mayo 20, 2022

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Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

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Los hermanos del molino de arroz descubren que el sonido de la producción de grafeno contiene datos valiosos

Publicado originalmente en Universidad de Rice, Noticias de Rice.
por mike williams

Puede que sea cierto que ver es creíble, pero a veces escuchar es mejor.

Caso en cuestión: dos hermanos en un laboratorio de la Universidad de Rice escucharon algo inusual mientras hacían grafeno. Al final, decidieron que la propia voz les podía dar datos valiosos sobre el producto.

Los hermanos, John Lee, un ex alumno de Rice que ahora estudia en la Universidad de Stanford, y Victor Lee, quien fue estudiante de secundaria en Nueva York y ahora estudiante de primer año en el MIT, son los autores principales de un artículo de investigación que describe la verdadera realidad. – análisis de tiempo Grafeno inducido por láser (LIG) por sonido.

Los hermanos estaban trabajando en un laboratorio de química del arroz. gira de james Cuando se les ocurrió su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

John Lee recuerda: “El profesor Tour dijo: ‘Es interesante’ y nos dijo que lo continuáramos como un proyecto potencial.

Victor Lee Cortesía de la Universidad de Rice, Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

John Lee Cortesía de la Universidad de Rice, Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

Los resultados aparecen en formato . materiales funcionales avanzadosDescriba un esquema simple de procesamiento de señales de audio que analice el LIG en tiempo real para determinar su forma y calidad.

liga, Introducido por Tour lab en 2014, crea capas de láminas interconectadas de grafeno calentando la parte superior de una delgada lámina de polímero a 2500 °C (4532 °F), dejando solo átomos de carbono. Desde entonces, esta técnica se ha aplicado para hacer grafeno a partir de otras materias primas, Incluso la comida.

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“Bajo diferentes condiciones, escuchamos diferentes sonidos porque están ocurriendo diferentes procesos”, dijo John. «Entonces, si escuchamos diferencias durante la síntesis, podremos detectar los diferentes materiales que se forman».

Dijo que el análisis acústico permite capacidades de control de calidad mucho mayores que son mucho más rápidas que la caracterización del grafeno inducida por láser mediante técnicas de microscopía.

“En el análisis de materiales, a menudo hay compensaciones entre costo, velocidad, escalabilidad, exactitud y precisión, particularmente en términos de la cantidad de material que puede procesar sistemáticamente”, dijo John. «Lo que tenemos aquí nos permite escalar de manera eficiente la productividad de nuestras capacidades analíticas a la cantidad total de materiales que estamos tratando de sintetizar de manera sólida».

John invitó a su hermano menor a Houston, al darse cuenta de que su experiencia sería una ventaja en el laboratorio. «Tenemos conjuntos de habilidades complementarias casi por diseño, en las que evito especializarme en cosas que él conoce bien y, del mismo modo, él evita áreas que conozco bien», dijo. “Así que somos un equipo muy fuerte.

“Esencialmente, hice la conexión de que los sonidos correctos corresponden al producto correcto y la conexión de que diferentes sonidos corresponden a diferentes productos”, dijo. «Además, es mucho más poderoso que yo con ciertas técnicas computacionales, mientras que básicamente soy un experto empírico».

Un mini micrófono de Amazon de $ 31 conectado a la cabeza del láser y conectado a un teléfono celular dentro del gabinete del láser capta el sonido para su análisis.

“Los hermanos transformaron el patrón de sonido a través de una técnica matemática llamada Transformada rápida de Fourier, para que puedan obtener datos numéricos de los datos de audio «, dijo Tor. «A través de algunos cálculos matemáticos, estos datos pueden ser una herramienta analítica casi instantánea para evaluar el tipo y la pureza del producto».

Alex Lathem, estudiante graduado en física aplicada en Rice, prepara una muestra de láser. El laboratorio utiliza sonido para analizar la síntesis de grafeno inducida por láser en tiempo real. foto de brandon martin

Los sonidos emitidos “proporcionan información sobre la relajación de la energía de entrada cuando el láser golpea la muestra y es absorbida, transmitida, dispersada, reflejada o, en general, convertida en diferentes tipos de energía”, dijo John Lee. Esto nos permite obtener información local. sobre las propiedades de la microestructura, la morfología y las propiedades a nanoescala del grafeno».

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El Tour todavía admira su ingenio.

Él dijo: «Lo que estos hermanos han logrado es asombroso». «Escuchan los sonidos de la síntesis a medida que se realiza y luego pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi instantáneamente. Este puede ser un enfoque importante durante el ensamblaje para guiar los estándares de fabricación».

Dijo que un análisis adecuado podría contribuir a una serie de procesos de fabricación, incluido su propio laboratorio. Flash Joules para calefacción, un método para fabricar grafeno y otros materiales a partir de productos de desecho, así como sinterización, ingeniería de fases, ingeniería de estrés, deposición química de vapor, combustión, recocido, corte por láser, evolución de gas, destilación y más.

«Entre la experiencia experimental de John y el talento atlético de Victor, el equipo familiar es fantástico», dijo Tour. «Mi mayor placer es brindar una atmósfera donde las mentes jóvenes puedan crear y prosperar y, en este caso, han demostrado experiencia más allá de sus años. John tenía solo 19 años y Victor 17 en el momento de su descubrimiento».

Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Jacob Beckham y Wen Chen, el investigador postdoctoral Bing Ding, el ex alumno Doi Long y el científico investigador Carter Kittrell. Tour es la Cátedra TT y WF Chao de Química, así como Profesor de Ciencias de la Computación, Ciencia de los Materiales y Nanoingeniería.

La Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-19-1-0296) apoyó la investigación.

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