जब ग्राफीन बोलता है, तो वैज्ञानिक अब सुन सकते हैं

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राइस लैब में ब्रदर्स को ग्राफीन उत्पादन से संबंधित ऑडियो मिला जिसमें बहुमूल्य डेटा शामिल है

मूलतः पर प्रकाशित राइस यूनिवर्सिटी, राइस न्यूज़.
By माइक विलियम्स

यह सच हो सकता है कि देखकर विश्वास करना है, लेकिन कभी-कभी सुनना बेहतर हो सकता है।

मामला इस प्रकार है: राइस विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला में दो भाइयों ने ग्राफीन बनाते समय कुछ असामान्य सुना। अंततः, उन्होंने निर्धारित किया कि ध्वनि ही उन्हें उत्पाद के बारे में बहुमूल्य डेटा दे सकती है।

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दोनों भाई, जॉन ली, एक राइस पूर्व छात्र जो अब स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में पढ़ रहे हैं, और विक्टर ली, जो उस समय न्यूयॉर्क में हाई स्कूल के छात्र थे और अब मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में नए छात्र हैं, एक पेपर के सह-प्रमुख लेखक हैं जो वास्तविक का वर्णन करता है -समय का विश्लेषण लेजर से प्रेरित ग्राफीन (एलआईजी) ध्वनि के माध्यम से उत्पादन।

दोनों भाई राइस केमिस्ट की लैब में काम कर रहे थे जेम्स टूर जब वे अपनी परिकल्पना लेकर आए और इसे एक समूह बैठक में प्रस्तुत किया।

जॉन ली ने याद करते हुए कहा, "प्रोफेसर टूर ने कहा, 'यह दिलचस्प है' और हमें इसे एक संभावित परियोजना के रूप में आगे बढ़ाने के लिए कहा।"

विक्टर ली, राइस यूनिवर्सिटी के सौजन्य से, जब ग्राफीन बोलता है, तो वैज्ञानिक अब सुन सकते हैं

जॉन ली, राइस यूनिवर्सिटी के सौजन्य से, जब ग्राफीन बोलता है, तो वैज्ञानिक अब सुन सकते हैं

परिणाम, जो सामने आते हैं उन्नत कार्यात्मक सामग्री, एक सरल ध्वनिक सिग्नल प्रोसेसिंग योजना का वर्णन करें जो इसके स्वरूप और गुणवत्ता को निर्धारित करने के लिए वास्तविक समय में एलआईजी का विश्लेषण करती है।

एलआईजी, 2014 में टूर लैब द्वारा पेश किया गया, एक पतली पॉलिमर शीट के शीर्ष को 2,500 डिग्री सेल्सियस (4,532 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गर्म करके परस्पर जुड़े ग्राफीन शीट की परतें बनाता है, जिससे केवल कार्बन परमाणु पीछे रह जाते हैं। तब से इस तकनीक को अन्य फीडस्टॉक से ग्राफीन बनाने के लिए लागू किया गया है, यहां तक कि भोजन भी.

जॉन ने कहा, "अलग-अलग परिस्थितियों में, हम अलग-अलग आवाजें सुनते हैं क्योंकि अलग-अलग प्रक्रियाएं हो रही हैं।" "इसलिए यदि हम संश्लेषण के दौरान भिन्नताएं सुनते हैं, तो हम बनने वाली विभिन्न सामग्रियों का पता लगाने में सक्षम होंगे।"

उन्होंने कहा कि ऑडियो विश्लेषण "बहुत अधिक गुणवत्ता नियंत्रण क्षमताओं की अनुमति देता है जो माइक्रोस्कोपी तकनीकों द्वारा लेजर-प्रेरित ग्राफीन के लक्षण वर्णन की तुलना में तेज़ परिमाण के आदेश हैं।"

जॉन ने कहा, "सामग्री विश्लेषण में, लागत, गति, स्केलेबिलिटी, सटीकता और परिशुद्धता के बीच अक्सर व्यापार होता है, खासकर इस मामले में कि आप कितनी सामग्री को व्यवस्थित रूप से संसाधित कर सकते हैं।" "यहां हमारे पास जो कुछ भी है वह हमें अपनी विश्लेषणात्मक क्षमताओं के थ्रूपुट को उस सामग्री की पूरी मात्रा में कुशलतापूर्वक स्केल करने की अनुमति देता है जिसे हम मजबूत तरीके से संश्लेषित करने की कोशिश कर रहे हैं।"

जॉन ने अपने छोटे भाई को ह्यूस्टन में आमंत्रित किया, यह जानते हुए कि प्रयोगशाला में उसकी विशेषज्ञता फायदेमंद होगी। उन्होंने कहा, "हमारे पास डिज़ाइन के अनुसार पूरक कौशल सेट हैं, जहां मैं उन चीजों में विशेषज्ञता हासिल करने से बचता हूं जो वह बहुत अच्छी तरह से जानता है, और इसी तरह, वह उन क्षेत्रों से बचता है जिन्हें मैं अच्छी तरह से जानता हूं।" “तो हम एक बहुत ही ठोस टीम बनाते हैं।

"मूल रूप से, मैंने यह संबंध बनाया कि सही ध्वनियाँ सही उत्पाद से मेल खाती हैं, और उन्होंने यह संबंध बनाया कि विभिन्न ध्वनियाँ अलग-अलग उत्पादों से मेल खाती हैं," उन्होंने कहा। "इसके अलावा, वह कुछ कम्प्यूटेशनल तकनीकों में मुझसे कहीं अधिक मजबूत है, जबकि मैं मुख्य रूप से एक प्रयोगवादी हूं।"

अमेज़ॅन का एक छोटा, $31 का माइक्रोफ़ोन, जिसे लेज़र हेड पर टेप किया गया है और लेज़र कैबिनेट के अंदर एक सेलफोन से जोड़ा गया है, विश्लेषण के लिए ऑडियो उठाता है।

“भाइयों ने ए नामक गणितीय तकनीक के माध्यम से ध्वनि पैटर्न को परिवर्तित किया फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म, ताकि वे ध्वनि डेटा से संख्यात्मक डेटा प्राप्त कर सकें, ”टूर ने कहा। "कुछ गणितीय गणनाओं के माध्यम से, वह डेटा उत्पाद प्रकार और शुद्धता का आकलन करने के लिए एक निकट-तत्काल विश्लेषणात्मक उपकरण हो सकता है।"

राइस में एप्लाइड फिजिक्स के स्नातक छात्र एलेक्स लैथम लेसिंग के लिए एक नमूना तैयार करते हैं। प्रयोगशाला वास्तविक समय में लेजर-प्रेरित ग्राफीन के संश्लेषण का विश्लेषण करने के लिए ध्वनि का उपयोग कर रही है। फोटो ब्रैंडन मार्टिन द्वारा

जॉन ली ने कहा कि उत्सर्जित ध्वनियाँ "ऊर्जा इनपुट की छूट के बारे में जानकारी प्रदान करती हैं जब लेजर नमूने से टकराता है और अवशोषित, प्रसारित, बिखरा हुआ, प्रतिबिंबित होता है या सामान्य रूप से विभिन्न प्रकार की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाता है। इससे हमें ग्राफीन की सूक्ष्म संरचना, आकृति विज्ञान और नैनोस्केल विशेषताओं के गुणों पर स्थानीय जानकारी प्राप्त करने की अनुमति मिलती है।

टूर उनकी प्रतिभा से प्रभावित रहते हैं।

उन्होंने कहा, "ये भाई जो लेकर आए वह अद्भुत है।" “जब यह संश्लेषण किया जाता है तो वे इसकी ध्वनियाँ सुन रहे होते हैं, और इससे वे उत्पाद के प्रकार और गुणवत्ता को लगभग तुरंत निर्धारित कर सकते हैं। विनिर्माण मापदंडों को निर्देशित करने के लिए संश्लेषण के दौरान यह एक महत्वपूर्ण दृष्टिकोण हो सकता है।

उन्होंने कहा कि ध्वनि विश्लेषण कई विनिर्माण प्रक्रियाओं में योगदान दे सकता है, जिसमें उनकी अपनी प्रयोगशाला भी शामिल है फ्लैश जूल हीटिंग, अपशिष्ट उत्पादों से ग्राफीन और अन्य सामग्री बनाने की एक विधि, साथ ही सिंटरिंग, चरण इंजीनियरिंग, स्ट्रेन इंजीनियरिंग, रासायनिक वाष्प जमाव, दहन, एनीलिंग, लेजर-कटिंग, गैस विकास, आसवन और बहुत कुछ।

टूर ने कहा, "जॉन की प्रयोगात्मक विशेषज्ञता और विक्टर की गणितीय प्रतिभा के बीच, पारिवारिक टीम दुर्जेय है।" "मेरी सबसे बड़ी खुशी एक ऐसा माहौल प्रदान करना है जहां युवा दिमाग सृजन कर सकें और फल-फूल सकें, और इस मामले में, उन्होंने अपने वर्षों से कहीं अधिक विशेषज्ञता का प्रदर्शन किया, अपनी खोज के समय जॉन केवल 19 वर्ष के थे और विक्टर 17 वर्ष के थे।"

पेपर के सह-लेखक राइस स्नातक छात्र जैकब बेकहम और वेयिन चेन, पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता बिंग डेंग, पूर्व छात्र ड्यू लुओंग और अनुसंधान वैज्ञानिक कार्टर किट्रेल हैं। टूर रसायन विज्ञान में टीटी और डब्ल्यूएफ चाओ चेयर के साथ-साथ कंप्यूटर विज्ञान और सामग्री विज्ञान और नैनोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर हैं।

वायु सेना वैज्ञानिक अनुसंधान कार्यालय (FA9550-19-1-0296) ने अनुसंधान का समर्थन किया।

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