When Graphene Speaks, Scientists Can Now Listen

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Bracia z laboratorium Rice odkrywają, że dźwięk z produkcji grafenu zawiera cenne dane

Pierwotnie opublikowany w Uniwersytet Ryżowy, Wiadomości Ryżowe.
By Mike Williams

Być może prawdą jest, że zobaczyć znaczy uwierzyć, ale czasami słyszenie może być lepsze.

Przykład: dwóch braci w laboratorium Uniwersytetu Rice usłyszało coś niezwykłego podczas wytwarzania grafenu. Ostatecznie doszli do wniosku, że sam dźwięk może dostarczyć cennych danych o produkcie.

[Osadzone treści]

Bracia, John Li, absolwent Rice, obecnie studiujący na Uniwersytecie Stanforda, oraz Victor Li, wówczas uczeń liceum w Nowym Jorku, a obecnie student pierwszego roku w Massachusetts Institute of Technology, są współprowadzącymi autorami artykułu opisującego prawdziwe -analiza czasu grafen indukowany laserem (LIG) produkcja poprzez dźwięk.

Bracia pracowali w laboratorium chemika Rice'a James tour kiedy wymyślili swoją hipotezę i przedstawili ją na spotkaniu grupy.

„Profesor Tour powiedział:„ To interesujące ”i powiedział nam, abyśmy traktowali to jako potencjalny projekt” — wspomina John Li.

Victor Li Dzięki uprzejmości Rice Univ, Kiedy przemawia grafen, naukowcy mogą teraz słuchać

John Li Dzięki uprzejmości Rice Univ, Kiedy przemawia grafen, naukowcy mogą teraz słuchać

Wyniki, które pojawiają się w Zaawansowane materiały funkcjonalneopisują prosty schemat przetwarzania sygnału akustycznego, który analizuje LIG w czasie rzeczywistym w celu określenia jego formy i jakości.

LIG, wprowadzony przez laboratorium Tour w 2014 roku, tworzy warstwy połączonych ze sobą arkuszy grafenu, podgrzewając górę cienkiego arkusza polimeru do 2,500 stopni Celsjusza (4,532 stopni Fahrenheita), pozostawiając po sobie tylko atomy węgla. Od tego czasu technikę tę zastosowano do wytwarzania grafenu z innych surowców, m.in. nawet jedzenie.

„W różnych warunkach słyszymy różne dźwięki, ponieważ zachodzą różne procesy” – powiedział John. „Jeśli więc usłyszymy zmiany podczas syntezy, będziemy w stanie wykryć powstające różne materiały”.

Powiedział, że analiza dźwięku pozwala na „znacznie większe możliwości kontroli jakości, które są o rząd wielkości szybsze niż charakteryzacja indukowanego laserowo grafenu za pomocą technik mikroskopowych.

„W analizie materiałów często dochodzi do kompromisów między kosztami, szybkością, skalowalnością, dokładnością i precyzją, zwłaszcza pod względem ilości materiału, który można systematycznie przetwarzać” — powiedział John. „To, co tutaj mamy, pozwala nam skutecznie skalować przepustowość naszych możliwości analitycznych do całej ilości materiału, który próbujemy zsyntetyzować w solidny sposób”.

John zaprosił swojego młodszego brata do Houston, wiedząc, że jego wiedza przyda się w laboratorium. „Mamy uzupełniające się zestawy umiejętności prawie z założenia, w których unikam specjalizacji w rzeczach, które on zna bardzo dobrze, podobnie jak on unika obszarów, które znam bardzo dobrze” – powiedział. „Tworzymy więc bardzo solidny zespół.

„Zasadniczo ustaliłem, że odpowiednie dźwięki odpowiadają właściwemu produktowi, a on powiązał, że różne dźwięki odpowiadają różnym produktom” — powiedział. „Ponadto jest znacznie silniejszy ode mnie w niektórych technikach obliczeniowych, podczas gdy ja jestem przede wszystkim eksperymentatorem”.

Mały mikrofon firmy Amazon za 31 USD, przyklejony taśmą do głowicy lasera i podłączony do telefonu komórkowego w obudowie lasera, zbiera dźwięk do analizy.

„Bracia przekształcili wzór dźwiękowy za pomocą matematycznej techniki zwanej a Szybka transformata Fouriera, aby mogli uzyskać dane liczbowe z danych dźwiękowych” – powiedział Tour. „Dzięki pewnym obliczeniom matematycznym dane te mogą być niemal natychmiastowym narzędziem analitycznym do oceny rodzaju i czystości produktu”.

Alex Lathem, absolwent fizyki stosowanej w Rice, przygotowuje próbkę do obróbki laserowej. Laboratorium wykorzystuje dźwięk do analizy syntezy indukowanego laserem grafenu w czasie rzeczywistym. Zdjęcie Brandona Martina

John Li powiedział, że emitowane dźwięki „dostarczają informacji o relaksacji energii wejściowej, gdy laser uderza w próbkę i jest absorbowany, transmitowany, rozpraszany, odbijany lub po prostu przekształcany w różne rodzaje energii. To pozwala nam uzyskać lokalne informacje na temat właściwości mikrostruktury grafenu, jego morfologii i charakterystyki w nanoskali”.

Tour pozostaje pod wrażeniem ich pomysłowości.

„To, co wymyślili ci bracia, jest niesamowite” – powiedział. „Słyszą dźwięki syntezy podczas jej wykonywania i na tej podstawie mogą niemal natychmiast określić typ i jakość produktu. Może to być ważne podejście podczas syntezy, aby kierować parametrami produkcyjnymi”.

Powiedział, że analiza dźwięku może przyczynić się do wielu procesów produkcyjnych, w tym do jego własnego laboratorium flash ogrzewanie Joule, metoda wytwarzania grafenu i innych materiałów z produktów odpadowych, a także spiekanie, inżynieria fazowa, inżynieria naprężeń, chemiczne osadzanie z fazy gazowej, spalanie, wyżarzanie, cięcie laserowe, wydzielanie gazów, destylacja i inne.

„Między eksperymentalnym doświadczeniem Johna a talentem matematycznym Victora, zespół rodzinny jest potężny” — powiedział Tour. „Największą radość sprawia mi tworzenie atmosfery, w której młode umysły mogą tworzyć i rozwijać się, aw tym przypadku wykazali się wiedzą przekraczającą ich wiek, ponieważ John miał zaledwie 19 lat, a Victor 17 w chwili ich odkrycia”.

Współautorami artykułu są absolwenci Rice Jacob Beckham i Weiyin Chen, doktor habilitowany Bing Deng, absolwent Duy Luong i naukowiec Carter Kittrell. Tour jest katedrą chemii TT i WF Chao, a także profesorem informatyki, materiałoznawstwa i nanoinżynierii.

Badania wspierało Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych (FA9550-19-1-0296).

Doceniasz oryginalność CleanTechnica? Rozważ zostanie Członek, Supporter, Technik lub Ambasador CleanTechnica - lub patrona na Patreon.