그래핀이 말할 때 과학자들은 이제 들을 수 있습니다

플라톤에 의해 재발행

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Rice 연구실의 형제들은 그래핀 생산에서 얻은 오디오에 귀중한 데이터가 포함되어 있음을 발견했습니다.

원래에 게시 된 라이스 대학교, 라이스 뉴스.
By 마이크 윌리엄스

보는 것이 믿는 것이 사실일 수도 있지만 때로는 듣는 것이 더 나을 수도 있습니다.

적절한 사례: 라이스 대학 연구실의 두 형제는 그래핀을 만드는 동안 이상한 소리를 들었습니다. 궁극적으로 그들은 소리 자체가 제품에 대한 귀중한 데이터를 제공할 수 있다고 판단했습니다.

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현재 스탠포드 대학에서 공부하고 있는 라이스 졸업생인 존 리(John Li)와 당시 뉴욕의 고등학생이자 현재 매사추세츠 공과대학(MIT)의 신입생인 빅터 리(Victor Li) 형제는 실제 상황을 설명하는 논문의 공동 저자입니다. -시간 분석 레이저 유도 그래핀 (LIG) 사운드를 통한 제작.

형제들은 쌀화학자의 연구실에서 일하고 있었습니다. 제임스 투어 가설을 세우고 그룹 회의에서 발표했을 때.

John Li는 “투어 교수가 ‘흥미롭다’고 하면서 잠재적인 프로젝트로 추진하라고 말했습니다.”라고 회상했습니다.

Victor Li | 라이스 대학교 제공, 그래핀이 말할 때 과학자들은 이제 들을 수 있습니다

존 리(John Li) 라이스 대학교 제공, 그래핀이 말할 때 과학자들은 이제 들을 수 있습니다

에 나타나는 결과 고급 기능성 재료, LIG를 실시간으로 분석하여 형태와 품질을 결정하는 간단한 음향 신호 처리 방식을 설명합니다.

리그, 2014년 투어랩에서 선보인는 얇은 폴리머 시트의 상단을 섭씨 2,500도(화씨 4,532도)로 가열하여 탄소 원자만 남기고 상호 연결된 그래핀 시트의 층을 만듭니다. 이 기술은 이후 다른 공급원료로부터 그래핀을 만드는 데 적용되었습니다. 심지어 음식까지.

John은 “다른 조건에서 다른 프로세스가 발생하기 때문에 다른 소리를 듣습니다.”라고 말했습니다. "그러므로 합성 중에 변화를 들으면 다양한 물질이 형성되는 것을 감지할 수 있습니다."

그는 오디오 분석을 통해 "현미경 기술을 사용하여 레이저 유도 그래핀을 특성화하는 것보다 훨씬 더 빠른 품질 관리 기능을 제공할 수 있습니다."라고 말했습니다.

John은 “재료 분석에서는 특히 얼마나 많은 재료를 체계적으로 처리할 수 있는지 측면에서 비용, 속도, 확장성, 정확성 및 정밀성 사이에 상충 관계가 있는 경우가 많습니다.”라고 말했습니다. "여기에 있는 기술을 통해 우리는 강력한 방식으로 합성하려는 물질의 전체 양에 맞춰 분석 기능의 처리량을 효율적으로 확장할 수 있습니다."

John은 그의 전문 지식이 연구실에서 도움이 될 것이라는 것을 알고 그의 남동생을 휴스턴으로 초대했습니다. "우리는 거의 의도적으로 상호보완적인 기술을 갖고 있습니다. 저는 그가 잘 아는 분야를 전문적으로 다루지 않고, 마찬가지로 그도 제가 잘 아는 분야를 피합니다."라고 그는 말했습니다. “그래서 우리는 매우 견고한 팀을 구성했습니다.

“기본적으로 나는 올바른 소리가 올바른 제품에 해당한다는 연결을 만들었고 그는 다른 소리가 다른 제품에 해당한다는 연결을 만들었습니다.”라고 그는 말했습니다. "또한 그는 특정 계산 기술에 있어서 나보다 훨씬 뛰어난 반면, 나는 주로 실험주의자입니다."

레이저 헤드에 테이프로 고정하고 레이저 캐비닛 내부 휴대폰에 부착한 Amazon의 31달러짜리 작은 마이크가 분석을 위해 오디오를 수집합니다.

“형제는 수학적 기술을 통해 소리 패턴을 변환했습니다. 고속 푸리에 변환, 그래서 그들은 소리 데이터에서 수치 데이터를 얻을 수 있었습니다.”라고 Tour는 말했습니다. "일부 수학적 계산을 통해 해당 데이터는 제품 유형과 순도를 평가하는 거의 즉각적인 분석 도구가 될 수 있습니다."

Rice 대학의 응용 물리학 대학원생인 Alex Lathem이 레이저 발사용 샘플을 준비하고 있습니다. 연구실에서는 소리를 이용해 레이저 유도 그래핀 합성을 실시간으로 분석하고 있습니다. 사진: 브랜든 마틴

John Li는 방출되는 소리가 “레이저가 샘플에 부딪혀 흡수, 전송, 산란, 반사되거나 일반적으로 다른 유형의 에너지로 변환될 때 에너지 입력의 이완에 대한 정보를 제공합니다. 이를 통해 우리는 그래핀의 미세 구조, 형태 및 나노 규모 특성의 특성에 대한 현지 정보를 얻을 수 있습니다."

투어는 그들의 독창성에 깊은 인상을 받았습니다.

“이 형제들이 생각해낸 것은 정말 놀랍습니다.”라고 그는 말했습니다. “그들은 연주되는 합성 소리를 듣고 이를 통해 거의 즉각적으로 제품 유형과 품질을 결정할 수 있습니다. 이는 합성 과정에서 제조 매개변수를 안내하는 중요한 접근 방식이 될 수 있습니다.”

그는 건전한 분석이 자신의 연구실을 포함하여 다양한 제조 공정에 기여할 수 있다고 말했습니다. 플래시 줄 가열, 소결, 상 공학, 변형 공학, 화학 기상 증착, 연소, 어닐링, 레이저 절단, 가스 발생, 증류 등 폐기물로부터 그래핀 및 기타 재료를 만드는 방법입니다.

Tour는 “John의 실험적 전문성과 Victor의 수학적 재능 사이에서 가족 팀은 막강합니다.”라고 말했습니다. "나의 가장 큰 기쁨은 젊은 사람들이 창조하고 번영할 수 있는 분위기를 제공하는 것입니다. 이 경우 그들은 나이를 훨씬 뛰어넘는 전문 지식을 보여주었습니다. 발견 당시 John은 19세, Victor는 17세였습니다."

이 논문의 공동 저자는 Rice 대학원생 Jacob Beckham과 Weiyin Chen, 박사후 연구원 Bing Deng, 동문 Duy Luong 및 연구 과학자 Carter Kittrell입니다. 투어는 T.T.와 W.F. Chao는 화학과 교수이자 컴퓨터 과학, 재료 과학 및 나노공학 교수입니다.

공군 과학연구실(FA9550-19-1-0296)이 연구를 지원했습니다.

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