mayo 16, 2022

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Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

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Los investigadores de la Universidad de Rice descubrieron que el sonido se puede utilizar para analizar las propiedades del grafeno inducido por láser en tiempo real. La técnica puede ser útil para caracterizar materiales en una amplia gama de procesos de ingeniería y fabricación. Crédito: Brandon Martin/Universidad de Rice

Puede que sea cierto que ver es creer, pero a veces escuchar puede ser mejor.


Caso en cuestión: dos hermanos en un laboratorio de la Universidad de Rice escucharon algo inusual mientras hacían grafeno. Finalmente, determinaron que el sonido en sí mismo podría proporcionar datos valiosos sobre el producto.

Los hermanos, John Li, un ex alumno de Rice que ahora estudia en la Universidad de Stanford, y Victor Li, entonces estudiante de secundaria en Nueva York y ahora estudiante de primer año en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, son coautores de un artículo que describe la real- análisis temporal de la producción de grafeno inducido por láser (LIG) a través del sonido.

Los hermanos estaban trabajando en el laboratorio del químico James Tour de Rice cuando presentaron su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

«El profesor Tour dijo: ‘Es interesante’ y nos dijo que lo estudiáramos como un proyecto potencial», recordó John Li.

Los resultados, que aparecen en Materiales Funcionales Avanzados, describen un esquema simple de procesamiento de señales acústicas que analiza LIG en tiempo real para determinar su forma y calidad.

LIG, presentado por el laboratorio Tour 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. La técnica ya se ha aplicado para fabricar grafeno a partir de otras materias primas, incluso alimentos.

Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

Alex Lathem, estudiante graduado en física aplicada en la Universidad de Rice, prepara una muestra para el láser. El laboratorio está utilizando sonido para analizar la síntesis de grafeno inducida por láser en tiempo real. Crédito: Brandon Martin/Universidad de Rice

«Bajo diferentes condiciones, escuchamos diferentes sonidos porque están ocurriendo diferentes procesos», dijo John. «Entonces, si escuchamos las variaciones durante la síntesis, podemos detectar la formación de diferentes materiales».

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

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

John invitó a su hermano menor a Houston, sabiendo que su experiencia sería una ventaja en el laboratorio. “Tenemos conjuntos de habilidades complementarias casi por diseño, donde evito especializarme en las cosas que él conoce muy bien y, de manera similar, él evita áreas que conozco muy bien”, dijo. «Así que formamos un equipo muy sólido.

«Básicamente, hice la conexión de que los sonidos correctos corresponden al producto correcto, y él hizo la conexión de que los diferentes sonidos corresponden a diferentes productos», dijo. «Además, él es mucho más fuerte que yo en ciertas técnicas computacionales, mientras que yo soy principalmente un experimentador».

Un pequeño micrófono de Amazon de $31 pegado a la cabeza del láser y conectado a un teléfono celular dentro de la carcasa del láser captura el audio para su análisis.

«Los hermanos convirtieron el patrón de sonido a través de un técnica matemática llamado Fast Fourier Transform, para que pudieran obtener datos numéricos de los datos de sonido», dijo Tour.

John Li dijo que los sonidos emitidos «ofrecen información sobre la relajación de la entrada de energía cuando el láser golpea la muestra y es absorbida, transmitida, dispersada, reflejada o simplemente convertida en diferentes tipos de energía. Esto nos permite obtener información local sobre las propiedades». de la microestructura del grafeno, morfología y características a nanoescala».

Tour sigue impresionado por su ingenio.

«Lo que estos hermanos han ideado es increíble», dijo. «Están escuchando los sonidos de la síntesis a medida que se realiza y, a partir de eso, pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi al instante. Este puede ser un enfoque importante durante síntesis para guiar los parámetros de fabricación».

Dijo que el análisis de sonido puede contribuir a una serie de procesos de fabricación, incluido el calentamiento instantáneo Joule de su propio laboratorio, un método para fabricar grafeno y otros materiales a partir de productos de desecho, así como la sinterización, la ingeniería de fases, la deformación de ingeniería, la deposición de vapor químico, la combustión , recocido, corte por láser, evolución de gas, destilación y mucho más.

«Entre la experiencia experimental de John y el talento matemático de Victor, el equipo familiar es formidable», dijo Tour. «Mi mayor alegría es brindar un ambiente donde mentes jóvenes pueden crear y florecer y en este caso han demostrado una experiencia mucho 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 Weiyin Chen, el investigador postdoctoral Bing Deng, el ex alumno Duy Luong y el investigador Carter Kittrell. Tour es el titular de la Cátedra TT y WF Chao de Química, además de profesor de informática y de ciencia de los materiales y nanoingeniería.


El equipo utiliza un proceso de grafeno inducido por láser para crear patrones a microescala en fotoprotector


Mas informaciones:
Victor D. Li et al, Sonidos de síntesis: análisis acústico en tiempo real de grafeno inducido por láser, Materiales Funcionales Avanzados (2022). DOI: 10.1002 / adfm.202110198

Proporcionado por
universidad de arroz

Cita: When Graphene Speaks, Scientists Can Now Hear (19 de enero de 2022) recuperado el 20 de enero de 2022 de https://phys.org/news/2022-01-graphene-scientists.html

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