Kui grafeen räägib, saavad teadlased nüüd kuulata

Rice'i labori vennad leiavad, et grafeenitootmise heli sisaldab väärtuslikke andmeid

Algselt avaldatud Rice University, Rice News.
By Mike Williams

See võib olla tõsi, et nägemine on uskumine, kuid mõnikord võib kuulmine olla parem.

Näide: kaks venda Rice'i ülikooli laboris kuulsid grafeeni valmistamisel midagi ebatavalist. Lõppkokkuvõttes leidsid nad, et heli ise võib anda neile toote kohta väärtuslikke andmeid.

Vennad John Li, Rice'i vilistlane, kes õpib praegu Stanfordi ülikoolis, ja Victor Li, kes oli tollal New Yorgi keskkooliõpilane ja nüüd Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi esmakursuslane, on kaasautorid artiklis, mis kirjeldab tegelikku olukorda. - aja analüüs laseriga indutseeritud grafeen (LIG) tootmine läbi heli.

Vennad töötasid Rice'i keemiku laboris Jamesi tuur kui nad oma hüpoteesi välja mõtlesid ja rühma koosolekul esitasid.

"Professor Tour ütles: "See on huvitav" ja käskis meil seda potentsiaalse projektina jätkata," meenutas John Li.

Tulemused, mis ilmuvad Täiustatud funktsionaalsed materjalid, kirjeldage lihtsat akustilise signaali töötlemise skeemi, mis analüüsib reaalajas LIG-i, et määrata selle kuju ja kvaliteet.

LIG, tutvustas Tour lab 2014. aastal, teeb omavahel ühendatud grafeenilehtede kihte, kuumutades õhukese polümeeri lehe ülaosa temperatuurini 2,500 kraadi Celsiuse järgi (4,532 kraadi Fahrenheiti järgi), jättes maha vaid süsinikuaatomid. Seda tehnikat on sellest ajast alates kasutatud grafeeni valmistamiseks muust lähteainest, isegi toitu.

"Erinevates tingimustes kuuleme erinevaid helisid, kuna toimuvad erinevad protsessid," ütles John. "Nii et kui kuuleme sünteesi ajal variatsioone, suudaksime tuvastada erinevate materjalide moodustumist."

Ta ütles, et helianalüüs võimaldab "palju suuremaid kvaliteedikontrolli võimalusi, mis on suurusjärgu võrra kiiremad kui laseriga indutseeritud grafeeni iseloomustamine mikroskoopiameetodite abil.

"Materjalide analüüsis on sageli kompromisse kulude, kiiruse, mastaapsuse, täpsuse ja täpsuse vahel, eriti selles osas, kui palju materjali saate süstemaatiliselt töödelda," ütles John. "See, mis meil siin on, võimaldab meil tõhusalt skaleerida meie analüütiliste võimete läbilaskevõimet kogu materjalihulgale, mida proovime tugeval viisil sünteesida."

John kutsus oma noorema venna Houstonisse, teades, et tema teadmised oleksid laboris plussiks. "Meil on peaaegu disaini järgi täiendavad oskused, kus ma väldin spetsialiseerumist asjadele, mida ta väga hästi teab, ja samuti väldib ta valdkondi, mida mina väga hästi tean," ütles ta. "Seega moodustame väga tugeva meeskonna.

"Põhimõtteliselt lõin mina ühenduse, et õiged helid vastavad õigele tootele, ja tema lõi selle, et erinevad helid vastavad erinevatele toodetele," rääkis ta. "Samuti on ta teatud arvutustehnikates minust palju tugevam, samas kui ma olen peamiselt eksperimentalist."

Väike Amazoni 31-dollarine mikrofon, mis on teibitud laserpea külge ja kinnitatud laserkapi sees oleva mobiiltelefoni külge, kogub analüüsimiseks heli.

"Vennad teisendasid helimustri matemaatilise tehnika abil, mida nimetatakse a Kiire Fourier' teisendus, et nad saaksid heliandmetest arvandmeid, ”ütles Tour. "Mõnede matemaatiliste arvutuste abil võivad need andmed olla peaaegu kohene analüütiline tööriist toote tüübi ja puhtuse hindamiseks."

John Li ütles, et eralduvad helid "annavad teavet energiasisendi lõdvestumise kohta, kui laser tabab proovi ja neeldub, kandub edasi, hajub, peegeldub või lihtsalt muundub erinevat tüüpi energiaks. See võimaldab meil saada kohalikku teavet grafeeni mikrostruktuuri omaduste, morfoloogia ja nanoskaala omaduste kohta.

Tour avaldab muljet nende leidlikkusest.

"See, mida need vennad välja mõtlesid, on hämmastav," ütles ta. "Nad kuulevad sünteesi helisid, kui seda tehakse, ja selle põhjal saavad nad peaaegu hetkega kindlaks teha toote tüübi ja kvaliteedi. See võib olla oluline lähenemine sünteesi ajal tootmisparameetrite juhtimiseks.

Ta ütles, et helianalüüs võib aidata kaasa mitmele tootmisprotsessile, sealhulgas tema enda laborile flash Joule soojendus, meetod grafeeni ja muude materjalide valmistamiseks jäätmetest, samuti paagutamine, faasitöötlus, deformatsioon, keemiline aurustamine-sadestamine, põletamine, lõõmutamine, laserlõikamine, gaasi eraldumine, destilleerimine ja palju muud.

"Johni eksperimentaalsete teadmiste ja Victori matemaatilise ande vahel on peremeeskond tohutu, " ütles Tour. "Minu suurim rõõm on pakkuda õhkkonda, kus noored vaimud saavad luua ja õitseda, ning sel juhul näitasid nad oma teadmisi palju kaugemale oma eluaastatest, kuna John oli nende avastamise ajal vaid 19 ja Victor 17."

Artikli kaasautorid on Rice'i kraadiõppurid Jacob Beckham ja Weiyin Chen, järeldoktor Bing Deng, vilistlane Duy Luong ja teadlane Carter Kittrell. Ekskursioon on T.T. ja W.F. Chao keemia õppetool, samuti arvutiteaduse ning materjaliteaduse ja nanotehnoloogia professor.

Õhujõudude teadusuuringute büroo (FA9550-19-1-0296) toetas uurimistööd.

 

Kas hindate CleanTechnica originaalsust? Kaaluge a CleanTechnica liige, toetaja, tehnik või suursaadik - või patroon Patreon.

 

 

---

reklaam  

---

---

Allikas: https://cleantechnica.com/2022/01/20/when-graphene-speaks-scientists-can-now-listen/