mayo 23, 2022

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Quando il grafene parla, gli scienziati ora possono ascoltare

I ricercatori della Rice University hanno scoperto che il suono può essere utilizzato per analizzare le proprietà del grafene indotto dal laser in tempo reale. Questa tecnica può essere utile per caratterizzare i materiali in un’ampia varietà di processi di ingegneria e produzione. Credito: Brandon Martin/Rice University

Può essere vero che vedere è credibile, ma a volte sentire è meglio.


Caso in questione: due fratelli nel laboratorio della Rice University hanno sentito qualcosa di insolito mentre stavano lavorando grafene. Alla fine, hanno deciso che la voce stessa poteva fornire loro dati preziosi sul prodotto.

I fratelli, John Lee, un alunno della Rice che ora studia alla Stanford University, e Victor Lee, che era uno studente delle superiori a New York e ora una matricola al MIT, sono gli autori principali di un documento di ricerca che descrive la realtà. Analisi del tempo della produzione di grafene indotta da laser (LIG) dal suono.

I fratelli stavano lavorando nel laboratorio di chimica della Rice James Tour quando hanno avanzato la loro ipotesi e l’hanno presentata a una riunione di gruppo.

«È interessante», ricorda John Lee, «ha detto il professor Tour e ci ha chiesto di portarlo avanti come un potenziale progetto.

I risultati vengono visualizzati nel formato materiali funzionali avanzatiDescrivi un semplice schema di elaborazione del segnale audio che analizzi il LIG in tempo reale per determinarne la forma e la qualità.

LIG, introdotto dal Tour Lab nel 2014, crea strati di fogli di grafene interconnessi riscaldando la parte superiore di un sottile foglio di polimero a 2.500 gradi Celsius (4.532 gradi Fahrenheit), lasciando dietro solo atomi di carbonio. Da allora questa tecnica è stata applicata per produrre grafene da altre materie prime, persino il cibo.

Quando il grafene parla, gli scienziati ora possono ascoltare

Alex Lathem, uno studente laureato in fisica applicata alla Rice University, prepara un campione per il processo laser. Il laboratorio utilizza il suono per analizzare la sintesi del grafene indotta dal laser in tempo reale. Credito: Brandon Martin/Rice University

“In circostanze diverse, sentiamo suoni diversi John ha detto perché stanno accadendo diversi processi. «Quindi, se sentiamo differenze durante la sintesi, saremo in grado di rilevare i diversi materiali che si formano».

L’analisi acustica, ha affermato, consente «capacità di controllo della qualità molto maggiori ed è molto più veloce della caratterizzazione indotta dal laser del grafene mediante tecniche di microscopia».

«Nell’analisi dei materiali, ci sono spesso compromessi tra costo, velocità, scalabilità, accuratezza e precisione, in particolare in termini di quantità di materiale che è possibile elaborare sistematicamente», ha affermato John. «Quello che abbiamo qui ci consente di ridimensionare in modo efficiente la produttività delle nostre capacità analitiche per l’intera quantità di materiali che stiamo cercando di sintetizzare in modo solido».

John ha invitato suo fratello minore a Houston, rendendosi conto che la sua esperienza sarebbe stata un vantaggio in laboratorio. «Abbiamo set di abilità complementari quasi in base alla progettazione, in cui evito di specializzarmi in cose che conosce bene e allo stesso modo evita aree che conosco bene», ha detto. “Quindi siamo una squadra molto forte.

«Essenzialmente, ho stabilito la connessione che i suoni giusti corrispondevano al prodotto corretto e la connessione che i suoni diversi corrispondevano ai diversi prodotti», ha detto. «Inoltre, è molto più potente di me con alcune tecniche computazionali, mentre sono fondamentalmente un esperto empirico».

Un mini microfono Amazon da $ 31 collegato alla testa del laser e collegato a un telefono cellulare all’interno dell’armadietto del laser rileva il suono per l’analisi.

“I fratelli hanno trasformato il pattern sonoro attraverso a tecnica sportiva Si chiama trasformata di Fourier veloce, quindi possono ottenere dati numerici da dati audio. ha detto Tor. «Secondo alcuni calcoli matematici, questi dati possono essere uno strumento analitico quasi istantaneo per valutare il tipo e la purezza del prodotto».

I suoni emessi «forniscono informazioni sul rilassamento dell’energia in ingresso quando il laser colpisce il campione e viene assorbito, trasmesso, diffuso, riflesso o generalmente convertito in diversi tipi di energia», ha affermato John Lee. Questo ci permette di ottenere informazioni locali su le proprietà della microstruttura del grafene e la sua morfologia e le proprietà della nanoscala».

Il Tour ammira ancora il loro ingegno.

Disse: «Ciò che questi fratelli hanno ottenuto è sorprendente». «Sentono i suoni di sintesi mentre vengono realizzati e quindi possono determinare il tipo e la qualità del prodotto quasi istantaneamente. Questo potrebbe essere un approccio importante durante Il risultato di unire l’esposizione e il contrario per guidare gli standard di produzione.

Ha affermato che un’analisi del suono potrebbe contribuire a una serie di processi di produzione, incluso il riscaldamento del joule nel suo stesso laboratorio, un metodo per produrre grafene e altri materiali dai prodotti di scarto, nonché la sinterizzazione, l’ingegneria di fase, l’ingegneria dello stress, la deposizione di vapore chimico, la combustione, ricottura e taglio laser Evoluzione gas, distillazione e altro.

«Tra l’esperienza sperimentale di John e il talento atletico di Victor, la squadra di famiglia è fantastica», ha detto Tour. “La mia più grande felicità è creare un’atmosfera in cui giovani menti Possono essere creativi e prosperare e, in questo caso, hanno dimostrato un’esperienza oltre i loro anni, John aveva solo 19 anni e Victor 17 al momento della loro scoperta. «

I coautori del documento sono gli studenti laureati della Rice Jacob Beckham e Wen Chen, il ricercatore post-dottorato Bing Ding, l’allievo Doi Long e il ricercatore Carter Kittrell. Tour è la cattedra di chimica TT e WF Chao, nonché professore di informatica, scienza dei materiali e nanoingegneria.


Il team utilizza un processo al grafene indotto dal laser per creare modelli su scala micron nel fotoresist


maggiori informazioni:
Victor de Lee et al, Suoni di sintesi: analisi acustica in tempo reale di laser indotti da grafene, materiali funzionali avanzati (2022). DOI: 10.1002 / adfm.202110198

Introduzione di
Università del Riso

la citazione: When Graphene Talks, Scientists Can Now Listen (2022, 19 gennaio) Estratto il 20 gennaio 2022 da https://phys.org/news/2022-01-graphene-scientists.html

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