Når Graphene snakker, kan forskere nå lytte

Publisert av Platon

Følgere: 0

Brothers in Rice lab finner lyd fra grafenproduksjon inneholder verdifulle data

Opprinnelig publisert på Rice University, Rice News.
By Mike Williams

Det kan være sant at det å se er å tro, men noen ganger kan det å høre bedre.

Eksempel: To brødre i et Rice University-laboratorium hørte noe uvanlig mens de lagde grafen. Til slutt bestemte de at lyden i seg selv kunne gi dem verdifull data om produktet.

[Innebygd innhold]

Brødrene, John Li, en Rice-alumnus som nå studerer ved Stanford University, og Victor Li, den gang en high school-elev i New York og nå en førsteårsstudent ved Massachusetts Institute of Technology, er medforfattere av en artikkel som beskriver den virkelige -tidsanalyse av laserindusert grafen (LIG) produksjon gjennom lyd.

Brødrene jobbet i laboratoriet til Rice-kjemikeren James-tur da de kom med hypotesen sin og presenterte den på et gruppemøte.

"Professor Tour sa: "Det er interessant," og ba oss om å forfølge det som et potensielt prosjekt," husket John Li.

Victor Li med tillatelse fra Rice Univ, Når grafen snakker, kan forskere nå lytte

John Li med tillatelse fra Rice Univ, Når grafen snakker, kan forskere nå lytte

Resultatene, som vises i Avanserte funksjonelle materialer, beskrive et enkelt akustisk signalbehandlingsskjema som analyserer LIG i sanntid for å bestemme formen og kvaliteten.

LIG, introdusert av Tour-laben i 2014, lager lag med sammenkoblede grafenplater ved å varme opp toppen av et tynt polymerark til 2,500 grader Celsius (4,532 grader Fahrenheit), og etterlater bare karbonatomer. Teknikken har siden blitt brukt til å lage grafen fra andre råvarer, til og med mat.

"Under forskjellige forhold hører vi forskjellige lyder fordi forskjellige prosesser skjer," sa John. "Så hvis vi hører variasjoner under syntesen, vil vi kunne oppdage forskjellige materialer som dannes."

Han sa at lydanalyse gir mulighet for "langt større kvalitetskontrollfunksjoner som er størrelsesordener raskere enn karakterisering av laserindusert grafen ved hjelp av mikroskopiteknikker.

"I materialanalyse er det ofte avveininger mellom kostnad, hastighet, skalerbarhet, nøyaktighet og presisjon, spesielt når det gjelder hvor mye materiale du systematisk kan behandle," sa John. "Det vi har her gjør at vi effektivt kan skalere gjennomstrømningen av våre analytiske evner til hele mengden materiale vi prøver å syntetisere på en robust måte."

John inviterte sin yngre bror til Houston, vel vitende om at hans ekspertise ville være et pluss i laboratoriet. "Vi har komplementære ferdighetssett nesten ved design, der jeg unngår å spesialisere meg i de tingene han kan veldig godt, og på samme måte unngår han områder som jeg kjenner veldig godt," sa han. "Så vi utgjør et veldig solid lag.

"I utgangspunktet gjorde jeg forbindelsen at de riktige lydene samsvarer med det riktige produktet, og han gjorde forbindelsen at de forskjellige lydene tilsvarte forskjellige produkter," sa han. "Han er også mye sterkere enn meg til visse beregningsteknikker, mens jeg først og fremst er en eksperimentell."

En liten mikrofon på 31 dollar fra Amazon teipet til laserhodet og festet til en mobiltelefon inne i laserskapet tar opp lyden for analyse.

"Brødrene konverterte lydmønsteret gjennom en matematisk teknikk kalt a Rask Fourier-transformasjon, slik at de kunne få numeriske data fra lyddataene,” sa Tour. "Gjennom noen matematiske beregninger kan disse dataene være et nesten umiddelbar analytisk verktøy for å vurdere produkttype og renhet."

Alex Lathem, en doktorgradsstudent i anvendt fysikk ved Rice, forbereder en prøve for lasering. Laboratoriet bruker lyd for å analysere syntesen av laserindusert grafen i sanntid. Foto av Brandon Martin

John Li sa at lydene som sendes ut "gir informasjon om avslapning av energitilførselen når laseren treffer prøven og blir absorbert, overført, spredt, reflektert eller bare generelt omdannet til forskjellige typer energi. Det lar oss få lokal informasjon om egenskapene til grafenens mikrostruktur, morfologi og nanoskalaegenskaper.»

Tour er fortsatt imponert over deres oppfinnsomhet.

"Det disse brødrene fant på er utrolig," sa han. "De hører lydene av syntese mens den utføres, og ut fra det kan de bestemme produkttype og kvalitet nesten umiddelbart. Dette kan være en viktig tilnærming under syntese for å veilede produksjonsparametere."

Han sa at lydanalyse kan bidra til en rekke produksjonsprosesser, inkludert hans egne laboratorier flash Joule oppvarming, en metode for å lage grafen og andre materialer fra avfallsprodukter, samt sintring, faseteknikk, strain engineering, kjemisk dampavsetning, forbrenning, gløding, laserskjæring, gassutvikling, destillasjon og mer.

"Mellom Johns eksperimentelle ekspertise og Victors matematiske talent, er familieteamet formidabelt," sa Tour. "Min største glede er å gi en atmosfære der unge sinn kan skape og blomstre, og i dette tilfellet demonstrerte de ekspertise langt utover årene, John var bare 19 og Victor 17 på det tidspunktet de ble oppdaget."

Medforfattere av artikkelen er Rice-studentene Jacob Beckham og Weiyin Chen, postdoktor Bing Deng, alumnus Duy Luong og forsker Carter Kittrell. Turen er T.T. og W.F. Chao Chair i kjemi samt professor i informatikk og materialvitenskap og nanoteknikk.

Air Force Office of Scientific Research (FA9550-19-1-0296) støttet forskningen.

Setter du pris på CleanTechnicas originalitet? Vurder å bli en CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadør - eller en beskytter på Patreon.