Het kan waar zijn dat zien geloven is, maar soms kan horen beter.

Voorbeeld:twee broers in een laboratorium van de Rice University hoorden iets ongewoons tijdens het maken van grafeen. Uiteindelijk kwamen ze tot de conclusie dat het geluid zelf waardevolle gegevens over het product zou kunnen opleveren.

De broers, John Li, een Rice-alumnus die nu aan Stanford University studeert, en Victor Li, toen een middelbare scholier in New York en nu een eerstejaarsstudent aan het Massachusetts Institute of Technology, zijn co-hoofdauteurs van een paper dat de echte -tijdanalyse van de productie van laser-geïnduceerd grafeen (LIG) door middel van geluid.

De broers werkten in het lab van Rice-chemicus James Tour toen ze met hun hypothese kwamen en deze op een groepsbijeenkomst presenteerden.

"Professor Tour zei:"Het is interessant", en vertelde ons om het na te streven als een potentieel project," herinnerde John Li zich.

De resultaten, die verschijnen in Advanced Functional Materials , beschrijf een eenvoudig akoestisch signaalverwerkingsschema dat LIG in realtime analyseert om de vorm en kwaliteit ervan te bepalen.

LIG, geïntroduceerd door het Tour-lab in 2014, maakt lagen onderling verbonden grafeenplaten door de bovenkant van een dunne polymeerplaat te verwarmen tot 2500 graden Celsius (4,532 graden Fahrenheit), waarbij alleen koolstofatomen achterblijven. De techniek is sindsdien toegepast om grafeen te maken van andere grondstoffen, zelfs voedsel.

"Onder verschillende omstandigheden horen we verschillende geluiden omdat er verschillende processen plaatsvinden," zei John. "Dus als we variaties horen tijdens de synthese, kunnen we detecteren dat verschillende materialen worden gevormd."

Hij zei dat audio-analyse zorgt voor "veel grotere kwaliteitscontrolemogelijkheden die orden van grootte sneller zijn dan karakterisering van laser-geïnduceerd grafeen door microscopietechnieken.

"Bij materiaalanalyse zijn er vaak afwegingen tussen kosten, snelheid, schaalbaarheid, nauwkeurigheid en precisie, vooral in termen van hoeveel materiaal je systematisch kunt verwerken," zei John. "Wat we hier hebben, stelt ons in staat om de doorvoer van onze analytische capaciteiten efficiënt te schalen naar de volledige hoeveelheid materiaal die we op een robuuste manier proberen te synthetiseren."

John nodigde zijn jongere broer uit in Houston, wetende dat zijn expertise een pluspunt zou zijn in het lab. "We hebben bijna door het ontwerp complementaire vaardigheden, waarbij ik me niet specialiseer in de dingen die hij heel goed weet, en evenzo vermijdt hij gebieden die ik heel goed ken", zei hij. "Dus we vormen een zeer solide team.

"Kortom, ik heb de verbinding gemaakt dat de juiste geluiden overeenkomen met het juiste product, en hij maakte de verbinding dat de verschillende geluiden overeenkwamen met verschillende producten," zei hij. "Bovendien is hij veel sterker dan ik in bepaalde rekentechnieken, terwijl ik in de eerste plaats een experimentator ben."

Een kleine microfoon van $ 31 van Amazon die op de laserkop is geplakt en is bevestigd aan een mobiele telefoon in de laserkast, pikt de audio op voor analyse.

"De broers hebben het geluidspatroon omgezet via een wiskundige techniek die Fast Fourier-transformatie wordt genoemd, zodat ze numerieke gegevens uit de geluidsgegevens konden halen", zei Tour. "Door enkele wiskundige berekeningen kunnen die gegevens een bijna onmiddellijk analytisch hulpmiddel zijn om het producttype en de zuiverheid te beoordelen."

John Li zei dat de uitgezonden geluiden "informatie verschaffen over de relaxatie van de energie-invoer wanneer de laser het monster raakt en wordt geabsorbeerd, verzonden, verstrooid, gereflecteerd of gewoon in het algemeen omgezet in verschillende soorten energie. Dat stelt ons in staat om lokale informatie te krijgen over eigenschappen van de microstructuur, morfologie en nanoschaalkenmerken van het grafeen."

Tour blijft onder de indruk van hun vindingrijkheid.

"Wat deze broers hebben bedacht, is verbazingwekkend", zei hij. "Ze horen de geluiden van de synthese terwijl deze wordt uitgevoerd, en van daaruit kunnen ze het producttype en de kwaliteit bijna onmiddellijk bepalen. Dit kan een belangrijke benadering zijn tijdens de synthese om de productieparameters te sturen."

Hij zei dat degelijke analyse kan bijdragen aan een aantal productieprocessen, waaronder de flash Joule-verwarming van zijn eigen lab, een methode om grafeen en andere materialen te maken van afvalproducten, evenals sinteren, fase-engineering, strain-engineering, chemische dampafzetting, verbranding, gloeien, lasersnijden, gasontwikkeling, destillatie en meer.

"Tussen de experimentele expertise van John en het wiskundige talent van Victor is het familieteam formidabel", zei Tour. "Mijn grootste vreugde is om een ​​atmosfeer te bieden waarin jonge geesten kunnen creëren en bloeien, en in dit geval hebben ze blijk gegeven van hun expertise die ver boven hun jaren lag, John was pas 19 en Victor 17 op het moment van hun ontdekking."

Co-auteurs van het artikel zijn afgestudeerde Rice-studenten Jacob Beckham en Weiyin Chen, postdoctoraal onderzoeker Bing Deng, alumnus Duy Luong en onderzoekswetenschapper Carter Kittrell. Tour is de T.T. en W.F. Chao-leerstoel in de chemie en hoogleraar informatica en materiaalkunde en nano-engineering. + Verder verkennen

Team gebruikt laser-geïnduceerd grafeenproces om patronen op micronschaal in fotoresist te creëren