När Graphene talar kan forskare nu lyssna

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Brothers in Rice lab finner att ljud från grafenproduktion innehåller värdefull data

Ursprungligen publicerad den Rice University, Rice News.
By Mike Williams

Det kan vara sant att se är att tro, men ibland kan hörseln vara bättre.

Exempel: Två bröder i ett Rice University-laboratorium hörde något ovanligt när de tillverkade grafen. Till slut bestämde de att ljudet i sig kunde ge dem värdefull information om produkten.

[Inbäddat innehåll]

Bröderna, John Li, en alumn från Rice som nu studerar vid Stanford University, och Victor Li, då gymnasieelev i New York och nu nybörjare vid Massachusetts Institute of Technology, är medförfattare till en artikel som beskriver den verkliga -tidsanalys av laserinducerad grafen (LIG) produktion genom ljud.

Bröderna arbetade i Rice-kemists labb James turné när de kom med sin hypotes och presenterade den på ett gruppmöte.

"Professor Tour sa: "Det är intressant" och sa till oss att fortsätta det som ett potentiellt projekt," mindes John Li.

Victor Li med tillstånd från Rice Univ, När grafen talar kan forskare nu lyssna

John Li med tillstånd från Rice Univ, När grafen talar kan forskare nu lyssna

Resultaten, som visas i Avancerade funktionella material, beskriva ett enkelt akustiskt signalbehandlingsschema som analyserar LIG i realtid för att bestämma dess form och kvalitet.

LIG, introducerades av Tour-labbet 2014, gör lager av sammankopplade grafenark genom att värma toppen av ett tunt polymerark till 2,500 4,532 grader Celsius (XNUMX XNUMX grader Fahrenheit), vilket bara lämnar kolatomer bakom sig. Tekniken har sedan dess tillämpats för att göra grafen från andra råvaror, även mat.

"Under olika förhållanden hör vi olika ljud eftersom olika processer inträffar," sa John. "Så om vi hör variationer under syntesen, skulle vi kunna upptäcka olika material som bildas."

Han sa att ljudanalys möjliggör "mycket större kvalitetskontrollfunktioner som är storleksordningar snabbare än karakterisering av laserinducerad grafen med mikroskopitekniker.

"Inom materialanalys finns det ofta avvägningar mellan kostnad, hastighet, skalbarhet, noggrannhet och precision, särskilt när det gäller hur mycket material du systematiskt kan bearbeta," sa John. "Det vi har här tillåter oss att effektivt skala genomströmningen av våra analytiska kapaciteter till hela mängden material vi försöker syntetisera på ett robust sätt."

John bjöd in sin yngre bror till Houston, i vetskap om att hans expertis skulle vara ett plus i labbet. "Vi har kompletterande färdigheter nästan genom design, där jag undviker att specialisera mig på saker som han kan mycket väl, och på samma sätt undviker han områden som jag kan mycket väl," sa han. "Så vi bildar ett väldigt solidt lag.

"I grund och botten gjorde jag kopplingen att rätt ljud motsvarar rätt produkt, och han gjorde kopplingen att de olika ljuden motsvarade olika produkter," sa han. "Dessutom är han mycket starkare än jag på vissa beräkningstekniker, medan jag i första hand är en experimentalist."

En liten, $31 mikrofon från Amazon tejpad till laserhuvudet och fäst på en mobiltelefon inuti laserskåpet tar upp ljudet för analys.

"Bröderna omvandlade ljudmönstret genom en matematisk teknik som kallas a Snabb Fourier-transform, så att de kunde få numerisk data från ljuddata, säger Tour. "Genom vissa matematiska beräkningar kan dessa data vara ett nästan omedelbart analytiskt verktyg för att bedöma produkttyp och renhet."

Alex Lathem, doktorand i tillämpad fysik vid Rice, förbereder ett prov för laserning. Labbet använder ljud för att analysera syntesen av laserinducerad grafen i realtid. Foto av Brandon Martin

John Li sa att ljuden som avges "ger information om avslappningen av energiinmatningen när lasern träffar provet och absorberas, överförs, sprids, reflekteras eller bara i allmänhet omvandlas till olika typer av energi. Det gör att vi kan få lokal information om egenskaperna hos grafenens mikrostruktur, morfologi och nanoskala egenskaper."

Tour är fortfarande imponerad av deras uppfinningsrikedom.

"Det de här bröderna kom fram till är fantastiskt," sa han. "De hör ljudet av syntes när den utförs, och utifrån det kan de avgöra produkttyp och kvalitet nästan omedelbart. Detta kan vara ett viktigt tillvägagångssätt under syntesen för att styra tillverkningsparametrar."

Han sa att ljudanalys kan bidra till ett antal tillverkningsprocesser, inklusive hans eget labb blixt Joule uppvärmning, en metod för att tillverka grafen och andra material från avfallsprodukter, samt sintring, fasteknik, töjningsteknik, kemisk ångavsättning, förbränning, glödgning, laserskärning, gasutveckling, destillation med mera.

"Mellan Johns experimentella expertis och Victors matematiska talang är familjeteamet formidabelt," sa Tour. "Min största glädje är att tillhandahålla en atmosfär där unga hjärnor kan skapa och blomstra, och i det här fallet visade de expertis långt bortom sina år, John var bara 19 och Victor 17 vid tidpunkten för deras upptäckt."

Medförfattare till artikeln är Rice-studenterna Jacob Beckham och Weiyin Chen, postdoktorn Bing Deng, alumnen Duy Luong och forskaren Carter Kittrell. Tour är TT och WF Chao ordförande i kemi samt professor i datavetenskap och i materialvetenskap och nanoteknik.

Flygvapnets kontor för vetenskaplig forskning (FA9550-19-1-0296) stödde forskningen.

Uppskattar CleanTechnicas originalitet? Överväg att bli en CleanTechnica-medlem, supporter, tekniker eller ambassadör - eller en beskyddare på Patreon.