تقشير المصرية الأزرق والأزرق هان، واثنان من أصباغ استنادا سيليكات النحاس القلوي الأرض
概要
موصوفة إعداد وتقشير CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10. عند التحريك في الماء الساخن، CaCuSi 4 O 10 يقشر بشكل عفوي في الطبقات الوحيدة، في حين BaCuSi 4 O 10 يتطلب ultrasonication في المذيبات العضوية. بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (الجرد) التصوير يوضح خصائص الانبعاثات الجرد الوطني من هذه المواد، والتفرق مائي من هذه المواد النانوية هي مفيدة لمعالجة حل.
Abstract
في المثال تصور من الماضي القديم والتواصل مع العصر الحديث، ونحن تصف إعداد وتقشير CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10، ومكونات الملون من أصباغ زرقاء زرقاء وهان المصرية التاريخية. وقد تم تجميع الأشكال الأكبر من هذه المواد من قبل كل تذوب طرق التمويه والحالة الصلبة، والتي توفر قدرا من السيطرة على حجم الكريستال من المنتج. عملية تدفق تذوب حان الوقت مكثفة، ولكنها تنتج بلورات كبيرة نسبيا في درجات حرارة منخفضة التفاعل. في المقارنة، وطريقة الحالة الصلبة هو أسرع حتى الآن رد فعل يتطلب درجات حرارة أعلى وينتج البلورة أصغر. عند التحريك في الماء الساخن، CaCuSi 4 O 10 يقشر بشكل عفوي في nanosheets أحادي الطبقة، التي تتميز TEM وPXRD. BaCuSi 4 O 10 من ناحية أخرى يتطلب ultrasonication في المذيبات العضوية لتحقيق تقشير. يوضح التصوير بالأشعة تحت الحمراء قربأن كلا من السائبة وأشكال nanosheet من CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 هي بواعث الأشعة تحت الحمراء بالقرب قوية. مائي CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 التفرق nanosheet هي مفيدة لأنها توفر طريقة جديدة للتعامل، وتميز، ومعالجة هذه المواد في شكل الغروية.
Introduction
تم قصب السبق ألوان نابضة بالحياة في جميع أنحاء العالم القديم. حتى اليوم، لا يزال بوسعنا أن نرى بقايا الأصباغ والأصباغ التي أنشأتها كل ثقافة رئيسية. بشكل ملحوظ، وهما من أصباغ الأزرق الاصطناعية الأكثر شهرة حصة التركيب الكيميائي وبنية مماثلة، على الرغم من وضعت في أوقات مختلفة على نطاق واسع والأماكن. المكونات الملونة في كل من الزرقاء المصرية، CaCuSi 4 O 10، وهان الأزرق، BaCuSi 4 O 10، تنتمي إلى القلوية الأرض سلسلة النحاس tetrasilicate، ACuSi 4 O 10 (A = كا، الأب، با) 1، وكذلك أكبر مجموعة gillespite، العبسي 4 O 10 (B = الحديد، النحاس، الكروم) 2،3.
ما وراء التطبيقات الصباغ التقليدية، والفائدة العلمية الحالية في هذه المواد على مراكز الأشعة تحت الحمراء بالقرب من القوي (الجرد) خصائص الانبعاثات. تنبع هذه الانبعاثات من النحاس + 2 بالتنسيق مستو مربع؛ وترتبط هذه الأيونات من قبل رباعي الأسطحالأنصاف ل سيليكات داخل التركيب البلوري ثلاثي الأبعاد، والطبقات الناتجة بالتناوب مع أيونات القلويات الأرض 4-6. ومن أبرز فنية مؤخرا NIR التصوير لتحديد أصباغ المصرية وهان الأزرق على التحف التراث الثقافي 7،8، اللانثينيدات المنشطات من ACuSi 4 O 10 لتعزيز خصائص الانعكاس الجرد الوطني وفتح مسارات جديدة لنقل الطاقة 9،10، واستخدام ACuSi 4 O 10 كمادة نشطة لأجهزة الاستشعار البصرية 11، وتقشير CaCuSi 4 O 10 في nanosheets أحادي الطبقة 12.
على وجه الخصوص، يوفر هذا المثال الأخير وسيلة لالبنية النانوية CaCuSi 4 O 10 بحيث يمكن التعامل معها باعتبارها تشتت الغروية بدلا من أن تكون الجسيمات الصلبة 12. لأن التفرق الغروية متوافقة مع تقنيات معالجة حل (مثل طلاء تدور، نافثة للحبر الطباعة، طبقة تلو طبقة deposiنشوئها)، يفتح هذا التقدم مجالات التطبيق الجديدة التي تتراوح من الأحبار الأمن إلى التصوير الطبي الحيوي. سوف البروتوكولات التجريبية هو موضح في هذه المساهمة تمكين الباحثين من خلفيات متنوعة لإعداد وتوصيف، واستخدام CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 nanosheets في عملهم.
Protocol
Representative Results
Discussion
إعداد الصباغ الأزرق المصرية، وهي مزيج من معظمهم CaCuSi 4 O 10 وشافي 2، هي عملية مدروسة 4،13-21. ويمكن تصنيف العديد من الإجراءات كما ذكرت إما تذوب تدفق أو الحالة الصلبة ردود الفعل. اثنين من المزايا الرئيسية لنهج تذوب تدفق هي أنه يسمح انخفاض درجات الحرارة رد فعل (<900 درجة مئوية) ويسمح CaCuSi 4 O 10 بلورات ل nucleate وتنمو من مرحلة الزجاج المصهور 20. المكون تدفق هو عادة الملح القلوي (على سبيل المثال نا 2 CO 3) أو مركب بورات (مثل البوراكس). في المقارنة، فإن التوليفات الحالة الصلبة تجاهل التدفق ولكنها تتطلب درجات حرارة أعلى (~ 1،000 ° C) للتفاعل بين الكالسيوم، CUO، وشافي 2 مصادر للوصول إلى الإنجاز.
على الرغم من أن تركيب هان الصباغ الأزرق لا درس فضلا عن أن المصريين الأزرق 4،22-25، وإعداد BaCuSi 4 O 10 التالي مماثلة تدفق تذوب وطرق الحالة الصلبة مع اثنين من الاختلافات: (1) يجب استخدام التمويه منع الرشوة، و (2) درجات الحرارة رد فعل يجب أن يكون للرقابة عن كثب لأنه من مراحل با النحاس سي-O البديلة التي يمكن أن تشكل (على سبيل المثال BaCuSi 2 O 6).
ويوضح هذه النقاط من خلال الإجراءات والنتائج التفصيلية الموضحة في هذه الورقة. أولا، بالنسبة لجميع الأساليب، يجب أن تكون الأرض المواد الأولية إلى مسحوق السلس (أرقام 1A-د) تتكون من 5-20 ميكرون الجسيمات (التي تتميز SEM؛ أرقام 2A د). المقبل، واستخدام كمية كبيرة من تدفق (12.5٪ من حيث الوزن) في إعداد CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 يؤدي إلى المنتجات البلورية العالية، التي تتميز صبغة زرقاء مكثفة (أرقام 3A و 3C)، نسبيا أحجام الجسيمات الكبيرة (الشكل 4A </strong>)، وأنماط PXRD قوية (أرقام 5A 6A و). تسبب في تقلص عائدات معزولة (~ 70٪) من هذه الاستعدادات من قبل التصاق من مخاليط رد فعل ذاب في بوتقة. في المقارنة، CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 بالطريق الحالة الصلبة المعرض تلوين أقل كثافة (أرقام 3B و 3D) وأحجام الجسيمات أصغر أعدت (الشكل 4B). كما توليفها، وهذه المنتجات هي المساحيق التي يمكن أن تكون معزولة في عوائد شبه الكمي. وهكذا، على حد سواء CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10، لا يمكن المبالغة فيها مزايا تدفق وأهمية درجة حرارة التفاعل.
بشكل ملحوظ، وتقشير CaCuSi 4 O 10 و 10 BaCuSi 4 O يحدث في ظل ظروف مائي بسيط. في حالة CaCuSi 4 O 10، وهذا رد فعل بطيء جدا في غرفةدرجة الحرارة (≥ 6 أسابيع لمعرفة أي تقشير ملموس)، ولكن يصبح من المفيد صناعيا في 80 ° C (تقشير كبيرة بعد 2 أسابيع). في المقارنة، وتقشير BaCuSi 4 O 10 بطيئا حتى في 80 درجة مئوية، وهكذا نطبق مدخلا أكبر من الطاقة في شكل ultrasonication. ردود الفعل هذه هي موثوق بها للغاية مع اثنين من المحاذير. لCaCuSi 4 O 10، من المهم استخدام بقضيب المغلفة الزجاج؛ إذا تم استخدام بقضيب المغلفة السليكوون القياسية، نجد أن مشتقات السليكوون تلوث nanosheet المنتج CaCuSi 4 O 10. لBaCuSi 4 O 10، من المهم للسيطرة على السلطة ultrasonication والوقت بحيث يتم إيقاف رد الفعل قبل أن تصبح nanosheets المتدهورة.
انتقال الإلكترون المجهري (TEM) من المنتجات nanosheet تبين أن هذه المواد رقيقة جدا لها أبعاد الجانبية التي تتراوح بين مئات إلى عدة نانومتر هيئة التصنيع العسكريالخلايا العصبية. بشكل عام ترتبط هذه الأبعاد الجانبية مع حجم الكريستال من المواد انطلاق ثلاثية الأبعاد. في العمل قبل، شريطة القوة الذرية المجهري رسم الخرائط الطوبوغرافية التي أظهرت سمك طبقة واحدة (~ 1.2 نانومتر) من هذه nanosheets 12. صور من مسحوق CaCuSi 4 O 10 وBaCuSi 4 O 10 عينات nanosheet (أرقام 3E-ح) تبين أن لونها هو أقل كثافة من ذلك من المواد الأولية، نتيجة مباشرة لnanostructuring.
يتم توفير المعلومات الإضافية التي PXRD (أرقام 5 و 6)، الذي يكشف عن انشقاق القاعدية على طول (001) طائرة والتوجه يفضل على طول {00} ل سلسلة لجميع العينات nanosheet. هذه الميزات تعكس التوافق مكدسة من هذه المواد النانوية متباين للغاية عندما يلقي الإفلات على ركيزة. وعلاوة على ذلك، فإن الانبعاثات الجرد الوطني من سمات CaCuSi 4 O 10 في 9 ~ويتضح 10 نانومتر وBaCuSi 4 O 10 ~ 950 نانومتر في في صورة قوائم الجرد الوطنية لجميع العينات ثمانية (الشكل 8).
تجهيز حل CaCuSi 4 O 10 يمكن أن يتحقق ببساطة عن طريق إعداد تشتت الغروية من CaCuSi 4 O 10 nanosheets (الشكل 9) لاستخدامها كعامل الحبر. هذا الحبر ثم يمكن تطبيقها على ركيزة عبر طلاء تدور، رذاذ الطلاء، والحبر النفاث الطباعة 12، أو ببساطة تنظيف (الشكل 10). الأهم من ذلك، يتم الاحتفاظ خصائص الانبعاثات الجرد الوطني للCaCuSi 4 O 10 في جميع مراحل هذه العملية. هذه الاحتمالات الجديدة تسلط الضوء على التناقض بين CaCuSi 4 O 10 nanosheets والاستخدام التقليدي للالصباغ الأزرق المصرية، والمواد الحبيبية جدا أن يتحدى أن تدرج في الطلاء على نحو سلس.
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر البروفيسور مارك آبي ([أوغ]) لتوفير معدات التصوير الجرد الوطني والدكتور Rasik Raythatha (سولفاي الأداء المواد الكيميائية) لكربونات الباريوم المستخدمة في هذا العمل. نحن نعترف بجهود اشعياء نوريس (أوغ الجامعية) وتيرا [بلفينس (شمال أوكوني مدرسة ثانوية)، الذي ساعد في اختبار الأساليب الاصطناعية.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Supplier | Catalog Number | Comments/Description |
| Sodium carbonate (Na2CO3) | Sigma Aldrich | S7795 | bioXtra, ≥ 99.0 % |
| Calcium carbonate (CaCO3) | Sigma Aldrich | C4830 | bioXtra, ≥ 99.0 % |
| Barium carbonate (BaCO3) | Solvay Performance Chemicals | Research sample: Electronic-grade purity, nanocrystalline | |
| Copper (II) carbonate basic (Cu2CO3(OH)2) | Sigma Aldrich | 207896 | Reagent grade |
| Copper (II) oxide (CuO) | Sigma Aldrich | 450812 | 99.99 % trace metals base |
| Silicon dioxide (SiO2) | Sigma Aldrich | S5631 | ~99 %, particle size 0.5-10 μm (approx. 80% between 1-5 μm) |
| Sodium tetraborate decahydrate (Na4B4O7.10H2O) | Sigma Aldrich | S9640 | ACS ≥ 99.5 % |
| Sodium chloride (NaCl) | Sigma Aldrich | S9888 | ACS ≥ 99.0 % |
| Lead (II) oxide (PbO) | Sigma Aldrich | 402982 | ACS ≥ 99.0 % |
| N-Vinylpyrrolidinone (C6H9NO) | Sigma Aldrich | V3409 | contains sodium hydroxide as inhibitor, ACS ≥ 99.0 % |
| Box Furnace | Fisher Scientific | ||
| Box Furnace | Carbolite | ||
| Bath Sonicator | Branson | ||
| Ultrasonicator | Qsonica | Q700 Sonicator | |
| Camera | custom modification of Nikon D3000 camera | n/a | Xnite Nikon D3000 camera with a Nikkor 18-200 mm lens and a Xnite 830 filter |
| Light Source | Excled Ltd. | PAR64 | LED Colour Beamer |
| Light Microscope | Leica | mz6 Stereomicroscope with Spot Idea camera and Software | |
| Powder X-Ray Diffractometer | Bruker | D8-Advance diffractometer (Co-Kα radiation source) | |
| Transmission Electron Microscope | FEI Technai | ||
| Scanning Electron Microscope | FEI | ||
| Membrane filters | Millipore | HTTP04700 | Isopore Membrane filter with 0.4 µm pore size |
参考文献
- Berke, H. The Invention of Blue and Purple Pigments in Ancient Times. Chem. Soc. Rev. 36, 15-30 (2007).
- Hazen, R. M., Burnham, C. W. The Crystal Structure of Gillespite I and II: A Structure Determination at High Pressure. Am. Min. 59, 1166-1176 (1974).
- Miletich, R., Allan, D. R., Angel, R. J. . The Synthetic Cr2+ Silicates BaCrSi4O10 and SrCrSi4O10: The Missing Links in the Gillespite-Type ABSi4O10. 82, 697-707 (1997).
- Pabst, A. Structures of Some Tetragonal Sheet Silicates. Acta Cryst. 12, 733-739 (1959).
- Chakoumakos, B. C., Fernandez-Baca, J. A., Boatner, L. A. Refinement of the Structures of the Layer Silicates MCuSi4O10 (M = Ca, Sr, Ba) by Rietveld Analysis of Neutron Powder Diffraction Data. . J. Solid State Chem. 103, 105-113 (1993).
- Hughes, E. M., Pack, M. J., Dann, S. E., Weller, M. T. Preparation and Structural Characterisation of Alkaline Earth Sheet Silicates Containing Copper by Powder Neutron Diffraction, EXAFS and UV-Visible Spectroscopy. Anales de Quimica Int Ed. 93, 233-236 (1997).
- Accorsi, G., et al. The Exceptional Near-Infrared Luminescence Properties of Cuprorivaite. Egyptian Blue). Chem. Comm. , 3392-3394 (2009).
- Verri, G. The Spatially Resolved Characterization of Egyptian Blue, Han Blue and Han Purple by Photo-Induced Luminescence Digital Imaging. Anal. Bioanal. Chem. 394, 1011-1021 (2009).
- Jose, S., Reddy, M. L. Lanthanum-Strontium Copper Silicates as Intense Blue Inorganic Pigments with High Near-Infrared Reflectance. Dyes Pigm. 98, 540-546 (2013).
- Zhuang, Y., Tanabe, S. Forward and Back Energy Transfer Between Cu2+ and Yb3+ in Ca1-xCuSi4O10:Ybx Crystals. J. Appl. Phys. 112, (2012).
- Borisov, S. M., Würth, C., Resch-Genger, U., Klimant, I. New Life of Ancient Pigments: Application in High-Performance Optical Sensing Materials. Anal. Chem. 85, 9371-9377 (2013).
- Johnson-McDaniel, D., Barrett, C. A., Sharafi, A., Salguero, T. T. Nanoscience of an Ancient Pigment. J. Am. Chem. Soc. 135, 1677-1679 (2013).
- Laurie, A. P., McLintock, W. F. P., Miles, F. D. Egyptian Blue. Proc R Soc London A. 89, 418-429 (1914).
- Chase, W. T., Brill, R. H. Egyptian Blue as a Pigment and Ceramic Material. Science in Archaeology. , 80-90 (1971).
- Tite, M. S., Bimson, M., Cowell, M. R., Lambert, J. B. Chapter 11: Technological Examination of Egyptian Blue. Archaeological Chemistry III, Advances in Chemistry Series. 205, 215-242 (1984).
- Ullrich, D., Delamare, F., Hackens, T., Helly, B. Egyptian Blue and Green Frit: Characterization, History and Occurrence, Synthesis. Datation-Charactérisation des Peintures Pariétales et Murales. 17, 323-332 (1987).
- Riederer, J., Fitzhugh, E. W. Chapter 1: Egyptian Blue. Artist’ Pigments: A Handbook of Their History and Characteristics. 3, 23-45 (1997).
- Delamare, F. Sur les Processus Physiques Intervenant Lors de la Synthèse du Bleu Égyptien: Réflexion à Propos de la Composition de Pigments Bleus Gallo-Romains. Revue d’Archéométrie. 21, 103-119 (1997).
- Canti, M. G., Heathcote, J. L. Microscopic Egyptian Blue (Synthetic Cuprorivaite) from Sediments at Two Archaeological Sites in West Central. 29, 831-836 (2002).
- Pradell, T., Salvado, N., Hatton, G. D., Tite, M. S. Physical Processes Involved in Production of the Ancient Pigment, Egyptian Blue. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1426-1431 (2006).
- Warner, T. E. . Synthesis, Properties and Mineralogy of Important Inorganic Materials. , 26-47 (2011).
- Lin, H. C., Liao, F. L., Wang, S. L. Structure of BaCuSi4O10. Acta Cryst. 48, 1297-1299 (1992).
- Janczak, J., Kubiak, R. Refinement of the Structure of Barium Copper Silicate BaCu[Si4O10] at 300. K. Acta Cryst. 48, 1299-1301 (1992).
- Wiedemann, H. G., Bayer, G., Agnew, N. Formation and Stability of Chinese Barium Copper-Silicate Pigments. Conservation of Ancient Sites on the Silk Road: Proceedings of an International Conference on the Conservation of Grotto. , 379-387 (1997).
- Berke, H., Wiedemann, H. G. The Chemistry and Fabrication of the Anthropogenic Pigments Chinese Blue and Purple in Ancient China. East Asian Science, Technology, and Medicine. 17, 94-120 (2000).
