônico de varredura de um Aerogel de sílica gravada, a interface entre as linhas gravadas e o aerogel nanoporoso quase liso pode ser observada. A gravação causa a ablação e o derretimento do material superficial em estruturas semelhantes a filamentos, como observado nesta imagem, mostrando o efeito de um único pulso laser do Aerogel. A preparação cuidadosa, incluindo o ajuste de contraste das imagens a serem gravadas, é fundamental para alcançar resultados de alta qualidade.Um refinamento adicional do método de gravura a laser poderia fornecer uma alternativa à micro-usinagem dos Aerogels de sílica. Os monólitos de Aerogel estéticos poderiam encontrar aplicação em uma ampla variedade de áreas, incluindo obras de arte e edifícios sustentáveis.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Fabricação de Sílica Ultra microresonators alto fator de qualidade

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

Engenharia

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Separação Espacial de Conformadores Moleculares e 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

Nanoespirais escaláveis ​​para estudos de previsão e melhor visualização 3D

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

A caracterização das emissões laser Far-infrared e da medição de suas frequências

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 Digital Holographic Microscope de Inspeção MEMS e Caracterização

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

Automação de Modo de bloqueio em uma rotação do laser da fibra não-linear de polarização através de medidas de polarização de saída

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

Transferência Atacante induzida por laser de Ag Nanopasta

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

Electrochemical Gravura e Caracterização de pontas afiadas Field Emission for Electron Impact Ionização

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