Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments

Darrah Johnson-McDaniel; Tina T. Salguero

doi:10.3791/51686

JoVE Journal > Chemistry

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Kimya

Exfoliation von Ägyptisch Blau-und Han-Blau, zwei Alkali Erde Kupfer-Silikatpigmente

Published: April 24, 2014

doi:

10.3791/51686

Darrah Johnson-McDaniel¹, Tina T. Salguero¹

¹Kimya Bölümü,The University of Georgia

Özet

Die Herstellung und Abblättern CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ beschrieben. Beim Rühren in heißem Wasser, CaCuSi ₄ O ₁₀ spontan blättert in Monoschichten, während BaCuSi ₄ O ₁₀ erfordert Ultraschall in organischen Lösungsmitteln. Nah-Infrarot (NIR)-Bildgebung zeigt die NIR Emissionseigenschaften dieser Materialien und wässrige Dispersionen dieser Nanomaterialien sind nützlich für die Verarbeitung in Lösung.

Abstract

In einer visualisierten Beispiel der antiken Vergangenheit die Verbindung mit modernen Zeiten, beschreiben wir die Herstellung und die Ablösung der CaCuSi ₄ O ₁₀ und BaCuSi ₄ O _10, die farbigen Komponenten der historischen ägyptischen blau und Han Blaupigmente. Die Großformen dieser Materialien werden sowohl synthetisiert schmelzen Strom und Solid-State-Routen, die eine gewisse Kontrolle über die Kristallitgröße des Produkt. Die Schmelzfluss Prozess ist zeitintensiv, aber es erzeugt relativ große Kristalle bei niedrigeren Reaktionstemperaturen. Im Vergleich dazu ist die Solid-State-Verfahren schneller, noch erfordert höhere Reaktionstemperaturen und ergibt kleinere Kristallite. Beim Rühren in heißem Wasser, CaCuSi ₄ O ₁₀ spontan blättert in Monolayer-Nanoschichten, die durch TEM und PXRD gekennzeichnet sind. BaCuSi ₄ O ₁₀ auf der anderen Seite erfordert Ultraschallbehandlung in organischen Lösungsmitteln Peeling erzielen. Nah-Infrarot-Bildgebung zeigtdass sowohl die Bulk-und Nanoschicht Formen CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ sind stark in der Nähe von Infrarot-Strahlern. Wässrige CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ Nanoschicht Dispersionen sind nützlich, weil sie eine neue Art zu handhaben, zu charakterisieren und zu verarbeiten, diese Materialien in kolloidaler Form.

Introduction

Leuchtende Farben wurden in der gesamten antiken Welt geschätzt. Auch heute sehen wir immer noch die Reste von Pigmenten und Farbstoffen erstellt von allen großen Kultur. Bemerkenswert ist, zwei der bekanntesten Synthese blaue Pigmente haben eine ähnliche chemische Zusammensetzung und Struktur, obwohl sie weit verbreitet bei verschiedenen Zeiten und Orten entwickelt. Die farbigen Komponenten sowohl von Ägyptisch Blau, CaCuSi ₄ O ₁₀ und Han blau, BaCuSi ₄ O _10, gehören zu den Alkali Erde Kupfertetra Serie, ACuSi ₄ O ₁₀ (A = Ca, Sr, Ba) ^1, sowie die Gillespit größeren Gruppe, ABSi ₄ O ₁₀ (B = Fe, Cu, Cr) ^2,3.

Neben traditionellen Pigmentanwendungen, aktuelle wissenschaftliche Interesse an diesen Materialien konzentriert sich auf ihre starke nahen Infrarot (NIR)-Emissionseigenschaften. Diese Emission stammt aus der Cu ^{2 +} in quadratisch-planaren Koordination; Diese Ionen werden von Tetraedern verbundenl Silikatreste innerhalb der dreidimensionalen Kristallstruktur, und die resultierenden Schichten abwechseln mit Alkali-Erden-Ionen ^4-6. Neueste technische Highlights sind NIR-Bildgebung zu ägyptischen und Han Blaupigmente auf das kulturelle Erbe Artefakte ^7,8, Lanthanid Dotierung ACuSi ₄ O ₁₀ zu identifizieren, NIR Reflexionseigenschaften zu verbessern und neue Energietransferwege ^9,10, die Verwendung von ACuSi ₄ O ₁₀ als aktives Material für die optischen Sensoren ¹¹ und dem Abblättern CaCuSi ₄ O ₁₀ in Monoschicht-Nano ^12.

Insbesondere stellt dieses letzte Beispiel einen Weg CaCuSi ₄ O ₁₀ Nanostruktur, so dass es als kolloidale Dispersion nicht als teilchenförmigen Feststoff ¹² kann behandelt werden. Da kolloidale Dispersionen mit Lösungsverarbeitungstechniken kompatibel ist (z. B. Schleuderbeschichtung, Tintenstrahldruck, die Schicht-für-Schicht-Abscheidung sindtion), öffnet sich dieser Fortschritt neue Anwendungsbereiche, die von Sicherheitsdruckfarben für die biomedizinische Bildgebung liegen. Die in diesem Beitrag dargestellt experimentelle Protokolle werden Forscher aus verschiedenen Bereichen ermöglichen, vorzubereiten, zu charakterisieren und zu verwenden CaCuSi ₄ O ₁₀ und BaCuSi ₄ O _{10-Nanoschichten} in ihrer Arbeit.

Protocol

1. Vorbereitung der CaCuSi 4 O 10 Melt Flux Synthese von CaCuSi 4 O 10 Abwiegen, CaCO 3, SiO 2 und Cu 2 CO 3 (OH) 2 in einem Molverhältnis 02.08.01: 0,1331 g (1,330 mmol) CaCO 3, 0,3196 g (5.319 mmol) aus SiO 2, 0,1470 g ( 0,6648 mmol) Cu 2 CO 3 (OH) 2. Darüber hinaus wiegen die Flusskomponenten (12,5 Gew.%):. 0,0375 g Na 2 CO 3, 0,0125 g NaCl und 0,0250 g Na 2 B 4 O 7 10H 2 O. In diese Materialien zu einer sauberen Achatmörser. Handschliff für ~ 5 min mit einem Achat Stößel, bis die Mischung eine homogene hellgrünes Pulver (1a und 2a). Übertragen Sie diese Mischung auf eine saubere, trockene Platintiegel. Heizen Sie den Tiegel in einem Ofen auf 875 ° C (Rampenrate von 2 ° C / min), haltenbei 875 ° C für 16 Stunden und dann Abkühlen auf Raumtemperatur (Rate von 0,8 ° C / min). Entfernen Sie die Kristalle aus dem Tiegel und sanft zerdrücken sie mit einem Stößel. Ermöglichen, dass die Kristalle in 50 ml 1 M wässriger HCl über Nacht einweichen, um die Schmelzflussmittel zu entfernen. Filtern Sie die Kristalle und mit VE-Wasser waschen, um alle verbleibenden Schmelzfluss vollständig zu entfernen. Achtung: Dieses Material ist für die Pulverröntgenbeugung (PXRD)-Analyse (Fig. 5) in einem feineren Pulver gemahlen werden. Es kann auch durch optische Mikroskopie (Abbildung 3), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) (Fig. 4), und NIR-Fotografie (8) charakterisiert werden. Solid State Synthese von CaCuSi 4 O 10 Abwiegen, CaCO 3, SiO 2 und CuO in einem Molverhältnis 01.04.01: 0,1331 g (1,330 mmol) CaCO 3, 0,3196 g (5.319 mmol) SiO 2 und 0,1058 g CuO (1.330 mmol)und zu einer sauberen Achatmörser hinzufügen. Feuchten Sie das Pulvergemisch mit 1-2 ml Aceton und Hand schleifen mit einem Achat Stampfe für ~ 5 min. Übertragen Sie die resultierende Lichtgrau pulver (1b und 2b) in einen Platintiegel. Wärme wird der Tiegel in einem Muffelofen auf 1020 ° C bei einer Anstiegsrate von 5 ° C / min, Halten für 16 Stunden und dann Abkühlen auf Raumtemperatur Kratzen Sie die lose, hellblau-graues Pulver mit einem Polytetrafluorethylen (PTFE) Spachtel. Anmerkung: Das Produkt kann durch optische Mikroskopie (Abbildung 3), SEM (Fig. 4), PXRD (Fig. 5), und NIR-Fotografie (8) charakterisiert werden. 2. Synthese BaCuSi 4 O 10 Schmelzfluss Synthese BaCuSi 4 O 10 Abwiegen BaCO 3, SiO 2 und CuO in einem Molverhältnis 01.04.01:0,2085 g BaCO 3 (1,057 mmol), 0,2539 g SiO 2 (4,226 mmol) und 0,0840 g CuO (1.056 mmol). Zudem wiegen die Flusskomponente (12,5 Gew.%): 0,0765 g PbO. In diese Materialien zu einer sauberen Achatmörser. Handschliff für ~ 5 min mit einem Achat Stößel, bis die Mischung eine homogene Lichtgrau pulver (1c und 2c). Übertragen Sie diese Mischung auf eine saubere, trockene Platintiegel. Wärme wird der Tiegel in einem Ofen auf 950 ° C (Aufheizrate von 2 ° C / min), Halten bei 950 ° C für 24 h, dann langsam abgekühlt auf 700 ° C (Geschwindigkeit von 0,1 ° C / min) und schließlich abkühlen auf Raumtemperatur. Entfernen Sie die Kristalle aus dem Tiegel und sanft zerdrücken sie mit einem Stößel. Lassen Sie die Kristalle in 50 ml 1 M wässrigen HNO3 über Nacht einweichen, um die Schmelzflussmittel zu entfernen. Filtern Sie die Kristalle und wäscht mit VE-Wasser, um den Rest des Schmelzflusses vollständig zu entfernen. Hinweis: Diese maMaterial sollte in einem feineren Pulver zur PXRD-Analyse (Fig. 6) geschliffen werden. Es kann auch durch optische Mikroskopie (Abbildung 3) und NIR-Fotografie (8) charakterisiert werden. Solid State Synthese von BaCuSi 4 O 10 Wiegen Sie BaCO 3, SiO 2 und CuO in einem Molverhältnis 01.04.01: 0,2085 g BaCO 3 (1.057 mmol), 0,2539 g SiO 2 (4.226 mmol) und 0,0840 g CuO (1.056 mmol), und fügen Sie ein sauberen Achatmörser. Feuchten Sie das Pulvergemisch mit 1-2 ml Aceton und Hand schleifen mit einem Achat Stampfe für ~ 5 min. Übertragen Sie die resultierende Lichtgrau pulver (Abb. 1d und 2d) in einem Platintiegel. Heizen Sie den Tiegel in einem Muffelofen auf 960 ° C bei einer Anstiegsrate von 5 ° C / min und halten Sie für 16 Stunden, dann auf Raumtemperatur abkühlen. Kratzen Sie die lose blaues Pulver mit einem Polytetrafluorethylen (PTFE) Spachtel. Hinweis:Das Produkt kann durch optische Mikroskopie (Abbildung 3), PXRD (Abbildung 6), und NIR Aufnahmen (8) charakterisiert werden. 3. Exfoliation der CaCuSi 4 O 10 Berechnen einen 50 ml Rundkolben mit 0,50 g CaCuSi 4 O 10, 40 ml entionisiertes Wasser und ein Glas-beschichteten Magnetrührstab. Bringen Sie einen wassergekühlten Kondensator in den Kolben. Erhitze das Reaktionsgemisch auf 85 ° C unter magnetischem Rühren bei 400 Upm für zwei Wochen. Von der Wärmequelle entfernen, lassen Sie die Lösung über Nacht ungestört zu regeln, und dann auswählen, den Überstand durch einen 0,4 um Membranfilter. Vacuum die Feststoffe. Hinweis: Das Produkt ist ein hellblaues Pulver, das durch optische Mikroskopie charakterisiert werden kann (Abbildung 3), PXRD (Abbildung 5), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) (Abbildung 7) und NIR-Fotografie (Abb.Abbildung 8). 4. Exfoliation der BaCuSi 4 O 10 Berechnen eine 50 ml-Kunststoffzentrifugenröhrchen mit 0,14 g BaCuSi 4 O 10 und 20 ml N-Vinylpyrrolidon. Mit der Zentrifugenröhrchen in einem Eis / Wasser-Bad eingetaucht, beschallen Ultraschallgerät mit einer Sonde bei 40% Amplitude (17 W) für 1 Stunde. Lassen Sie die Dispersion über Nacht ungestört absetzen, dekantieren und dann den Überstand in ein neues Zentrifugenröhrchen. Spin down bei 10.286 xg mit einer Zentrifuge. Dekantieren des Überstands, so dass die Nanoschichten am Boden des Zentrifugenröhrchens. Resuspendieren dieses Material in 20 ml Wasser mit einigen Minuten Behandlung in einem Ultraschallbad. Um ein Pulver zu isolieren, filtriert durch ein 0,4 um Membranfilter und Vakuum die Feststoffe. Hinweis: Das Produkt ist ein hellblaues Pulver, das durch optische Mikroskopie charakterisiert werden kann (Abbildung 3), PXRD (Abbildung 6), TEM (Abbildung 7 </sTrong>) und NIR-Fotografie (Abbildung 8). 5. Tintenherstellung Dispergieren ~ 0,10 g CaCuSi 4 O 10-Nano in 5 ml deionisiertem Wasser unter Verwendung von Bad Beschallung für ~ 10 min. Anmerkung: Diese Tinte (Fig. 9) zum Malen, Drucken usw. Siehe Fig. 10 für ein repräsentatives Beispiel, bei dem die Tinte wurde mit einem Pinsel auf Papier aufgebracht werden. 6. Near Infrared Imaging Photographic Bestrahlen der Proben mit rotem Licht (z. B. mit einer roten Leuchtdiode Array), kümmert sich um alle anderen Lichtquellen zu beseitigen. Fotografieren mit einer Kamera zur Bild im nahen Infrarotbereich modifiziert. Verwenden Blendeneinstellung f/22 und einer Belichtungszeit von 0,5 Sekunden.

Representative Results

Die beschriebenen Synthesen CaCuSi 4 O 10 und O 10 4 BaCuSi liefern etwa 0,5 g Produkt pro Charge. Isolierte Ausbeuten von CaCuSi 4 O 10 aus der Schmelze Fluss-und Festkörpersynthesen liegen typischerweise im Bereich von 70 bis 75% und von 90 bis 95% betragen. Für BaCuSi 4 O 10, das isolierten Ausbeuten aus der Schmelze Fluss-und Festkörpersynthesen liegen typischerweise im Bereich von 65 bis 70% und von 95 bis 99% betragen. Die Strukturen aller hergestellten Materialien, sowie Unterschiede in der Intensität der blauen Farbe durch Variation Kristallitgrößen sind durch optische Mikroskopie mit geringer Vergrößerung (Fig. 3a-h) sichtbar. Rasterelektronenmikroskopie (SEM) bestätigen, dass die Solid-State-Verfahren zur Synthese von CaCuSi 4 O 10 erzeugt ~ 1-15 um Primärkristalliten (4b), während Schmelzflussbedingungen zu ~ 5-50 um cryst führen allites (Abbildung 4a). Pulver-Röntgenbeugung (PXRD) für CaCuSi 4 O 10 (Fig. 5a und 5c) und BaCuSi 4 O 10 (Fig. 6a und 6c) zu präsentieren, die Zusammensetzung und Phasenreinheit dieser Produkte. Vertreter der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Bilder zeigen die Morphologie der Nanoschicht exfolierten Produkte (Fig. 7). Zusätzlich NIR graphischen Abbildungs zeigt die starke Lumineszenz sowohl der Bulk-und abgeblättert Materialien (Abbildung 8). Ein einfacher Weg, um die Verarbeitbarkeit der Lösung CaCuSi 4 O 10-Nano erläutern ist, um eine wässrige Tinte (9), geeignet für die Lackierung (10) herzustellen. hres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51686/51686fig1.jpg "/> Abbildung 1. Fotografien von der Hand-Boden-Ausgangsmaterialien. (A) CaCuSi 4 O 10 Schmelzfluss, (b) CaCuSi 4 O 10 Festkörper-, (c) BaCuSi 4 O 10 Schmelzflussmittel, und (d) BaCuSi 4 O 10 Festkörper-Synthesen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 2. Rasterelektronenmikroskopie. Bilder der Hand geschliffen Ausgangsmaterialien für das (a) CaCuSi 4 O 10 Schmelzflusses ( <strong> b) CaCuSi 4 O 10 Festkörper-, (c) BaCuSi 4 O 10 Schmelzflussmittel, und (d) BaCuSi 4 O 10 Festkörper-Synthesen. Alle Proben wurden mit Gold vor der Bildgebung beschichtet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 3. Optische Mikroskopie. Bulk-CaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (a) und festen Zustand (b) Verfahren hergestellt. Groß BaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (c) und festen Zustand (d) Verfahren hergestellt. Geblähter Produkte (eh) von (a- d) auf. Alle Bilder teilen sich die 1 mm Maßstab Show in Panel (a). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 4. Rasterelektronenmikroskopie. Bilder von Schütt CaCuSi 4 O 10 durch Schmelzflusses (a) und Festkörper (b) Verfahren hergestellt. Die Proben wurden mit Gold vor der Bildgebung beschichtet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 686/51686fig5highres.jpg "width =" 500 "/> . Abbildung 5 Pulverröntgenbeugung:. CaCuSi 4 O 10 Muster für Groß CaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (a) und festen Zustand (c) Verfahren hergestellt. Sternchen bezeichnen eine Silica-Verunreinigung. Muster für abgeblättert CaCuSi 4 O 10, (b) und (d), aus (a) und (c) vorbereitet sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. . Abbildung 6 Pulverröntgenbeugung:. BaCuSi 4 O 10 Muster für Groß BaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss vorbereitet ( <strong> a) und festen Zustand (c) Methoden. Asterisk bezeichnet eine Silica-Verunreinigung. Muster für abgeblättert BaCuSi 4 O 10, (b) und (d), aus (a) und (c) vorbereitet sind. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Figur 7. Transmissionselektronenmikroskopie. Repräsentative Bilder der exfolierten CaCuSi 4 O 10 aus Groß CaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (a) oder festen Zustand (b) Verfahren hergestellt abgeleitet. Repräsentative Bilder der exfolierten BaCuSi 4 O 10 aus Groß abgeleitetenBaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (c) oder festen Zustand (d) Methoden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 8. Near Infrared Imaging. Lumineszenz von Groß CaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (a) und festen Zustand (b) Verfahren hergestellt. Lumineszenz von Groß BaCuSi 4 O 10 durch Schmelzfluss (c) und festen Zustand (d) Verfahren hergestellt. Lumineszenz der abgeblättert Produkte (eh) von (ad) auf. Pulverproben werden in Glasfläschchen enthalten und der Zellstofe Reihe von Proben wurde auf einmal abgebildet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. Abbildung 9. Fotografie einer CaCuSi 4 O 10 Nanoschicht Tinte in einem Fläschchen. Abbildung 10. Near Infrared Imaging. Ein rudimentäres Bild mit dem CaCuSi 4 O 10 Nanoschicht Tinte, die sowohl die einfache Anwendung und die Lumineszenz-Eigenschaften zeigt.

Discussion

Die Herstellung von Ägyptisch Blau Pigment, eine Mischung aus meist CaCuSi ₄ O ₁₀ und SiO _2, ist ein gut untersuchtes Verfahren ^4,13-21. Die zahlreichen berichtet Verfahren können kategorisiert werden entweder als Schmelzflussmittel oder Festkörperreaktionen. Zwei große Vorteile der Schmelzfluss Ansatzes sind, dass es ermöglicht, niedrigere Reaktionstemperaturen (<900 ° C) und ermöglicht CaCuSi ₄ O ₁₀ Kristalle Keime bilden und wachsen aus einem geschmolzenen Glasphase ^20. Die Flussmittelkomponente ist typischerweise ein Alkalisalz (z. B. Na ₂ CO ₃₎ oder Boratverbindung (z. B. Borax). Im Vergleich dazu sind die Festkörpersynthese lassen den Fluß erfordern aber höhere Temperaturen (~ 1000 ° C) für die Reaktion zwischen Ca, CuO und SiO _2-Quellen vollständig zu erreichen.

Obwohl die Synthese von Han blaue Pigment ist nicht so gut wie die von Ägyptisch Blau ^4,22-25 sucht, die Erstellung von BaCuSi ₄ O ₁₀ folgt ähnlichen Schmelzflussmittel und Solid-State-Routen mit zwei Unterschieden: (1) eine PbO Flussmittel verwendet werden, und (2) die Reaktionstemperaturen müssen enger, weil der alternativen Ba-Cu-Si-O-Phasen gesteuert werden dass bilden können (zB BaCuSi ₂ O _6).

Diese Punkte werden von den Einzelheiten der Verfahren und Ergebnisse in diesem Papier beschrieben dargestellt. Ersten, für alle Methoden, die Ausgangsmaterialien sollte zu einer glatten Pulver (1a-d), bestehend aus 5-20 um Teilchen (, Fig. 2a-d gekennzeichnet durch SEM) geschliffen werden. Als nächstes wird die Verwendung einer erheblichen Menge an Flussmittel (12,5 Gew.%) bei der Herstellung von CaCuSi ₄ O ₁₀ und BaCuSi ₄ O ₁₀ führt zu hochkristalline Produkte, die durch intensive Blaufärbung (Fig. 3a und 3c) gekennzeichnet sind, relativ große Partikelgrößen (Abbildung 4a </strong>) Und starke PXRD Muster (5a und 6a). Die isolierten Ausbeuten verringert (~ 70%) aus diesen Zubereitungen werden durch Haftung der geschmolzenen Reaktionsgemische in den Tiegel verursacht. Im Vergleich CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ von der Festkörper-Strecke zeigen weniger intensive Färbung (3b und 3d) und kleineren Partikelgrößen hergestellt (Abbildung 4b). Synthetisiert, diese Produkte sind Pulver, das in nahezu quantitativer Ausbeute isoliert werden. So kann sowohl CaCuSi ₄ O ₁₀ und BaCuSi ₄ O _10, die Vorteile der Fluß und die Bedeutung der Reaktionstemperatur kann nicht überbewertet werden.

Bemerkenswert ist, das Abblättern der CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ tritt unter einfachen wässrigen Bedingungen. Im Fall von CaCuSi ₄ O _10, ist ziemlich langsam bei Raum diese ReaktionTemperatur (≥ 6 Wochen, um eine nennenswerte Peeling zu sehen), aber es wird synthetisch bei 80 ° C (wesentliche Exfoliation nach 2 Wochen) sinnvoll. Im Vergleich dazu ist die Abblätterung BaCuSi ₄ O ₁₀ träge selbst bei 80 ° C, und so wenden wir eine noch höhere Energiezufuhr in Form von Ultraschall. Diese Reaktionen sind sehr zuverlässig mit zwei Vorbehalte. Für CaCuSi ₄ O _10, es ist wichtig, ein Glas-beschichteten Rührstab verwenden; wenn ein Standard-PTFE-beschichteten Rührstab verwendet wird, finden wir, dass PTFE Nebenprodukte kontaminieren die CaCuSi ₄ O ₁₀ Nanoschicht Produkt. Für BaCuSi ₄ O ₁₀ ist es wichtig, die Ultraschallleistung und Zeit zu steuern, so dass die Reaktion gestoppt wird, bevor die Nanoschichten verschlechtert werden.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) der Nanoschicht-Produkte zeigt, dass diese sehr dünne Materialien haben lateralen Abmessungen im Bereich von einigen hundert Nanometern bis zu mehreren micNeuronen. Im Allgemeinen sind diese seitlichen Abmessungen korrelieren mit der Kristallitgröße des dreidimensionalen Ausgangsmaterial. In früheren Arbeiten, Rasterkraftmikroskopie vorgesehen topographische Kartierung, die die Einzelschichtdicken (~ 1,2 nm) dieser ^{12-Nanoschichten} demonstriert. Fotografien von Pulver CaCuSi ₄ O ₁₀ und O ₁₀ BaCuSi ₄ Nanoschicht-Proben (3e-h) zeigen, dass ihre Farbe weniger intensiv ist als die der Ausgangsstoffe, eine direkte Folge der Nanostrukturierung.

Zusätzliche Informationen werden von PXRD (5 und 6), die basalen Spaltung entlang der (001)-Ebene und bevorzugten Orientierung entlang der {00} l Serie für alle Nanoschicht-Proben zeigt, zur Verfügung gestellt. Diese Eigenschaften spiegeln die gestapelten Ausrichtung dieser stark anisotropen Nanomaterialien, wenn sie auf einem Substrat Dropdown-Stimmen. Darüber hinaus die charakteristische Emission von NIR CaCuSi ₄ O ₁₀ bei ~ 910 nm und BaCuSi ₄ O ₁₀ bei ~ 950 nm wird in einem NIR Photographie aller acht Proben (Fig. 8) dargestellt.

Die Lösung Verarbeitung CaCuSi ₄ O ₁₀ kann einfach durch Herstellung einer kolloidalen Dispersion von CaCuSi ₄ O _10-Nano (Fig. 9) als ein Tintenverbrauch erreicht werden. Diese Tinte kann dann auf ein Substrat durch Schleuderbeschichtung, Sprühbeschichtung, Tintenstrahldruck, ^12, oder einfach Bürsten (10) aufgebracht werden. Wichtig ist, dass die NIR-Emissionseigenschaften CaCuSi ₄ O ₁₀ bei allen Stufen dieses Verfahrens erhalten. Diese neuen Möglichkeiten, markieren Sie den Kontrast zwischen CaCuSi ₄ O _{10-Nanoschichten} und die traditionelle Verwendung von Ägyptisch Blau Pigment, ein hoch granulare Material, das eine Herausforderung ist, in eine glatte Farbe zu integrieren.

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Prof. Mark Abbe (UGA) für die Bereitstellung der NIR-Bildgebung Geräte und Dr. Rasik Raythatha (Solvay Performance Chemicals) für das Bariumcarbonat in dieser Arbeit verwendet. Wir erkennen die Bemühungen des Jesaja Norris (UGA Bachelor) und Terra Blevins (Nordoconee High School), die testen die synthetischen Methoden geholfen.

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

Referanslar

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Egyptian Blue Han Blue Alkali Earth Copper Silicate Pigment Exfoliation Nanosheets Near Infrared Emission Melt Flux Synthesis Solid-state Synthesis

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Johnson-McDaniel, D., Salguero, T. T. Exfoliation of Egyptian Blue and Han Blue, Two Alkali Earth Copper Silicate-based Pigments. J. Vis. Exp. (86), e51686, doi:10.3791/51686 (2014).