Când grafenul vorbește, oamenii de știință pot acum să asculte

Poate fi adevărat că a vedea este credibil, dar uneori a auzi este mai bine.

Caz concret: doi frați din laboratorul Universității Rice au auzit ceva neobișnuit în timp ce lucrau grafen. În cele din urmă, au decis că vocea în sine le poate oferi date valoroase despre produs.

Frații, John Lee, un absolvent al lui Rice, care studiază acum la Universitatea Stanford, și Victor Lee, care a fost student de liceu în New York și acum boboc la MIT, sunt autorii principali ai unei lucrări de cercetare care descrie Realitatea. Analiza timpului producției de grafen indus de laser (LIG) prin sunet.

Frații lucrau în laboratorul de chimie Rice James Tour când au venit cu ipoteza lor și au prezentat-o ​​la o întâlnire de grup.

„Este interesant”, își amintește John Lee, „a spus profesorul Tour și ne-a cerut să-l urmăm ca un potențial proiect.

Rezultatele apar în format . materiale funcționale avansateDescrieți o schemă simplă de procesare a semnalului audio care analizează LIG-ul în timp real pentru a-i determina forma și calitatea.

LIG, introdus de Tour Lab în 2014, face straturi de foi de grafen interconectate încălzind partea superioară a unei foi subțiri de polimer la 2.500 de grade Celsius (4.532 de grade Fahrenheit), lăsând în urmă doar atomi de carbon. Această tehnică a fost aplicată de atunci pentru a face grafen din alte materii prime, chiar și din alimente.

„În diferite circumstanțe, auzim sunete diferite a spus John pentru că au loc procese diferite. „Deci, dacă auzim diferențe în timpul sintezei, vom putea detecta diferitele materiale care se formează”.

Analiza acustică, a spus el, permite „capacități mult mai mari de control al calității și este mult mai rapidă decât caracterizarea grafenului indusă de laser prin tehnici de microscopie”.

„În analiza materialelor, există adesea compromisuri între cost, viteză, scalabilitate, acuratețe și precizie, în special în ceea ce privește cantitatea de material pe care o puteți procesa sistematic”, a spus John. „Ceea ce avem aici ne permite să creștem eficient productivitatea capacităților noastre analitice la întreaga cantitate de materiale pe care încercăm să le sintetizam într-un mod robust.”

John și-a invitat fratele mai mic la Houston, realizând că expertiza lui ar fi un avantaj în laborator. „Avem seturi de abilități complementare aproape prin design, în care evit să mă specializez în lucruri pe care le cunoaște bine și, de asemenea, evită domeniile pe care le cunosc bine”, a spus el. „Deci suntem o echipă foarte puternică.

„În esență, am făcut legătura că sunetele potrivite corespund produsului corect și conexiunea că sunete diferite corespund diferitelor produse”, a spus el. „De asemenea, este mult mai puternic decât sunt eu cu anumite tehnici de calcul, în timp ce sunt practic un expert empiric”.

Un mini microfon Amazon de 31 USD atașat la capul laser și atașat la un telefon mobil în interiorul dulapului cu laser preia sunetul pentru analiză.

„Frații au transformat tiparul sonor printr-o tehnica sportiva Se numește transformată Fourier rapidă, astfel încât aceștia pot obține date numerice din datele audio. spuse Tor. „Din un calcul matematic, aceste date pot fi un instrument analitic aproape instantaneu pentru evaluarea tipului și purității produsului”.

Sunetele emise „oferă informații despre relaxarea energiei de intrare atunci când laserul lovește proba și este absorbită, transmisă, împrăștiată, reflectată sau, în general, convertită în diferite tipuri de energie”, a spus John Lee. Acest lucru ne permite să obținem informații locale despre proprietățile microstructurii grafenului și morfologia acestuia. și proprietățile la scară nanometrică”.

Turul încă le admiră ingeniozitatea.

El a spus: „Ceea ce au realizat acești frați este uimitor”. „Ei aud sunete de sinteză pe măsură ce sunt realizate și apoi pot determina tipul și calitatea produsului aproape instantaneu. Aceasta ar putea fi o abordare importantă în timpul Rezultatul combinării expunerii și contrariul pentru a ghida standardele de fabricație.

El a spus că analiza sunetului ar putea contribui la o serie de procese de fabricație, inclusiv încălzirea joule în propriul său laborator, o metodă de fabricare a grafenului și a altor materiale din deșeuri, precum și sinterizarea, ingineria fazelor, ingineria stresului, depunerea de vapori chimici, arderea, recoacere și tăiere cu laser, degajare de gaz, distilare și multe altele.

„Între experiența experimentală a lui John și talentul atletic al lui Victor, echipa familiei este fantastică”, a spus Tour. „Cea mai mare fericire a mea este să creez o atmosferă în care minți tinere Ei pot fi creativi și să prospere și, în acest caz, au demonstrat experiență dincolo de anii lor, John avea doar 19 ani și Victor 17 la momentul descoperirii lor. „

Co-autorii lucrării sunt studenții absolvenți ai Rice, Jacob Beckham și Wen Chen, cercetătorul postdoctoral Bing Ding, absolventul Doi Long și cercetătorul Carter Kittrell. Tour este catedra TT și WF Chao în chimie, precum și profesor de informatică, știința materialelor și nanoinginerie.