國際新研發:石墨烯會“說話”,科學家們還可以“聽懂”

萊斯大學的研究人員發現,聲音可用于實時分析激光誘導石墨烯的特性。該技術可用于各種工程和制造過程中的材料表征。
說
眼見為實可能是真的,但有時聽力會更好。
  
近日,萊斯大學實驗室的兩個兄弟在制造石墨烯時聽到了一些不尋常的事情。終,他們確定聲音本身可以為他們提供有關產品的寶貴數據。
  
通過聲音對激光誘導石墨烯 (LIG) 生產進行時間分析。當兄弟倆提出他們的假設并在小組會議上提出時,他們正在實驗室工作。
  
結果描述了一種簡單的聲學信號處理方案,可以實時分析 LIG 以確定其形式和質量。
  
LIG 由 Tour 實驗室于 2014 年推出,通過將薄聚合物片的頂部加熱到2,500 攝氏度(4,532 華氏度),只留下碳原子,從而制造出相互連接的石墨烯片層。此后,該技術已被應用于從其他原料,甚至是食物中制造石墨烯。
 
萊斯大學應用物理學研究生正在準備激光樣品,該實驗室正在使用聲音實時分析激光誘導石墨烯的合成
  
“在不同的條件下,我們聽到不同的聲音,因為發生了不同的過程,”研究人員說:“因此,如果我們在合成過程中聽到變化,我們將能夠檢測到正在形成的不同材料。音頻分析允許“比顯微鏡技術對激光誘導石墨烯的表征快得多的質量控制能力。”
  
“在材料分析中,通常需要在成本、速度、可擴展性、準確性和精確度之間進行權衡,特別是在您可以系統地處理多少材料方面,”研究人員說:“我們在這里擁有的東西使我們能夠有效地將我們的分析能力的吞吐量擴展到我們試圖以穩健的方式合成的全部材料量。”
  
“基本上,我將正確的聲音對應于正確的產品聯系起來,而他將不同的聲音對應于不同的產品聯系起來,”他說:“而且,他在某些計算技術方面比我強得多,而我主要是一名實驗主義者。”
  
一個來自亞馬遜的 31 美元的小型麥克風貼在激光頭上,并連接到激光柜內的手機上,用于拾取音頻進行分析。
  
兄弟倆通過一種稱為快速傅里葉變換的數學技術轉換了聲音模式,因此他們可以從聲音數據中獲得數字數據,通過一些數學計算,這些數據可以成為評估產品類型和純度的近乎即時的分析工具。
  
相關人員說:“發出的聲音提供了關于當激光擊中樣品并被吸收、透射、散射、反射或只是一般地轉換為不同類型的能量時能量輸入松弛的信息。這使我們能夠獲得關于石墨烯的微觀結構、形態和納米級特性的特性。”
  
“這些想出的東西令人驚嘆,”他說:“他們在進行合成時會聽到合成的聲音,從中他們可以幾乎立即確定產品類型和質量。這可能是合成過程中指導制造參數的重要方法。”
  
他說,聲音分析可能有助于許多制造過程,包括他自己實驗室的閃光焦耳加熱,一種從廢品中制造石墨烯和其他材料的方法,以及燒結、相工程、應變工程、化學氣相沉積、燃燒、退火、激光切割、氣體析出、蒸餾等。