Når Graphene taler, kan videnskabsmænd nu lytte

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Brothers in Rice lab finder, at lyd fra grafenproduktion indeholder værdifulde data

Oprindeligt offentliggjort på Rice University, Rice News.
By Mike Williams

Det kan være rigtigt, at det at se er at tro, men nogle gange kan hørelsen være bedre.

Eksempel: To brødre i et Rice University-laboratorium hørte noget usædvanligt, mens de lavede grafen. I sidste ende fandt de ud af, at lyden i sig selv kunne give dem værdifulde data om produktet.

[Indlejret indhold]

Brødrene, John Li, en Rice-alumne, der nu studerer ved Stanford University, og Victor Li, dengang en gymnasieelev i New York og nu en førsteårsstuderende ved Massachusetts Institute of Technology, er medforfattere af et papir, der beskriver den virkelige -tidsanalyse af laser-induceret grafen (LIG) produktion gennem lyd.

Brødrene arbejdede i Rice-kemikerens laboratorium James-tur da de kom med deres hypotese og fremlagde den på et gruppemøde.

"Professor Tour sagde: 'Det er interessant' og fortalte os, at vi skulle forfølge det som et potentielt projekt," huskede John Li.

Victor Li med tilladelse fra Rice Univ, Når grafen taler, kan videnskabsmænd nu lytte

John Li med tilladelse fra Rice Univ, Når grafen taler, kan videnskabsmænd nu lytte

Resultaterne, som vises i Avancerede funktionelle materialer, beskrive et simpelt akustisk signalbehandlingsskema, der analyserer LIG i realtid for at bestemme dets form og kvalitet.

LIG, introduceret af Tour lab i 2014, laver lag af indbyrdes forbundne grafenplader ved at opvarme toppen af en tynd polymerplade til 2,500 grader Celsius (4,532 grader Fahrenheit), hvilket kun efterlader kulstofatomer. Teknikken er siden blevet anvendt til fremstilling af grafen fra andre råvarer, selv mad.

"Under forskellige forhold hører vi forskellige lyde, fordi forskellige processer finder sted," sagde John. "Så hvis vi hører variationer under syntesen, ville vi være i stand til at detektere forskellige materialer, der dannes."

Han sagde, at lydanalyse giver mulighed for "langt større kvalitetskontrolfunktioner, der er størrelsesordener hurtigere end karakterisering af laser-induceret grafen ved mikroskopiteknikker.

"I materialeanalyse er der ofte afvejninger mellem omkostninger, hastighed, skalerbarhed, nøjagtighed og præcision, især med hensyn til, hvor meget materiale du systematisk kan bearbejde," sagde John. "Det, vi har her, giver os mulighed for effektivt at skalere gennemløbet af vores analytiske evner til hele mængden af materiale, vi forsøger at syntetisere på en robust måde."

John inviterede sin yngre bror til Houston, velvidende at hans ekspertise ville være et plus i laboratoriet. "Vi har næsten ved design komplementære færdighedssæt, hvor jeg undgår at specialisere mig i de ting, som han kan rigtig godt, og på samme måde undgår han områder, som jeg kender meget godt," sagde han. "Så vi udgør et meget solidt hold.

"Dybest set lavede jeg den forbindelse, at de rigtige lyde svarer til det rigtige produkt, og han gjorde den forbindelse, at de forskellige lyde svarede til forskellige produkter," sagde han. "Han er også meget stærkere end jeg til visse beregningsteknikker, hvorimod jeg primært er eksperimentel."

En lille, $31 mikrofon fra Amazon tapet til laserhovedet og fastgjort til en mobiltelefon inde i laserkabinettet opfanger lyden til analyse.

“Brødrene konverterede lydmønsteret gennem en matematisk teknik kaldet a Hurtig Fourier transformation, så de kunne få numeriske data fra lyddataene,” sagde Tour. "Gennem nogle matematiske beregninger kan disse data være et næsten øjeblikkeligt analytisk værktøj til at vurdere produkttypen og renheden."

Alex Lathem, en kandidatstuderende i anvendt fysik ved Rice, forbereder en prøve til lasering. Laboratoriet bruger lyd til at analysere syntesen af laserinduceret grafen i realtid. Foto af Brandon Martin

John Li sagde, at de udsendte lyde "giver information om afslapning af energiinputtet, når laseren rammer prøven og bliver absorberet, transmitteret, spredt, reflekteret eller bare generelt omdannet til forskellige typer energi. Det giver os mulighed for at få lokal information om egenskaber af grafenens mikrostruktur, morfologi og nanoskalaegenskaber."

Tour forbliver imponeret over deres opfindsomhed.

"Det, disse brødre fandt på, er fantastisk," sagde han. "De hører lyden af syntese, mens den udføres, og ud fra det kan de næsten øjeblikkeligt bestemme produkttype og kvalitet. Dette kunne være en vigtig tilgang under syntese til at vejlede produktionsparametre."

Han sagde, at lydanalyse kunne bidrage til en række fremstillingsprocesser, herunder hans eget laboratorie flash Joule opvarmning, en metode til at fremstille grafen og andre materialer fra affaldsprodukter, samt sintring, faseteknik, strain engineering, kemisk dampaflejring, forbrænding, udglødning, laserskæring, gasudvikling, destillation og mere.

"Mellem Johns eksperimentelle ekspertise og Victors matematiske talent er familieteamet formidabelt," sagde Tour. "Min største glæde er at skabe en atmosfære, hvor unge sind kan skabe og blomstre, og i dette tilfælde demonstrerede de ekspertise langt ud over deres år, John var kun 19 og Victor 17 på tidspunktet for deres opdagelse."

Medforfattere til papiret er Rice-kandidatstuderende Jacob Beckham og Weiyin Chen, postdoc-forsker Bing Deng, alumnus Duy Luong og forsker Carter Kittrell. Tour er TT og WF Chao Chao-stolen i kemi samt professor i datalogi og i materialevidenskab og nanoteknik.

Air Force Office of Scientific Research (FA9550-19-1-0296) støttede forskningen.

Sætter du pris på CleanTechnicas originalitet? Overvej at blive en CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadør - eller en protektor på Patreon.