Quand le graphène parle, les scientifiques peuvent désormais écouter

Les frères du laboratoire Rice découvrent que l'audio de la production de graphène contient des données précieuses

Initialement publié sur Université Rice, Rice News.
By Mike Williams

Il est peut-être vrai que voir, c'est croire, mais parfois entendre peut être meilleur.

Exemple concret : deux frères d'un laboratoire de l'Université Rice ont entendu quelque chose d'inhabituel alors qu'ils fabriquaient du graphène. En fin de compte, ils ont déterminé que le son lui-même pouvait leur fournir des données précieuses sur le produit.

Les frères, John Li, un ancien élève de Rice qui étudie actuellement à l'Université de Stanford, et Victor Li, alors lycéen à New York et maintenant étudiant de première année au Massachusetts Institute of Technology, sont les co-auteurs principaux d'un article qui décrit le véritable -analyse temporelle de graphène induit par laser (LIG) production par le son.

Les frères travaillaient dans le laboratoire du chimiste Rice Visite de James lorsqu'ils ont formulé leur hypothèse et l'ont présentée lors d'une réunion de groupe.

« Le professeur Tour a dit : « C'est intéressant » et nous a dit de poursuivre cela comme un projet potentiel », se souvient John Li.

Victor Li Avec l'aimable autorisation de Rice Univ, Quand le graphène parle, les scientifiques peuvent désormais écouter

John Li Avec l'aimable autorisation de Rice Univ, Quand le graphène parle, les scientifiques peuvent désormais écouter

Les résultats, qui apparaissent dans Matériaux fonctionnels avancés, décrivent un schéma simple de traitement du signal acoustique qui analyse le LIG en temps réel pour déterminer sa forme et sa qualité.

LIG, introduit par le laboratoire du Tour en 2014, crée des couches de feuilles de graphène interconnectées en chauffant le dessus d'une fine feuille de polymère à 2,500 4,532 degrés Celsius (XNUMX XNUMX degrés Fahrenheit), ne laissant derrière lui que des atomes de carbone. La technique a depuis été appliquée à la fabrication de graphène à partir d'autres matières premières, même la nourriture.

"Dans différentes conditions, nous entendons différents sons parce que différents processus se produisent", a déclaré John. "Ainsi, si nous entendons des variations au cours de la synthèse, nous serions en mesure de détecter différents matériaux en formation."

Il a déclaré que l’analyse audio permet « des capacités de contrôle de qualité bien supérieures, qui sont plusieurs fois plus rapides que la caractérisation du graphène induit par laser par des techniques de microscopie.

"Dans l'analyse des matériaux, il y a souvent des compromis entre le coût, la vitesse, l'évolutivité, l'exactitude et la précision, notamment en termes de quantité de matériaux que vous pouvez traiter systématiquement", a déclaré John. « Ce dont nous disposons ici nous permet d’adapter efficacement le débit de nos capacités analytiques à la quantité totale de matériau que nous essayons de synthétiser de manière robuste. »

John a invité son jeune frère à Houston, sachant que son expertise serait un plus dans le laboratoire. "Nous avons des compétences complémentaires presque par conception, où j'évite de me spécialiser dans les choses qu'il connaît très bien, et de même, il évite les domaines que je connais très bien", a-t-il déclaré. « Nous formons donc une équipe très solide.

"En gros, j'ai fait le lien que les bons sons correspondent au bon produit, et lui a fait le lien que les différents sons correspondaient à différents produits", a-t-il déclaré. "De plus, il est beaucoup plus fort que moi dans certaines techniques informatiques, alors que je suis avant tout un expérimentateur."

Un petit microphone d'Amazon d'une valeur de 31 $, collé sur la tête laser et attaché à un téléphone portable à l'intérieur de l'armoire laser, capte l'audio pour analyse.

« Les frères ont converti le modèle sonore grâce à une technique mathématique appelée Transformée de Fourier Rapide, afin qu'ils puissent obtenir des données numériques à partir des données sonores », a déclaré Tour. "Grâce à certains calculs mathématiques, ces données peuvent constituer un outil analytique quasi instantané pour évaluer le type et la pureté du produit."

Alex Lathem, étudiant diplômé en physique appliquée à Rice, prépare un échantillon pour l'exposition au laser. Le laboratoire utilise le son pour analyser en temps réel la synthèse du graphène induite par laser. Photo de Brandon Martin

John Li a déclaré que les sons émis « fournissent des informations sur la relaxation de l'apport d'énergie lorsque le laser frappe l'échantillon et est absorbé, transmis, diffusé, réfléchi ou simplement en général converti en différents types d'énergie. Cela nous permet d’obtenir des informations locales sur les propriétés de la microstructure, de la morphologie et des caractéristiques à l’échelle nanométrique du graphène.

Tour reste impressionné par leur ingéniosité.

« Ce que ces frères ont imaginé est incroyable », a-t-il déclaré. « Ils entendent les sons de la synthèse au fur et à mesure qu'elle est effectuée, et à partir de là, ils peuvent déterminer le type et la qualité du produit presque instantanément. Cela pourrait constituer une approche importante lors de la synthèse pour guider les paramètres de fabrication.

Il a déclaré qu'une analyse solide pourrait contribuer à un certain nombre de processus de fabrication, y compris celui de son propre laboratoire. chauffage flash Joule, une méthode pour fabriquer du graphène et d'autres matériaux à partir de déchets, ainsi que le frittage, l'ingénierie de phases, l'ingénierie de déformation, le dépôt chimique en phase vapeur, la combustion, le recuit, la découpe laser, le dégagement de gaz, la distillation et bien plus encore.

« Entre l’expertise expérimentale de John et le talent mathématique de Victor, l’équipe familiale est formidable », a déclaré Tour. "Ma plus grande joie est de créer une atmosphère dans laquelle les jeunes esprits peuvent créer et s'épanouir. Dans ce cas, ils ont démontré une expertise bien au-delà de leur âge, John n'ayant que 19 ans et Victor 17 ans au moment de leur découverte."

Les co-auteurs de l'article sont Jacob Beckham et Weiyin Chen, étudiants diplômés de Rice, le chercheur postdoctoral Bing Deng, l'ancien élève Duy Luong et le chercheur scientifique Carter Kittrell. La tournée est le T.T. et W.F. Chao en chimie ainsi que professeur d'informatique, de science des matériaux et de nano-ingénierie.

Le Bureau de recherche scientifique de l'Air Force (FA9550-19-1-0296) a soutenu la recherche.

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