グラフェンが話すとき、科学者は聞くことができる

プラトン再発行

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ライス研究所の兄弟は、グラフェン製造時の音声に貴重なデータが含まれていることを発見

百聞は一見に如かずというのは本当かもしれませんが、時には聞いた方が良い場合もあります。

好例: ライス大学の研究室にいる XNUMX 人の兄弟は、グラフェンの製造中に異常な音を聞きました。最終的に、彼らは音自体が製品に関する貴重なデータを提供できると判断しました。

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ライス大学の卒業生で現在スタンフォード大学で学んでいるジョン・リー兄弟と、当時ニューヨークの高校生で現在マサチューセッツ工科大学の新入生であるビクター・リー兄弟は、本当のことを説明する論文の共同筆頭著者である。 -時間分析レーザー誘起グラフェン (LIG)音によるプロデュース。

兄弟たちはライス化学者の研究室で働いていましたジェームスツアー彼らが仮説を考え出し、グループミーティングでそれを発表したとき。

「ツアー教授は『それは興味深い』と言い、潜在的なプロジェクトとしてそれを追求するように私たちに言いました」とジョン・リー氏は思い起こす。

Victor Li 提供：ライス大学、グラフェンが話すとき、科学者は聞くことができるようになりました

ジョン・リー提供：ライス大学、グラフェンが話すとき、科学者は聞くことができるようになりました

に表示される結果は、高度機能材料では、LIG をリアルタイムで分析してその形式と品質を決定する単純な音響信号処理スキームについて説明します。

リグ、 2014年にツアーラボによって導入されましたは、薄いポリマーシートの上部を摂氏 2,500 度 (華氏 4,532 度) に加熱することで、相互接続されたグラフェンシートの層を作成し、炭素原子のみを残します。その後、この技術は他の原料からグラフェンを製造するのに応用されています。食べ物さえも。

「条件が異なると、異なるプロセスが発生するため、異なる音が聞こえます」とジョンは言いました。「したがって、合成中に変化を聞くことができれば、形成されているさまざまな材料を検出できるでしょう。」

同氏は、音声分析により「顕微鏡技術によるレーザー誘起グラフェンの特性評価よりも桁違いに速い、はるかに優れた品質管理機能が可能になる」と述べた。

「材料分析では、特にどれだけの量の材料を体系的に処理できるかという点で、コスト、速度、拡張性、精度、精度の間にトレードオフが存在することがよくあります」と John 氏は言います。「ここにあるものにより、合成しようとしている材料の全量に合わせて分析能力のスループットを堅牢な方法で効率的に拡張することができます。」

ジョンは、彼の専門知識が研究室でプラスになると考えて、弟をヒューストンに招待しました。「私たちはほぼ意図的に補完的なスキルセットを持っており、私は彼がよく知っている分野に特化することを避け、同様に彼も私がよく知っている分野を避けます」と彼は言いました。「そのため、私たちは非常に強固なチームを形成しています。

「基本的に、私は適切なサウンドが適切な製品に対応するという関係を作りました、そして彼は異なるサウンドが異なる製品に対応するという関係を作りました」と彼は言いました。「また、私は主に実験主義者ですが、特定の計算技術に関しては、彼は私よりもはるかに優れています。」

Amazon の 31 ドルの小型マイクがレーザーヘッドにテープで貼り付けられ、レーザーキャビネット内の携帯電話に取り付けられ、分析のために音声を拾います。

「兄弟は、音のパターンを、高速フーリエ変換ので、音データから数値データを得ることができました」とツアー氏は言いました。「いくつかの数学的計算を通じて、そのデータは製品の種類と純度を評価するためのほぼ瞬時の分析ツールとなり得ます。」

ライス大学の応用物理学大学院生である Alex Lathem は、レーザー照射用のサンプルを準備しています。この研究室では、音響を使用してレーザー誘起グラフェンの合成をリアルタイムで分析しています。写真提供者: ブランドン・マーティン

ジョン・リー氏は、発せられる音は「レーザーがサンプルに当たり、吸収、透過、散乱、反射、または一般に異なる種類のエネルギーに変換されるときに入力されたエネルギーの緩和に関する情報を提供する」と述べた。これにより、グラフェンの微細構造、形態、ナノスケール特性の特性に関する局所的な情報を得ることができます。」

ツアーは彼らの創意工夫に感銘を受け続けています。

「この兄弟たちが考え出したことは驚くべきものです」と彼は言いました。「彼らは合成が実行される音を聞いており、そこから製品の種類と品質をほぼ瞬時に判断できます。これは、合成中に製造パラメータをガイドするための重要なアプローチとなる可能性があります。」

同氏は、音響分析は自身の研究室を含む多くの製造プロセスに貢献できる可能性があると述べた。フラッシュジュール加熱、廃棄物からグラフェンやその他の材料を製造する方法のほか、焼結、相工学、ひずみ工学、化学蒸着、燃焼、アニーリング、レーザー切断、ガス発生、蒸留などを使用します。

「ジョンの実験の専門知識とビクターの数学的才能を兼ね備えた家族チームは手ごわいです」とツアー氏は語った。「私の最大の喜びは、若い心が創造し、開花できる雰囲気を提供することです。今回の場合、彼らは年齢をはるかに超えた専門知識を示しました。発見当時、ジョンはまだ19歳、ビクターは17歳でした。」

論文の共著者は、ライス大学院生のジェイコブ・ベッカム氏とウェイイン・チェン氏、ポスドク研究者のビン・デン氏、卒業生のデュイ・ルオン氏、研究科学者のカーター・キトレル氏である。ツアー氏は化学分野のTTおよびWFチャオ議長であり、コンピューターサイエンス、材料科学、ナノエンジニアリングの教授でもある。

空軍科学研究局 (FA9550-19-1-0296) がこの研究を支援しました。

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