CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10'un hazırlanması ve pul pul dökülme açıklanmıştır. BaCuSi 4 O 10 organik çözücüler içinde ultrasonikasyon gerektirir ise sıcak su ile karıştırıldıktan sonra, CaCuSi 4 O 10 kendiliğinden, tek katmanlar olarak temizler. Yakın Kızılötesi (NIR) görüntüleme, bu malzemelerin NIR emisyon özelliklerini göstermektedir ve bu nanomateryallerin sulu dağılımları çözelti işlenmesi için yararlıdır.
Modern zamanların ile bağlayan antik geçmişte görüntülendi örnekte, biz CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10, tarihi Mısır mavi ve Han mavi pigmentlerin renkli bileşenlerinin hazırlanması ve pul pul dökülme tarif. Bu malzemelerin yığın formları eriyik ürünün kristalit boyutu üzerinde bir akı kontrol sağlamak ve katı-hal yolları, her ikisi tarafından sentezlenir. Eriyik akış işlem süresi yoğun, ancak daha düşük reaksiyon sıcaklıklarında nispeten büyük kristaller üretir. Buna karşılık, katı-hal yöntem daha hızlı henüz daha yüksek reaksiyon sıcaklıkları gerektirir ve daha küçük kristalitleri olduğunu verir. Sıcak su içinde karıştırma üzerine, CaCuSi 4 O 10 kendiliğinden TEM ve PXRD ile karakterizedir tek tabaka nanosheets içine temizler. Öte yandan BaCuSi 4 O 10 pul pul dökülme elde etmek için organik çözücüler içinde ultrasonikasyon gerektirir. Yakın kızılötesi görüntüleme görüntülemektedirdökme ve CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10 nanosheet formları hem de güçlü yakın kızılötesi ışınımlar olduğunu. Onlar, idare karakterize, ve kolloidal formda bu malzemeleri işlemek için yeni bir yol sağlar, çünkü sulu CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10 nanosheet dağılımları yararlıdır.
Canlı renkler antik dünyada ödüllü edildi. Bugün bile, biz hala her büyük kültür tarafından oluşturulan pigment ve boya kalıntıları görebilirsiniz. Dikkate değer, en ünlü sentetik mavi pigmentlerin iki yaygın olarak farklı zamanlarda ve yerlerde geliştirilmiş olmasına rağmen, benzer bir kimyasal bileşimi ve yapısını paylaşır. Her iki Mısır mavisi, CaCuSi 4 O 10 ve Han mavisi, BaCuSi 4 O 10'un renkli parçalar, alkali toprak bakır tetrasilikattır serisi, ACuSi 4 O 10 (A = Ca, Sr, Ba) 1, hem de aittir Daha büyük gillespite grup, absi 4 O 10 (B = Fe, Cu, Cr) 2,3.
Geleneksel pigment uygulamaları ötesinde, bu malzemelerin güncel bilimsel ilgi güçlü yakın kızılötesi (NIR) emisyon özellikleri merkezleri. Bu emisyon kare düzlemsel koordinasyon içinde Cu 2 + kaynaklanır; Bu iyonlar tetrahedra ile bağlantılıdırl silikat üç boyutlu kristal yapısı içinde kısımları, ve elde edilen tabakalar toprak alkali iyonları ile dönüşümlü olarak 4-6. Yeni teknik vurgular yeni enerji transferi 9,10, ACuSi 4 kullanımının O 10 yolaklar NUR yansıma özelliklerini geliştirmek ve açmak için kültürel miras eserler 7,8, ACuSi 4 O 10 lantanide doping Mısır ve Han mavi pigmentleri tespit etmek NIR görüntüleme dahil Optik sensörler 11 ve 12 tek tabakalı nanosheets içine CaCuSi 4 O 10 pul pul dökülme için aktif madde olarak.
Özel olarak, bu son örnek, bir kolloidal dispersiyon olarak yerine bir katı parçacık 12 olarak işlenebilir, böylece CaCuSi 4 O 10 nano için bir yol sağlar. Koloidal dispersiyonlar (örneğin, döndürerek kaplama, mürekkep püskürtmeli baskı, katman-katman çökelimine çözeltiyle işleme teknikleri ile uyumlu olduğu içintion), bu avans güvenlik mürekkepleri biyomedikal görüntüleme değişir yeni uygulama alanları açıyor. Bu katkı gösterilen deneysel protokoller hazırlamak için çeşitli kökenden gelen araştırmacılar etkinleştirmek karakterize, ve CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 işlerinde O 10 nanosheets kullanacaktır.
Mısır mavi pigment preparasyonu, daha çok CaCuSi 4 O 10 ve 2 SiO bir karışımı, iyi çalışılmış olan işlem 4,13-21. Ya akı veya katı-hal reaksiyonları eriyik gibi çok sayıda rapor prosedürleri kategorize edilebilir. Eriyik akı yaklaşımın iki önemli avantajları daha düşük reaksiyon sıcaklıkları (<900 ° C) izin verir ve CaCuSi 4 O 10 kristaller çekirdekleştirmek ve erimiş cam fazı 20 büyümeye olanak vardır. Akı bileşeni, tipik olarak bir alkali tuzu (örneğin, Na 2 CO 3) ya da borat bileşiği (örneğin boraks) 'dir. Buna karşılık, katı-hal sentezi akı ihmal ancak, tamamlanma sağlamak için daha yüksek Ca, CuO arasındaki reaksiyon için sıcaklıklar (~ 1000 ° C), ve SiO 2 kaynaklarını gerektirir.
Han mavi pigment sentezi hem de Mısır mavi 4,22-25 olduğu gibi incelenmiştir olmasa da, B'nin hazırlanmasıaCuSi 4 O 10 benzer bir erimiş hal akışı ve iki farklılıklar ile katı hal yolları aşağıdaki gibidir: (1) bir akı PbO kullanılmalıdır ve (2) reaksiyon sıcaklıkları daha yakından çünkü alternatif Ba-Cu-Si-O fazın kontrol edilmelidir O (örn. BaCuSi 2 O 6) oluşturabilir.
Bu noktalar bu yazıda anlatılan detaylı prosedürler ve sonuçları gösterilmektedir. İlk olarak, tüm yöntemler için, başlangıç malzemeleri (, Şekil 2a-d, SEM ile karakterize edilir) 5-20 mikron parçacık ihtiva eden yumuşak bir toz (Şekiller 1a-d) için zemin olmalıdır. Daha sonra, CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 (Şekil 3a ve 3c) yoğun bir mavi renk ile karakterize edilir yüksek derecede kristalize ürünleri, O 10 neden hazırlanmasında akı önemli bir miktarda (ağırlıkça% 12.5) kullanımı, görece Büyük parçacık boyutları (Şekil 4a </strong>) Ve güçlü bir PXRD desen (Şekil 5a ve 6a). Bu müstahzarlarından izole edilmiş verim azalması (~% 70) potaya erimiş reaksiyon karışımlarının yapışması kaynaklanır. Buna karşılık, CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi katı hal yol sergi daha az yoğun rengi (Şekil 3b ve 3d) ve daha küçük partikül boyutları ile hazırlanabilir 4 O 10 (Şekil 4b). Sentez olarak, bu ürünler, yakın-kantitatif verimlerle izole edilebilir tozlar bulunmaktadır. Bu nedenle, CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10 her ikisi için de, akı ve reaksiyon sıcaklığı önemi avantajları göz ardı edilemez.
Dikkate değer, CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10 pul pul dökülme basit sulu koşullar altında meydana gelir. CaCuSi 4 O 10 olması durumunda bu reaksiyon, oda sıcaklığında, yavaş çalışmaktadırsıcaklık (≥ 6 hafta kayda değer bir pul pul dökülme görmek için), ancak 80 ° C (önemli pul pul dökülme 2 hafta sonra) ve sentetik olarak yararlı olur. Buna karşılık, BaCuSi 4 O 10 pul pul dökülme hatta 80 ° C 'de yavaş olduğunu ve bu yüzden ultrasonikasyon şeklinde daha büyük bir enerji girişi geçerlidir. Bu reaksiyonlar iki uyarılar ile son derece güvenilir. CaCuSi 4 O 10 için Bir cam kaplı karıştırma çubuğu kullanmak için önemlidir; standart PTFE-kaplı karıştırma çubuğu kullanılır, biz PTFE yan CaCuSi 4 O 10 nanosheet ürünü kontamine olduğunu bulmak. BaCuSi 4 O 10 için, bu nanosheets bozulmuş hale gelmeden önce, reaksiyon durdurulur, böylece ultrasonikasyon güç ve zaman kontrol etmek önemlidir.
Nanosheet ürünlerin transmisyon elektron mikroskobu (TEM), bu çok ince malzemelerin yüzlerce nanometre birkaç mikrofon arasında değişen yanal boyutlara sahip olduğunu göstermektedirnöronlar. Genel olarak, bu yan boyutlar üç boyutlu başlangıç malzemesinin kristalit boyutuyla ilişkili. Önceki çalışmada, atomik kuvvet mikroskobu bu nanosheets 12 tek katman kalınlıkları (~ 1.2 nm) göstermiştir topografik haritalama sağladı. Toz fotoğrafları CaCuSi 4 O 10 ve BaCuSi 4 O 10 nanosheet örnekleri (Şekil 3e-h), renk başlangıç maddeleri, nanostructuring doğrudan bir sonucu daha az yoğun olduğunu göstermektedir.
Ek bilgiler (001) düzlemi ve her numune için nanosheet {00} l dizi boyunca tercih edilen yönelime boyunca temel bölünmesini gösterir PXRD (Şekil 5 ve 6) tarafından sağlanır. Bu özellikler bir alt tabaka üzerine açılan döküm bu çok anizotropik nanomalzemelerin yığılmış uyum yansıtır. Dahası, ~ 9 at CaCuSi 4 O 10 karakteristik NIR emisyon~ 950 nm 'de 10 nm ve BaCuSi 4 O 10 sekiz numune NIR fotoğraf (Şekil 8)' de gösterilmiştir.
CaCuSi 4 O 10 çözeltisi işlem basit bir mürekkep olarak kullanmak CaCuSi 4 O 10 nanosheets bir kolloidal dispersiyon (Şekil 9) hazırlanmasıyla gerçekleştirilebilir. Bu mürekkep, daha sonra spin kaplama, püskürterek kaplama, baskı 12, mürekkep püskürtme, fırçalama ya da sadece (Şekil 10) ile bir alt-tabakaya uygulanabilmektedir. Önemlisi, CaCuSi 4 O 10 NUR emisyon özellikleri bu sürecin tüm aşamalarında korunur. Bu yeni olasılıklar CaCuSi 4 O 10 nanosheets ve Mısır mavi pigment, pürüzsüz bir boya içine dahil etmek zordur bir çok granül malzeme geleneksel kullanımı arasındaki kontrastı vurgulamak.
The authors have nothing to disclose.
Biz bu çalışmada kullanılan baryum karbonat için NUR görüntüleme cihazları ve Dr Rasik Raythatha (Solvay Performans Kimyasalları) sağlamak için Prof Mark Abbe (UGA) teşekkür ederim. Biz sentetik yöntemler test yardımcı İşaya Norris (UGA lisans) ve Terra Blevins (Kuzey Oconee Lisesi), çabalarını kabul.
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 |