When Graphene Speaks, Scientists Can Now Listen

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Rice-laboratorion veljet havaitsivat, että grafeenituotannon ääni sisältää arvokasta tietoa

Alunperin julkaistu Rice University, Rice News.
By Mike Williams

Voi olla totta, että näkeminen on uskomista, mutta joskus kuuleminen voi olla paremmin.

Esimerkki: Kaksi veljestä Rice Universityn laboratoriossa kuulivat jotain epätavallista tehdessään grafeenia. Lopulta he päättivät, että itse ääni voisi antaa heille arvokasta tietoa tuotteesta.

[Upotetun sisällön]

Veljekset, John Li, Rice-alumni, joka opiskelee nyt Stanfordin yliopistossa, ja Victor Li, silloin lukiolainen New Yorkissa ja nyt fuksi Massachusetts Institute of Technologyssa, ovat johtavia tekijöitä artikkelissa, joka kuvaa todellista tilannetta. -aika-analyysi laserin indusoima grafeeni (LIG) tuotanto äänen kautta.

Veljet työskentelivät Rice-kemistin laboratoriossa James-kiertue kun he keksivät hypoteesinsa ja esittivät sen ryhmäkokouksessa.

"Professori Tour sanoi: 'Se on mielenkiintoista' ja käski meidän jatkaa sitä mahdollisena projektina", John Li muisteli.

Victor Li Rice Univin luvalla Kun grafeeni puhuu, tiedemiehet voivat nyt kuunnella

John Li Rice Univin luvalla Kun grafeeni puhuu, tiedemiehet voivat nyt kuunnella

Tulokset, jotka näkyvät Kehittyneet toiminnalliset materiaalit, kuvaa yksinkertaista akustisen signaalin käsittelymenetelmää, joka analysoi LIG:tä reaaliajassa määrittääkseen sen muodon ja laadun.

LIG, Tour lab esitteli vuonna 2014, tekee kerroksia toisiinsa yhdistetyistä grafeenilevyistä kuumentamalla ohuen polymeerilevyn yläosan 2,500 4,532 celsiusasteeseen (XNUMX XNUMX Fahrenheit-astetta), jolloin jäljelle jää vain hiiliatomeja. Tekniikkaa on sittemmin sovellettu grafeenin valmistukseen muista raaka-aineista, jopa ruokaa.

"Eri olosuhteissa kuulemme erilaisia ääniä, koska tapahtuu erilaisia prosesseja", John sanoi. "Joten jos kuulemme vaihteluita synteesin aikana, pystyisimme havaitsemaan erilaisten materiaalien muodostumista."

Hän sanoi, että äänianalyysi mahdollistaa "paljon paremmat laadunvalvontaominaisuudet, jotka ovat suuruusluokkaa nopeampia kuin laser-indusoidun grafeenin karakterisointi mikroskopiatekniikoilla.

"Materiaalianalyysissä on usein kompromisseja kustannusten, nopeuden, skaalautuvuuden, tarkkuuden ja tarkkuuden välillä, erityisesti sen suhteen, kuinka paljon materiaalia voit järjestelmällisesti käsitellä", John sanoi. "Se, mitä meillä on täällä, antaa meille mahdollisuuden skaalata analyyttisten kykyjemme suorituskykyä tehokkaasti koko materiaalimäärään, jota yritämme syntetisoida vankalla tavalla."

John kutsui nuoremman veljensä Houstoniin tietäen, että hänen asiantuntemuksensa olisi plussaa laboratoriossa. "Meillä on lähes suunniteltaessa toisiaan täydentäviä taitoja, joissa vältän erikoistumista asioihin, jotka hän osaa erittäin hyvin, ja samoin hän välttää alueita, jotka tunnen erittäin hyvin", hän sanoi. – Muodostamme siis erittäin vankan joukkueen.

"Periaatteessa minä tein yhteyden, että oikeat äänet vastaavat oikeaa tuotetta, ja hän teki yhteyden, että eri äänet vastasivat eri tuotteita", hän sanoi. "Lisäksi hän on minua paljon vahvempi tietyissä laskennallisissa tekniikoissa, kun taas minä olen ensisijaisesti kokeellinen."

Amazonin pieni 31 dollarin mikrofoni, joka on teipattu laserpäähän ja kiinnitetty laserkaapin sisällä olevaan matkapuhelimeen, poimii äänen analysointia varten.

"Veljekset muunsivat äänikuvion matemaattisen tekniikan avulla, nimeltä a Nopea Fourier-muunnos, jotta he voisivat saada numeerista dataa äänitiedoista", Tour sanoi. "Joidenkin matemaattisten laskelmien avulla nämä tiedot voivat olla lähes välitön analyyttinen työkalu tuotteen tyypin ja puhtauden arvioimiseksi."

Alex Lathem, Ricen soveltavan fysiikan jatko-opiskelija, valmistelee näytteen laserointia varten. Laboratorio käyttää ääntä analysoidakseen laser-indusoidun grafeenin synteesiä reaaliajassa. Kuva Brandon Martin

John Li sanoi, että lähetetyt äänet "tarjoavat tietoa energiasyötön rentoutumisesta, kun laser osuu näytteeseen ja absorboituu, välittyy, siroaa, heijastuu tai vain yleensä muunnetaan erilaisiksi energiatyypeiksi. Sen avulla voimme saada paikallista tietoa grafeenin mikrorakenteen ominaisuuksista, morfologiasta ja nanomittakaavan ominaisuuksista.

Tour on edelleen vaikuttunut heidän kekseliäisyydestään.

"Se, mitä nämä veljet keksivät, on hämmästyttävää", hän sanoi. ”He kuulevat synteesin ääniä sitä suoritettaessa ja voivat sen perusteella määrittää tuotteen tyypin ja laadun lähes välittömästi. Tämä voisi olla tärkeä lähestymistapa synteesin aikana ohjata valmistusparametreja."

Hän sanoi, että järkevä analyysi voisi edistää useita valmistusprosesseja, mukaan lukien hänen oma laboratorionsa flash Joule lämmitys, menetelmä grafeenin ja muiden materiaalien valmistamiseksi jätetuotteista sekä sintraus, faasisuunnittelu, jännitystekniikka, kemiallinen höyrypinnoitus, poltto, hehkutus, laserleikkaus, kaasunkehitys, tislaus ja paljon muuta.

"Johnin kokeellisen asiantuntemuksen ja Victorin matemaattisten kykyjen välillä perhetiimi on valtava", Tour sanoi. "Suurin iloni on tarjota ilmapiiri, jossa nuoret mielet voivat luoda ja kukoistaa, ja tässä tapauksessa he osoittivat asiantuntemusta paljon enemmän kuin heidän vuotensa, kun John oli vain 19 ja Victor 17 heidän löytämisensä aikaan."

Paperin mukana kirjoittajat ovat Ricen jatko-opiskelijat Jacob Beckham ja Weiyin Chen, tohtoritutkija Bing Deng, alumni Duy Luong ja tutkija Carter Kittrell. Tour on TT:n ja WF:n Chao Chair in Chemistry sekä tietojenkäsittelytieteen ja materiaalitieteen ja nanotekniikan professori.

Ilmavoimien tieteellisen tutkimuksen toimisto (FA9550-19-1-0296) tuki tutkimusta.

Arvostatko CleanTechnican omaperäisyyttä? Harkitse tulla CleanTechnican jäsen, tukija, teknikko tai suurlähettiläs - tai suojelija Patreon.