Cuando los científicos crean grafeno calentando un material precursor con un láser, generalmente analizan la forma y la calidad del producto terminado utilizando técnicas como la espectroscopia Raman o la microscopía electrónica. Un equipo de la Universidad de Rice en los EE. UU. ha presentado ahora una alternativa completamente nueva: escuchar los sonidos producidos a medida que crece este grafeno inducido por láser.
La nueva técnica surgió cuando dos estudiantes de gira de jamesEl laboratorio de Rice, John Li y Victor Li, tuvo la idea de conectar un micrófono de $31 al cabezal de escritura láser. Después de grabar los sonidos que hizo el grafeno a medida que crecía, la pareja, que son hermanos y tenían solo 19 y 17 años en ese momento, convirtieron estos sonidos en espectrogramas y utilizaron una técnica simple de procesamiento de señales conocida como transformada rápida de Fourier para convertir los patrones. en señales interpretables. Gracias a esta técnica, los miembros del equipo pudieron analizar las propiedades de su grafeno inducido por láser en tiempo real, una ventaja significativa sobre los métodos convencionales.
Láminas de grafeno interconectadas
El grafeno es una forma bidimensional de carbono de solo un átomo de espesor. En el método de crecimiento inducido por láser, se forman capas de láminas de grafeno interconectadas cuando un láser calienta la superficie de una película delgada de polímero a 2500 °C. El intenso calor hace que otros componentes del polímero se vaporicen, dejando atrás solo los átomos de carbono. Desarrollado en 2014 por Tour y sus colegas en Rice, el método también se puede usar para hacer grafeno a partir de otros precursores, incluidos los alimentos.
Normalmente, los investigadores evalúan la calidad y la morfología de este tipo de grafeno realizando espectroscopía Raman y microscopía electrónica una vez que se completa la síntesis. Sin embargo, estas mediciones tienen un bajo rendimiento y no se pueden usar para analizar el material en tiempo real. Además, solo brindan información sobre el área relativamente pequeña del grafeno inducido por láser que muestrean, lo que significa que algunos productos pueden escapar a la detección.
Diferentes sonidos de diferentes procesos.
La nueva técnica basada en el sonido, por otro lado, produce una evaluación de calidad en tiempo real de toda la superficie de grafeno. Para probarlo, los investigadores de Rice crearon grafeno inducido por láser trazando una película de poliimida industrial con un CO comercial de 10.6 micras.2 láser. Además de grabar el sonido, también usaron una cámara para observar la formación de grafeno inducido por láser, que se asocia con un ennegrecimiento visible de la superficie convertida.
Los diferentes sonidos que grabaron provienen de diferentes procesos que ocurren durante el crecimiento, explica John Li, quien ahora es estudiante de doctorado en la Universidad de Stanford (su hermano Víctor ahora es estudiante universitario en el Instituto de Tecnología de Massachusetts). Los sonidos que emite el grafeno "proporcionan información sobre la relajación de la entrada de energía cuando el láser golpea la muestra y se absorbe, transmite, dispersa, refleja o, en general, se convierte en diferentes tipos de energía", dice. Las variaciones en estas señales durante la síntesis, agrega, indican que se están formando diferentes productos.
La técnica de análisis de audio brinda a los investigadores una capacidad mucho mayor para controlar la calidad del grafeno a medida que se forma. Los miembros del equipo de Rice afirman que se podría aplicar un método similar a otros procesos de fabricación, incluidos el rociado y la limpieza con plasma, la sinterización, el molienda de bolas, la ingeniería de fases y deformaciones, la deposición química de vapores, la combustión, el recocido, el enfriamiento rápido, el corte por láser y el método de calentamiento flash Joule también desarrollado por el grupo de Tour.
El equipo, que informa de su trabajo en Materiales funcionales avanzados, ahora planea explorar formas de extender la técnica de análisis acústico a algunos de estos procesos. “También esperamos desarrollar nuevos algoritmos para analizar sonidos y combinar la información obtenida a través del sonido con otras técnicas que proporcionen señales complementarias”, dice John Li. Mundo de la física.
El puesto Escuchar grafeno arroja pistas sobre su estructura apareció por primera vez en Mundo de la física.
