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

Ejemplo: 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 proporcionarles información valiosa sobre el producto.

Los hermanos, John Li, 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 Tecnológico de Massachusetts, son coautores principales de un artículo que describe la análisis en tiempo real 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 se les ocurrió su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

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

Los resultados, que aparecen en Materiales funcionales avanzadosdescriben 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 lámina delgada de polímero a 2500 grados Celsius (4532 grados Fahrenheit), dejando solo átomos de carbono. Desde entonces, la técnica se ha aplicado para fabricar grafeno a partir de otras materias primas, incluso alimentos.

«Bajo diferentes condiciones, queremos decir diferentes sonidos porque están ocurriendo diferentes procesos”, dijo John. “Entonces, si escuchamos variaciones durante la síntesis, podríamos detectar la formación de diferentes materiales.

Dijo que el análisis de audio permite «capacidades de control de calidad muy superiores que son órdenes de magnitud más rápidas que la caracterización del grafeno inducido por láser mediante técnicas de microscopía.

«En el análisis de materiales, a menudo hay compensaciones entre el costo, la velocidad, la escalabilidad, la exactitud y la precisión, especialmente en términos de la cantidad de material que puede procesar de manera consistente», dijo John. «Lo que tenemos aquí nos permite hacer coincidir de manera eficiente el rendimiento de nuestras capacidades analíticas con 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 cosas que él conoce muy bien, y él evita áreas que conozco muy bien”, dijo. . “Así que somos un equipo muy sólido.

«Básicamente, hice la conexión de que los sonidos correctos coincidían con el producto correcto, y él hizo la conexión de que diferentes sonidos coincidían con diferentes productos», dijo. «Además, él es mucho más fuerte que yo en ciertas técnicas computacionales, mientras que yo soy ante todo un experimentador».

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

«Los hermanos convirtieron el patrón de sonido a través de un técnica matemática llamada transformada rápida de Fourier, para que puedan obtener datos numéricos de los datos de sonido”, dijo Tour sobre el producto.

John Li dijo que los sonidos emitidos «proporcionan 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, morfología y características a nanoescala del grafeno».

Tour queda impresionado con su ingenio.

«Lo que estos hermanos han encontrado es asombroso», dijo. «Escuchan los sonidos de la síntesis mientras se ejecuta y, a partir de ahí, pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi al instante. Este podría ser un enfoque importante durante la síntesis para guiar los parámetros de fabricación».

Dijo que el análisis de sonido podría 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 desechos, así como la sinterización, ingeniería de fase, ingeniería de deformación, deposición de vapor químico, combustión, recocido, corte por láser, gasificación, destilación y más.

«Entre la experiencia experimental de John y el talento matemático de Victor, el equipo familiar es excelente», dijo Tour. «Mi mayor alegría es brindar un ambiente donde mentes jóvenes pueden crear y prosperar, y en este caso han demostrado una experiencia mucho más allá de sus años, con John solo 19 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 ocupa la Cátedra TT y WF Chao de Química, así como profesor de informática, ciencia de los materiales y nanoingeniería.