Aérogel de silice esthétiquement amélioré grâce à l’incorporation de gravure au laser et de colorants
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 2000 grit sandpaper | Various | ||
| 50W Laser Engraver | Epilog Laser | Any laser cutter is suitable | |
| Acetone | Fisher Scientific www.fishersci.com | A18-20 | Certified ACS Reagent Grade |
| Ammonium Hydroxide (aqueous ammonia) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A669S212 | Certified ACS Plus, about 14.8N, 28.0-20.0 w/w% |
| Beakers | Purchased from Fisher Scientific | Any glass beaker is suitable. | |
| Deionized Water | On tap in house | ||
| Digital balance | OHaus Explorer Pro | Any digital balance is suitable. | |
| Disposable cleaning wipes | Fisher Scientific www.fishersci.com | 06-666 | KimWipe |
| Drawing Software | CorelDraw Graphics Suite | CorelDraw | |
| Flexible Graphite Sheet | Phelps Industrial Products | 7500.062.3 | 1/16" thick |
| Fluorescein | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | F2456 | Dye content ~95% |
| Foam paint brush | Various | 1-2 cm size | |
| High Vacuum Grease | Dow Corning | ||
| Hydraulic Hot Press | Tetrahedron www.tetrahedronassociates.com | MTP-14 | Any hot press with temperature and force control will work. Needs maximum temperature of ~550 F and maximum force of 24 tons. |
| Laser Engraver | Epilogue Laser | Helix – 24 | 50 W |
| Methanol (MeOH) | Fisher Scientific www.fishersci.com | A412-20 | Certified ACS Reagent Grade, ≥99.8% |
| Mold | Fabricated in House | Fabricate from cold-rolled steel or stainless steel. | |
| Paraffin Film | Fisher Scientific www.fishersci.com | S37441 | Parafilm M Laboratory Film |
| Rhodamine-6G Rhodamine-6g FlouresceinRhodamine-6g |
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | 20,132-4 | Dye content ~95% |
| Rhodamine-B Rhodamine-6g FlouresceinRhodamine-6g |
Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | R-953 | Dye content ~80% |
| Soap to clean mold | Various | ||
| Stainless Steel Foil | Various | .0005" thick, 304 Stainless Steel | |
| Tetramethylorthosilicate (TMOS) | Sigma Aldrich www.sigmaaldrich.com | 218472-500G | 98% purity, CAS 681-84-5 |
| Ultrasonic Cleaner | FisherScientific FS6 | 153356 | Any sonicator is suitable. |
| Vacuum Exhaust system | Purex | 800i | Any exhaust system is suitable. |
| Variable micropipettor, 100-1000 µL | Manufactured by Eppendorf, purchased from Fisher Scientific www.fishersci.com | S304665 | Any 100-1000 µL pipettor is suitable. |
Riferimenti
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