Όταν το γραφένιο μιλάει, οι επιστήμονες μπορούν πλέον να ακούσουν

Μπορεί να είναι αλήθεια ότι η όραση είναι πιστευτή, αλλά μερικές φορές η ακρόαση είναι καλύτερη.

Παράδειγμα: Δύο αδέρφια στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου Ράις άκουσαν κάτι ασυνήθιστο ενώ δούλευαν γραφένιο. Στο τέλος, αποφάσισαν ότι η ίδια η φωνή θα μπορούσε να τους δώσει πολύτιμα δεδομένα για το προϊόν.

Τα αδέρφια, ο John Lee, απόφοιτος της Rice που τώρα σπουδάζει στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, και ο Victor Lee, που ήταν μαθητής γυμνασίου στη Νέα Υόρκη και τώρα πρωτοετής στο MIT, είναι οι κύριοι συγγραφείς μιας ερευνητικής εργασίας που περιγράφει την πραγματικότητα. Χρονική ανάλυση της παραγωγής γραφενίου (LIG) που προκαλείται από λέιζερ με ήχο.

Τα αδέρφια δούλευαν στο εργαστήριο χημείας Rice James Tour όταν κατέληξαν στην υπόθεσή τους και την παρουσίασαν σε μια ομαδική συνάντηση.

«Είναι ενδιαφέρον», θυμάται ο John Lee, «είπε ο Professor Tour και μας ζήτησε να το συνεχίσουμε ως πιθανό έργο.

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται σε μορφή . προηγμένα λειτουργικά υλικάΠεριγράψτε ένα απλό σχήμα επεξεργασίας ακουστικού σήματος που αναλύει το LIG σε πραγματικό χρόνο για να καθορίσει το σχήμα και την ποιότητά του.

Το LIG, που παρουσιάστηκε από το Tour Lab το 2014, δημιουργεί στρώματα διασυνδεδεμένων φύλλων γραφενίου θερμαίνοντας την κορυφή ενός λεπτού φύλλου πολυμερούς στους 2.500 βαθμούς Κελσίου (4.532 βαθμούς Φαρενάιτ), αφήνοντας πίσω μόνο άτομα άνθρακα. Αυτή η τεχνική έχει εφαρμοστεί έκτοτε για την παραγωγή γραφενίου από άλλες πρώτες ύλες, ακόμη και τρόφιμα.

«Υπό διαφορετικές συνθήκες, ακούμε διαφορετικούς ήχους Ο Γιάννης είπε επειδή συμβαίνουν διαφορετικές διαδικασίες. «Επομένως, αν ακούσουμε διαφορές κατά τη διάρκεια της σύνθεσης, θα είμαστε σε θέση να ανιχνεύσουμε τα διαφορετικά υλικά που σχηματίζονται».

Η ακουστική ανάλυση, είπε, επιτρέπει «πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες ποιοτικού ελέγχου και είναι πολύ πιο γρήγορη από τον χαρακτηρισμό του γραφενίου που προκαλείται από λέιζερ με τεχνικές μικροσκοπίας».

«Στην ανάλυση υλικού, συχνά υπάρχουν αντισταθμίσεις μεταξύ του κόστους, της ταχύτητας, της επεκτασιμότητας, της ακρίβειας και της ακρίβειας, ιδιαίτερα όσον αφορά την ποσότητα υλικού που μπορείτε να επεξεργαστείτε συστηματικά», είπε ο John. «Αυτό που έχουμε εδώ μας επιτρέπει να κλιμακώσουμε αποτελεσματικά την παραγωγικότητα των αναλυτικών μας δυνατοτήτων σε όλη την ποσότητα των υλικών που προσπαθούμε να συνθέσουμε με στιβαρό τρόπο».

Ο Τζον κάλεσε τον μικρότερο αδερφό του στο Χιούστον, συνειδητοποιώντας ότι η πείρα του θα ήταν πλεονέκτημα στο εργαστήριο. «Έχουμε συμπληρωματικά σετ δεξιοτήτων σχεδόν από το σχεδιασμό, όπου αποφεύγω να ειδικεύομαι σε πράγματα που ξέρει καλά, και ομοίως αποφεύγει τομείς που γνωρίζω καλά», είπε. «Είμαστε λοιπόν μια πολύ δυνατή ομάδα.

«Ουσιαστικά έκανα τη σύνδεση ότι οι σωστοί ήχοι αντιστοιχούσαν στο σωστό προϊόν και η σύνδεση ότι διαφορετικοί ήχοι αντιστοιχούσαν στα διαφορετικά προϊόντα», είπε. «Επίσης, είναι πολύ πιο ισχυρό από ό,τι είμαι με ορισμένες υπολογιστικές τεχνικές, ενώ βασικά είμαι εμπειρικός ειδικός».

Ένα μίνι μικρόφωνο Amazon $ 31 που είναι προσαρτημένο στην κεφαλή λέιζερ και συνδεδεμένο σε ένα κινητό τηλέφωνο μέσα στο ντουλάπι λέιζερ λαμβάνει ήχο για ανάλυση.

«Τα αδέρφια μεταμόρφωσαν το ηχητικό μοτίβο μέσω α αθλητική τεχνική Ονομάζεται γρήγορος μετασχηματισμός Fourier, έτσι ώστε να μπορούν να λαμβάνουν αριθμητικά δεδομένα από δεδομένα ήχου. είπε ο Τορ. «Με κάποιους μαθηματικούς υπολογισμούς, αυτά τα δεδομένα μπορεί να είναι ένα σχεδόν στιγμιαίο αναλυτικό εργαλείο για την αξιολόγηση του τύπου και της καθαρότητας του προϊόντος».

Οι ήχοι που εκπέμπονται «παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη χαλάρωση της ενέργειας εισόδου όταν το λέιζερ χτυπά το δείγμα και απορροφάται, μεταδίδεται, διασκορπίζεται, ανακλάται ή γενικά μετατρέπεται σε διαφορετικούς τύπους ενέργειας», είπε ο John Lee. Αυτό μας επιτρέπει να λάβουμε τοπικές πληροφορίες για τις ιδιότητες της μικροδομής του γραφενίου και τη μορφολογία του και τις ιδιότητες της νανοκλίμακας».

Το Tour θαυμάζει ακόμα την εφευρετικότητά τους.

Είπε, «Αυτό που πέτυχαν αυτοί οι αδελφοί είναι εκπληκτικό». «Ακούνε ήχους σύνθεσης καθώς παράγονται και στη συνέχεια μπορούν να καθορίσουν τον τύπο και την ποιότητα του προϊόντος σχεδόν αμέσως. Αυτή θα μπορούσε να είναι μια σημαντική προσέγγιση κατά τη διάρκεια Το αποτέλεσμα του συνδυασμού της έκθεσης και του αντίθετου για την καθοδήγηση των προτύπων παραγωγής.

Είπε ότι η ηχητική ανάλυση θα μπορούσε να συμβάλει σε μια σειρά από διαδικασίες παραγωγής, συμπεριλαμβανομένης της θέρμανσης Joule στο δικό του εργαστήριο, μιας μεθόδου παραγωγής γραφενίου και άλλων υλικών από απόβλητα, καθώς και πυροσυσσωμάτωσης, μηχανικής φάσης, μηχανικής καταπόνησης, εναπόθεσης χημικών ατμών, καύσης, ανόπτηση και κοπή με λέιζερ Έκλυση αερίου, απόσταξη και άλλα.

«Μεταξύ της πειραματικής εμπειρίας του John και του αθλητικού ταλέντου του Victor, η ομάδα της οικογένειας είναι φανταστική», είπε ο Tour. «Η μεγαλύτερη ευτυχία μου είναι να δημιουργώ μια ατμόσφαιρα όπου νεαρά μυαλά Μπορούν να είναι δημιουργικοί και να ευδοκιμήσουν, και σε αυτή την περίπτωση, έχουν δείξει εμπειρία πέρα ​​από τα χρόνια τους, ο John ήταν μόλις 19 και ο Victor 17 τη στιγμή της ανακάλυψής τους. “

Οι συν-συγγραφείς της εργασίας είναι οι απόφοιτοι Rice Jacob Beckham και Wen Chen, ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Bing Ding, ο απόφοιτος Doi Long και ο ερευνητής Carter Kittrell. Ο Tour είναι ο TT and WF Chao Chair in Chemistry καθώς και καθηγητής Επιστήμης Υπολογιστών, Επιστήμης Υλικών και Νανομηχανικής.