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

A los autores les gustaría agradecer el Fondo de Investigación de la Facultad de Union College, el programa de Becas de Investigación Estudiantil y el programa de investigación de pregrado de verano por el apoyo financiero del proyecto. Los autores también desean agradecer a Joana Santos por el diseño del molde de tres piezas, Chris Avanessian por la imagen SEM, Ronald Tocci por el grabado en la superficie curva de aerogel y el Dr. Ioannis Michaloudis por la inspiración y el trabajo inicial en el proyecto de grabado, así como por proporcionar la imagen de Kouros y el aerogel cilíndrico.

Se deben usar gafas o gafas de seguridad al preparar las soluciones precursoras de aerogel, trabajar con la prensa en caliente y usar el sistema de grabado láser. Se deben usar guantes de laboratorio al limpiar y preparar el molde, preparar la solución de reactivo químico, verter la solución en el molde en la prensa caliente y manipular el aerogel. Lea las hojas de datos de seguridad (SDS) para todos los productos químicos, incluidos los disolventes, antes de trabajar con ellos. El ortosilicato de tetrametilo (TMOS)...

<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 demuestra cómo se puede emplear el grabado láser y la inclusión de tintes para preparar materiales de aerogel estéticamente agradables.
Hacer monolitos de aerogel grandes (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) requiere una preparación adecuada del molde a través del lijado, la limpieza y la aplicación de grasa para evitar que el aerogel se pegue al molde y se formen grietas importantes. Las partes del molde en contacto directo con la solución precursora / aerogel que pronto se formar?...

El aerogel de sílice es un material nanoporoso, de alta superficie, acústicamente aislante con baja conductividad térmica que se puede utilizar en una variedad de aplicaciones, desde la recolección de polvo espacial hasta el material de aislamiento de edificios1,2. Cuando se fabrican en forma monolítica, los aerogeles de sílice son translúcidos y se pueden utilizar para hacer ventanas altamente aislantes3,4,5.
Recientemente, hemos demostrado que es posible alterar la apariencia de un aerogel de sílice grabando o cortando a través de la superficie utilizando un sistema de grabado láser6,7 sin causar daños estructurales a granel al aerogel. Esto podría ser útil para realizar mejoras estéticas, imprimir información de inventario y mecanizar monolitos de aerogel en varias formas. Se ha demostrado que los láseres de femtosegundo funcionan para el "micromecanado" crudo de aerogeles8,9,10,11; sin embargo, el protocolo actual demuestra la capacidad de alterar la superficie de los aerogeles con un simple sistema de grabado láser. Como resultado, este protocolo es ampliamente aplicable a las comunidades artísticas y técnicas.
También es posible incorporar colorantes en la mezcla de precursores químicos de aerogel y, por lo tanto, hacer aerogeles dopados con colorantes con una gama de tonos. Este método se ha utilizado para fabricar sensores químicos12,13,para mejorar la detección de Cerenkov14,y por razones puramente estéticas. Aquí, demostramos el uso de tintes y grabado láser para preparar aerogeles estéticamente agradables.
En la sección que sigue, describimos los procedimientos para hacer grandes monolitos de aerogel de sílice, alterar el procedimiento de preparación del monolito para incorporar tintes, grabar texto, patrones e imágenes en la superficie de un monolito de aerogel, y cortar formas de grandes monolitos teñidos para ensamblar en 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

En este manuscrito se describe un procedimiento para mejorar estéticamente los monolitos de aerogel de sílice mediante grabado láser e incorporación de tintes. Utilizando un método de extracción supercrítica rápida, se puede fabricar un gran monolito de aerogel de sílice (10 cm x 11 cm x 1,5 cm) en aproximadamente 10 h. Los colorantes incorporados a la mezcla precursora dan como resultado aerogeles teñidos de amarillo, rosa y naranja. El texto, los patrones y las imágenes se pueden grabar en la superficie (o superficies) del monolito de aerogel sin dañar la estructura a granel. El grabador láser se puede utilizar para cortar formas del aerogel y formar mosaicos coloridos.

Este protocolo se puede emplear para preparar una amplia variedad de monolitos de aerogel estéticamente agradables para aplicaciones que incluyen, entre otras, arte y diseño de edificios sostenibles. La inclusión en la mezcla precursora de las pequeñas cantidades de tinte empleadas aquí solo se observa que afecta el color del monolito de aerogel resultante; no se observan cambios en otras propiedades ópticas o estructurales.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="...

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

Este protocolo describe un método para grabar texto, patrones e imágenes en la superficie de monolitos de aerogel de sílice en forma nativa y teñida y ensamblar los aerogeles en diseños de mosaico.

Aerogel de sílice estéticamente mejorado mediante la incorporación de grabado láser y tintes

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 presenta la primera metodología visual para el grabado y corte de Aerogel liso y teñido mediante un sistema de grabado láser. La principal ventaja de esta técnica es su simplicidad, ya que permite grabar monolitos de aerogel de cualquier forma, tamaño o color. La presentación en video permite la demostración de las consideraciones prácticas del protocolo, incluida la colocación del aerogel y la alineación del cortador láser.Para preparar un molde para la fabricación de monolitos de aerogel, seleccione un molde de acero de tres partes que consista en una parte superior, media e inferior con dimensiones exteriores de 15.24 por 14 centímetros en una cavidad de 10 por 11 centímetros en el centro. La parte superior del molde debe tener siete orificios de ventilación de 0,08 centímetros en cada lado. Use jabón diluido y una esponja de textura áspera para frotar las partes superior, media e inferior del molde y seque todas las partes limpias del molde con una toalla de papel.Después del secado, use toallitas de limpieza desechables individuales sumergidas en acetona para limpiar el moho hasta que la toallita de limpieza permanezca limpia. A continuación, use papel de lija de grano 2, 000 para lijar ligeramente todas las superficies hasta que el molde esté liso al tacto y se haya eliminado cualquier residuo de usos anteriores, prestando especial atención al interior del molde medio donde se forma el Aerogel. Limpa los orificios de ventilación en la parte superior del molde con aire comprimido y aplique manualmente aproximadamente 2,4 mililitros de grasa de alto vacío en una capa gruesa, incluso de uno a dos milímetros, sobre toda la superficie de conexión superior del molde inferior y aproximadamente un mililitro de grasa en una capa gruesa, incluso de uno a dos milímetros, a la mitad exterior de la superficie de conexión inferior del molde superior.Aplique aproximadamente 0,5 mililitros de grasa de alto vacío en una capa incluso inferior a 0,5 milímetros en las superficies interiores de los moldes superior e inferior y use una toallita de limpieza desechable para limpiar el exceso de grasa hasta que la superficie se sienta lisa y no quede pegajosa de la grasa. Aplique manualmente 0,5 mililitros de grasa de alto vacío en una capa de grasa incluso inferior a 0,5 milímetros en la superficie interior del molde central. Para preparar el archivo de patrón de grabado, abra un nuevo documento en una aplicación de dibujo adecuada y agregue el texto o la imagen deseados de cualquier tamaño y ancho de línea directamente al documento, luego guarde el archivo.Para grabar un monolito de Aerogel, primero encienda el grabador láser, el sistema de escape al vacío y la computadora conectada. Mida el tamaño de la superficie del monolito Aerogel que se grabará y abra el archivo de patrón de grabado. Establezca el tamaño de dimensión del documento para que corresponda al tamaño del monolito aerogel medido y abra la tapa del grabador láser.Use una mano enguantada para colocar el Aerogel en la plataforma del grabador láser y alinee el Aerogel en la esquina superior izquierda con el Aerogel tocando las reglas superior e izquierda. Voltee el medidor de enfoque manual del imán en forma de V conectado al láser boca abajo y presione Focus en el grabador láser. Proteja el monolito de Aerogel con una toallita de limpieza desechable y use la flecha hacia arriba en el panel de control del grabador láser para mover la plataforma del grabador láser hasta que la parte inferior del medidor de enfoque manual toque el Aerogel.Retire la toallita y devuelva el medidor a su posición original. Cierre la tapa del grabador láser y haga clic en Archivo e imprimir en el programa de dibujo. Seleccione el grabador láser como ubicación de impresión y abra la ventana de preferencias para establecer las propiedades de la impresora.Seleccione el modo ráster dentro de un DPI de 600, una velocidad del 100% y una potencia del 55%Confirme que el tamaño de la pieza coincida con el tamaño del monolito de Aerogel medido y haga clic en Aplicar e imprimir. En el panel frontal del grabador láser, haga clic en Trabajo y seleccione el nombre de archivo correspondiente. Haga clic en Ir.Cuando el grabador láser termine, haga clic en Enfoque y utilice la flecha hacia abajo en el panel de control frontal del grabador láser para bajar la base.Use una mano enguantada para transferir suavemente el aerogel de la plataforma del grabador láser a su contenedor y haga clic en Papelera para purgar el trabajo del grabador. Para cortar un monolito de Aerogel, encienda el grabador láser, el sistema de escape al vacío y la computadora conectada y mida el tamaño de la superficie del monolito de Aerogel que se va a cortar. Para el corte general, abra un nuevo documento en el programa de dibujo e introduzca las dimensiones del tamaño del documento para que se correlacione con el tamaño del monolito Aerogel medido.Utilice la herramienta de dibujo de ancho de línea de pelo para crear el patrón que se cortará y coloque el patrón para que coincida con la ubicación de corte deseada en el Aerogel. Limpie una lámina de acero inoxidable de 0,0127 milímetros de espesor lo suficientemente grande como para cubrir la base del monolito Aerogel con acetona y coloque la lámina en la plataforma del grabador láser. Alinee el aerogel y la lámina de acero inoxidable en la esquina superior izquierda con el aerogel tocando las reglas superior e izquierda y ajuste la posición del medidor como se ha demostrado.Haga clic en Archivo e imprimir en el programa de dibujo y seleccione el grabador láser como ubicación de impresión y abra la ventana de preferencias para establecer las propiedades de la impresora. Seleccione el modo vectorial y establezca el DPI en 600, la velocidad en 3%, la potencia en 90% y la frecuencia de 1, 000 Hertz. Confirme que el tamaño de la pieza coincida con el tamaño del aerogel medido.La profundidad del corte variará con la velocidad del láser. Haga clic en Trabajo e Ir para iniciar el corte como se muestra. Después de recolectar la muestra, use un cepillo de espuma para eliminar suavemente cualquier pequeño trozo de Aerogel ablatado que quede en la cara del monolito que estaba en contacto con el láser.Para este enfoque de mosaico de Aerogel, el mismo patrón se cortó en tres monolitos de Aerogel teñidos diferentes y las piezas se volvieron a ensamblar en un patrón de mosaico. Es posible grabar diseños en piezas monolíticas más pequeñas como se ha demostrado para obtener arreglos visualmente interesantes en condiciones de luz natural y ultravioleta incluso en piezas más pequeñas. Como se ilustra, los Aerogeles nativos se pueden grabar con patrones de diversa densidad con fotografías impresas en la superficie frontal de un Aerogel plano, en una superficie curva y en Aerogeles teñidos fluorescentes.En esta imagen de microscopio electrónico de barrido de un aerogel de sílice grabado, se puede observar la interfaz entre las líneas grabadas y el aerogel nanoporoso casi suave y sin grabar. El grabado provoca la ablación y fusión del material de la superficie en estructuras similares a filamentos como se observa en esta imagen que muestra el efecto de un solo pulso láser del Aerogel. La preparación cuidadosa, incluido el ajuste de contraste de las imágenes a grabar, es fundamental para lograr resultados de alta calidad.Un mayor refinamiento del método de grabado láser podría proporcionar una alternativa al micromecanismo de los aerogeles de sílice. Los monolitos estéticos de aerogel podrían encontrar aplicación en una amplia variedad de áreas, incluidas obras de arte y edificios sostenibles.

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

La fabricación de sílice de alta calidad Ultra microresonators Factor

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

Investigación

Ingeniería

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Separación espacial de conformadores moleculares y cúmulos

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 escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D

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

Compacto holográfica microscopio digital Lente menos por MEMS Inspección y Caracterización

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

Automatización de modo de bloqueo de rotación en un láser de fibra no lineal de polarización a través de mediciones de polarización de salida

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

Transferencia Forward inducida por láser 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

Aguafuerte electroquímica y caracterización de los puntos agudos de emisión de campo de ionización por impacto electrónico

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

La evolución de sílice recubrimientos de nanopartículas-poliéster sobre superficies expuestas al sol

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

Fabricación de microesferas de polímero para aplicaciones de resonador óptico y láser

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

Enfoque de un solo paso fabricación de polidimetilsiloxano microfluídicos canales de distintas secciones geométricas por procesos secuenciales aguafuerte mojada

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