Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

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

Caso en cuestión: dos hermanos en el laboratorio de la Universidad de Rice escucharon algo inusual mientras trabajaban 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 realidad. Análisis temporal de la producción de grafeno inducido por láser (LIG) por sonido.

Los hermanos estaban trabajando en el laboratorio de química de Rice James Tour cuando se les ocurrió su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

“Es interesante”, recuerda John Lee, “dijo el profesor Tour, y nos pidió que lo siguiéramos como un proyecto potencial.

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.

LIG, presentado por Tour Lab en 2014, crea capas de láminas de grafeno interconectadas calentando la parte superior de una delgada lámina de polímero a 2500 grados Celsius (4532 grados Fahrenheit), dejando solo átomos de carbono. Desde entonces, esta técnica se ha aplicado para fabricar grafeno a partir de otras materias primas, incluso alimentos.

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

El análisis acústico, dijo, permite “capacidades de control de calidad mucho mayores y es mucho más rápido 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 correspondían al producto correcto y la conexión de que diferentes sonidos correspondían a los 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 un tecnica deportiva Se llama transformada rápida de Fourier, por lo que pueden obtener datos numéricos a partir de datos de audio. Tor dijo. “Mediante algún cálculo matemático, estos datos pueden ser una herramienta analítica casi instantánea para evaluar el tipo y la pureza del producto”.

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 generalmente convertida en diferentes tipos de energía”, dijo John Lee. Esto nos permite obtener información local sobre las propiedades de la microestructura del grafeno, y su morfología. y propiedades de la nanoescala”.

El Tour todavía admira su ingenio.

Él dijo: “Lo que estos hermanos han logrado es asombroso”. “Escuchan los sonidos de síntesis a medida que se hacen y luego pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi instantáneamente. Este podría ser un enfoque importante durante El resultado de combinar la exposición y lo contrario. para guiar los estándares de fabricación.

Dijo que el análisis sónico podría contribuir a una serie de procesos de fabricación, incluido el calentamiento Joule en su propio laboratorio, un método para fabricar grafeno y otros materiales a partir de productos de desecho, así como la sinterización, ingeniería de fase, ingeniería de estrés, deposición de vapor químico, combustión, recocido y 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 felicidad es crear un ambiente donde mentes jóvenes Pueden ser creativos y prosperar, y en este caso, han demostrado experiencia más allá de su edad, 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.