When Graphene Speaks, Scientists Can Now Listen

Перевидано Платоном

читають: 0

Брати в лабораторії Райса виявили, що аудіо з виробництва графену містить цінні дані

Спочатку опубліковано на Університет Райса, новини Райса.
By Майк Уільямс

Можливо, це правда, що бачити означає вірити, але іноді чути може бути краще.

Приклад: два брати в лабораторії Університету Райса почули щось незвичайне під час виготовлення графену. Зрештою, вони визначили, що сам звук може дати їм цінні дані про продукт.

[Вбудоване вміст]

Брати, Джон Лі, випускник Райса, який зараз навчається в Стенфордському університеті, і Віктор Лі, тоді старшокласник у Нью-Йорку, а нині першокурсник Массачусетського технологічного інституту, є співавторами статті, яка описує справжній -аналіз часу лазерно-індукований графен (LIG) виробництво через звук.

Брати працювали в лабораторії хіміка Райса Тур Джеймса коли вони висунули свою гіпотезу та представили її на зустрічі групи.

«Професор Тур сказав: «Це цікаво» і сказав нам продовжити це як потенційний проект», — згадує Джон Лі.

Віктор Лі з люб’язного дозволу Університету Райса, Коли графен говорить, вчені тепер можуть слухати

Джон Лі з люб’язного дозволу Університету Райса, Коли графен говорить, вчені тепер можуть слухати

Результати, які з’являються в Розширені функціональні матеріалиописують просту схему обробки акустичного сигналу, яка аналізує LIG у реальному часі для визначення його форми та якості.

LIG, представлений Tour lab у 2014 році, створює шари з’єднаних між собою графенових листів, нагріваючи верхню частину тонкого полімерного листа до 2,500 градусів за Цельсієм (4,532 градуси за Фаренгейтом), залишаючи позаду лише атоми вуглецю. Відтоді цей метод застосовували для виготовлення графену з іншої сировини, навіть їжа.

«За різних умов ми чуємо різні звуки, тому що відбуваються різні процеси», — сказав Джон. «Отже, якщо ми почуємо варіації під час синтезу, ми зможемо виявити різні матеріали, що утворюються».

Він сказав, що аудіоаналіз дозволяє «набагато більші можливості контролю якості, які на порядки швидше, ніж визначення характеристик індукованого лазером графену за допомогою методів мікроскопії.

«Під час аналізу матеріалів часто існують компроміси між вартістю, швидкістю, масштабованістю, точністю та точністю, особливо з точки зору того, скільки матеріалу ви можете систематично обробити», — сказав Джон. «Те, що ми тут маємо, дозволяє нам ефективно масштабувати пропускну здатність наших аналітичних можливостей до всієї кількості матеріалу, який ми намагаємося надійно синтезувати».

Джон запросив свого молодшого брата до Х’юстона, знаючи, що його досвід стане перевагою в лабораторії. «У нас є додаткові набори навичок майже задумом, де я уникаю спеціалізації на речах, які він дуже добре знає, і так само він уникає сфер, які я знаю дуже добре», — сказав він. «Тож ми формуємо дуже міцну команду.

«По суті, я встановив зв’язок, що правильні звуки відповідають правильному продукту, а він встановив зв’язок, що різні звуки відповідають різним продуктам», — сказав він. «Крім того, він набагато сильніший за мене в певних обчислювальних техніках, тоді як я переважно експериментатор».

Невеликий мікрофон від Amazon за 31 долар, прикріплений до лазерної головки та підключений до мобільного телефону всередині корпусу лазера, знімає аудіо для аналізу.

«Брати перетворили звукову схему за допомогою математичної техніки під назвою a Швидке перетворення Фур'є, щоб вони могли отримати числові дані зі звукових даних», — сказав Тур. «Завдяки деяким математичним обчисленням ці дані можуть стати майже миттєвим аналітичним інструментом для оцінки типу та чистоти продукту».

Алекс Латем, аспірант прикладної фізики в Rice, готує зразок для генерації. Лабораторія використовує звук для аналізу синтезу індукованого лазером графену в реальному часі. Фото Брендона Мартіна

Джон Лі сказав, що видавані звуки «надають інформацію про релаксацію надходження енергії, коли лазер потрапляє на зразок і поглинається, передається, розсіюється, відбивається або взагалі перетворюється на різні види енергії. Це дозволяє нам отримати локальну інформацію про властивості мікроструктури, морфології та нанорозмірних характеристик графену».

Тур залишається під враженням від їхньої винахідливості.

«Те, що придумали ці брати, вражає», — сказав він. «Вони чують звуки синтезу під час його виконання, і за цим вони можуть майже миттєво визначити тип і якість продукту. Це може бути важливим підходом під час синтезу для керування виробничими параметрами».

Він сказав, що звуковий аналіз може сприяти низці виробничих процесів, включаючи його власну лабораторію спалах Джоулеве нагрівання, метод виготовлення графену та інших матеріалів із відходів, а також спікання, фазова інженерія, інженерія деформацій, хімічне осадження з парової фази, спалювання, відпал, лазерне різання, виділення газу, дистиляція тощо.

«Поміж експериментальним досвідом Джона та математичним талантом Віктора, сімейна команда є надзвичайною», — сказав Тур. «Моя найбільша радість полягає в тому, щоб створити атмосферу, де молоді уми можуть творити та процвітати, і в цьому випадку вони продемонстрували досвід далеко за свої роки, Джону було лише 19 років, а Віктору 17 на момент їхнього відкриття».

Співавторами статті є аспіранти Райс Джейкоб Бекхем і Вейін Чен, постдокторант Бінг Денг, випускник Дуй Луонг і дослідник Картер Кіттрелл. Тур завідує кафедрою хімії TT і WF Chao, а також є професором інформатики, матеріалознавства та наноінженерії.

Управління наукових досліджень ВПС (FA9550-19-1-0296) підтримало дослідження.

Цінуєте оригінальність CleanTechnica? Подумайте про те, щоб стати Член, прихильник, технік або посол CleanTechnica - або покровитель на Patreon.