Può essere vero che vedere è credere, ma a volte ascoltare può essere migliore.

Caso in questione:due fratelli in un laboratorio della Rice University hanno sentito qualcosa di insolito durante la produzione del grafene. Alla fine, hanno stabilito che il suono stesso potrebbe fornire loro dati preziosi sul prodotto.

I fratelli, John Li, un alunno della Rice che ora studia alla Stanford University, e Victor Li, allora studente delle superiori a New York e ora matricola al Massachusetts Institute of Technology, sono co-autori principali di un articolo che descrive il vero -analisi temporale della produzione di grafene indotta da laser (LIG) attraverso il suono.

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

"Il professor Tour ha detto:"È interessante" e ci ha detto di portarlo avanti come un potenziale progetto", ha ricordato John Li.

I risultati, che appaiono in Materiali funzionali avanzati , descrivono un semplice schema di elaborazione del segnale acustico che analizza LIG in tempo reale per determinarne la forma e la qualità.

LIG, introdotto dal laboratorio Tour 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 la tecnica è stata applicata alla produzione di grafene da altre materie prime, persino dal cibo.

"In condizioni diverse, sentiamo suoni diversi perché si verificano processi diversi", ha detto John. "Quindi, se sentissimo variazioni durante la sintesi, saremmo in grado di rilevare la formazione di diversi materiali."

Ha affermato che l'analisi audio consente "capacità di controllo della qualità di gran lunga maggiori che sono ordini di grandezza più veloci della caratterizzazione del grafene indotto dal laser mediante tecniche di microscopia.

"Nell'analisi dei materiali, ci sono spesso compromessi tra costo, velocità, scalabilità, accuratezza e precisione, soprattutto 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 il throughput delle nostre capacità analitiche all'intera quantità di materiale che stiamo cercando di sintetizzare in modo solido."

John ha invitato suo fratello minore a Houston, sapendo 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 nelle cose che conosce molto bene e allo stesso modo evita aree che conosco molto bene", ha detto. "Quindi formiamo una squadra molto solida.

"Fondamentalmente, ho stabilito che i suoni giusti corrispondono al prodotto giusto e lui ha stabilito che i diversi suoni corrispondevano a prodotti diversi", ha detto. "Inoltre, è molto più forte di me in certe tecniche computazionali, mentre io sono principalmente uno sperimentatore."

Un piccolo microfono da $ 31 di Amazon fissato alla testa del laser e collegato a un cellulare all'interno dell'armadietto del laser raccoglie l'audio per l'analisi.

"I fratelli hanno convertito il modello sonoro attraverso una tecnica matematica chiamata trasformata Fast Fourier, in modo da poter ottenere dati numerici dai dati sonori", ha detto Tour. "Attraverso alcuni calcoli matematici, quei dati possono essere uno strumento analitico quasi istantaneo per valutare il tipo e la purezza del prodotto".

John Li ha detto che i suoni emessi "forniscono informazioni sul rilassamento dell'energia immessa quando il laser colpisce il campione e viene assorbito, trasmesso, diffuso, riflesso o semplicemente convertito in diversi tipi di energia. Ciò ci consente di ottenere informazioni locali su proprietà della microstruttura del grafene, morfologia e caratteristiche su scala nanometrica."

Tour rimane colpito dal loro ingegno.

"Quello che questi fratelli hanno inventato è sorprendente", ha detto. "Stanno sentendo i suoni della sintesi mentre viene eseguita e da ciò possono determinare il tipo e la qualità del prodotto quasi istantaneamente. Questo potrebbe essere un approccio importante durante la sintesi per guidare i parametri di produzione".

Ha affermato che l'analisi del suono potrebbe contribuire a una serie di processi di produzione, incluso il riscaldamento flash Joule del suo laboratorio, un metodo per produrre grafene e altri materiali da prodotti di scarto, nonché la sinterizzazione, l'ingegneria di fase, l'ingegneria della deformazione, la deposizione di vapore chimico, la combustione, ricottura, taglio laser, evoluzione del gas, distillazione e altro.

"Tra l'esperienza sperimentale di John e il talento matematico di Victor, il team di famiglia è formidabile", ha detto Tour. "La mia più grande gioia è fornire un'atmosfera in cui le giovani menti possono creare e prosperare e, in questo caso, hanno dimostrato competenze ben oltre i loro anni, John aveva solo 19 anni e Victor 17 al momento della loro scoperta."

I coautori dell'articolo sono gli studenti laureati della Rice Jacob Beckham e Weiyin Chen, il ricercatore post-dottorato Bing Deng, l'allievo Duy Luong e il ricercatore Carter Kittrell. Tour è il T.T. e W.F. Chao Chair in Chemistry, nonché professore di informatica e di scienza dei materiali e nanoingegneria. + Esplora ulteriormente

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