Ketika Graphene Berbicara, Para Ilmuwan Sekarang Dapat Mendengarkan

Saudara-saudara di laboratorium Rice menemukan audio dari produksi graphene mengandung data berharga

Awalnya diterbitkan pada Universitas Rice, Berita Rice.
By Mike Williams

Mungkin benar bahwa melihat itu berarti percaya, tapi terkadang mendengar bisa lebih baik.

Contoh kasus: Dua bersaudara di laboratorium Rice University mendengar sesuatu yang tidak biasa saat membuat graphene. Pada akhirnya, mereka memutuskan bahwa suara itu sendiri dapat memberi mereka data berharga tentang produk tersebut.

Kakak beradik, John Li, alumnus Rice yang sekarang belajar di Universitas Stanford, dan Victor Li, yang saat itu adalah siswa sekolah menengah di New York dan sekarang mahasiswa baru di Institut Teknologi Massachusetts, adalah salah satu penulis utama makalah yang menggambarkan keadaan sebenarnya. -analisis waktu graphene yang diinduksi laser (LIG) produksi melalui suara.

Saudara-saudara itu bekerja di laboratorium kimia Rice Tur James ketika mereka mengemukakan hipotesisnya dan mempresentasikannya pada pertemuan kelompok.

“Profesor Tour berkata, 'Ini menarik,' dan meminta kami untuk menjadikannya sebagai proyek potensial,” kenang John Li.

Hasilnya, yang muncul di Materi Fungsional Tingkat Lanjut, jelaskan skema pemrosesan sinyal akustik sederhana yang menganalisis LIG secara real time untuk menentukan bentuk dan kualitasnya.

LIG, diperkenalkan oleh lab Tour pada tahun 2014, membuat lapisan lembaran graphene yang saling berhubungan dengan memanaskan bagian atas lembaran polimer tipis hingga 2,500 derajat Celcius (4,532 derajat Fahrenheit), sehingga hanya menyisakan atom karbon. Teknik ini telah diterapkan untuk membuat graphene dari bahan baku lain, bahkan makanan.

“Dalam kondisi yang berbeda, kita mendengar suara yang berbeda karena proses yang terjadi berbeda,” kata John. “Jadi jika kami mendengar variasi selama sintesis, kami akan dapat mendeteksi berbagai bahan yang sedang terbentuk.”

Dia mengatakan analisis audio memungkinkan “kemampuan kontrol kualitas yang jauh lebih besar yang jauh lebih cepat daripada karakterisasi graphene yang diinduksi laser dengan teknik mikroskop.

“Dalam analisis material, sering kali terdapat trade-off antara biaya, kecepatan, skalabilitas, akurasi, dan presisi, terutama dalam hal berapa banyak material yang dapat Anda proses secara sistematis,” kata John. “Apa yang kami miliki di sini memungkinkan kami untuk secara efisien menskalakan hasil kemampuan analitis kami ke seluruh jumlah material yang kami coba sintesis dengan cara yang kuat.”

John mengundang adik laki-lakinya ke Houston, karena mengetahui keahliannya akan menjadi nilai tambah di laboratorium. “Kami memiliki keahlian yang saling melengkapi hampir secara desain, di mana saya menghindari spesialisasi pada hal-hal yang dia ketahui dengan baik, dan juga, dia menghindari bidang-bidang yang saya ketahui dengan baik,” katanya. “Jadi kami membentuk tim yang sangat solid.

“Pada dasarnya, saya membuat hubungan bahwa suara yang tepat berhubungan dengan produk yang tepat, dan dia membuat hubungan bahwa suara yang berbeda berhubungan dengan produk yang berbeda,” katanya. “Selain itu, dia jauh lebih kuat daripada saya dalam teknik komputasi tertentu, sedangkan saya pada dasarnya adalah seorang eksperimentalis.”

Mikrofon kecil seharga $31 dari Amazon ditempel di kepala laser dan dipasang ke ponsel di dalam kabinet laser mengambil audio untuk dianalisis.

“Saudara-saudara mengubah pola suara melalui teknik matematika yang disebut a Transformasi Fourier Cepat, sehingga mereka bisa mendapatkan data numerik dari data suara,” kata Tour. “Melalui beberapa perhitungan matematis, data tersebut dapat menjadi alat analisis instan untuk menilai jenis dan kemurnian produk.”

John Li mengatakan suara yang dipancarkan “memberikan informasi tentang relaksasi masukan energi ketika laser mengenai sampel dan diserap, ditransmisikan, dihamburkan, dipantulkan, atau secara umum diubah menjadi berbagai jenis energi. Hal ini memungkinkan kami memperoleh informasi lokal mengenai properti struktur mikro, morfologi, dan karakteristik skala nano graphene.”

Tour tetap terkesan dengan kecerdikan mereka.

“Apa yang dihasilkan oleh saudara-saudara ini sungguh menakjubkan,” katanya. “Mereka mendengar suara sintesis saat dilakukan, dan dari situ mereka dapat menentukan jenis dan kualitas produk dalam sekejap. Ini bisa menjadi pendekatan penting selama sintesis untuk memandu parameter produksi.”

Dia mengatakan analisis suara dapat berkontribusi pada sejumlah proses manufaktur, termasuk laboratoriumnya sendiri pemanasan joule flash, metode untuk membuat graphene dan bahan lainnya dari produk limbah, serta sintering, rekayasa fase, rekayasa regangan, pengendapan uap kimia, pembakaran, anil, pemotongan laser, evolusi gas, distilasi, dan banyak lagi.

“Antara keahlian eksperimental John dan bakat matematika Victor, tim keluarga ini sangat tangguh,” kata Tour. “Kegembiraan terbesar saya adalah memberikan suasana di mana pikiran-pikiran muda dapat berkreasi dan berkembang, dan dalam hal ini, mereka menunjukkan keahlian jauh melampaui usia mereka, John baru berusia 19 tahun dan Victor 17 tahun pada saat penemuan mereka.”

Rekan penulis makalah ini adalah mahasiswa pascasarjana Rice Jacob Beckham dan Weiyin Chen, peneliti pascadoktoral Bing Deng, alumnus Duy Luong dan ilmuwan peneliti Carter Kittrell. Tour adalah Ketua Chao TT dan WF di bidang Kimia serta profesor ilmu komputer dan ilmu material serta rekayasa nano.

Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (FA9550-19-1-0296) mendukung penelitian tersebut.

 

Menghargai orisinalitas CleanTechnica? Pertimbangkan menjadi seorang Anggota, Pendukung, Teknisi, atau Duta CleanTechnica - atau pelindung Patreon.

 

 

---

iklan  

---

---

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