1月20日消息，莱斯大学的研究人员发现，声音可用于实时分析激光诱导石墨烯的特性。该技术可用于各种工程和制造过程中的材料表征。

图片来源：布兰登马丁/莱斯大学

眼见为实可能是真的，但有时听力会更好。

近日，斯大学实验室的两个兄弟在制造石墨烯时听到了一些不寻常的事情。最终，他们确定声音本身可以为他们提供有关产品的宝贵数据。

兄弟，现在在斯坦福大学学习的莱斯大学校友 John Li 和当时在纽约的高中生，现在是麻省理工学院新生的 Victor Li 是一篇描述真实情况的论文的共同主要作者。 通过声音对激光诱导石墨烯 (LIG) 生产进行时间分析。

当兄弟俩提出他们的假设并在小组会议上提出时，他们正在莱斯化学家詹姆斯图尔的实验室工作。

“图尔教授说，‘这很有趣，’并告诉我们把它作为一个潜在的项目来追求，”约翰李回忆道。

结果出现在Advanced Functional Materials中，描述了一种简单的声学信号处理方案，可以实时分析 LIG 以确定其形式和质量。

LIG 由 Tour 实验室于 2014 年推出，通过将薄聚合物片的顶部加热到 2,500 摄氏度（4,532 华氏度），只留下碳原子，从而制造出相互连接的石墨烯片层。此后，该技术已被应用于从其他原料，甚至是食物中制造石墨烯。

莱斯大学应用物理学研究生 Alex Lathem 正在准备激光样品。该实验室正在使用声音实时分析激光诱导石墨烯的合成。图片来源：布兰登马丁/莱斯大学

“在不同的条件下，我们听到不同的声音，因为发生了不同的过程，”约翰说：“因此，如果我们在合成过程中听到变化，我们将能够检测到正在形成的不同材料。”

他说，音频分析允许“比显微镜技术对激光诱导石墨烯的表征快得多的质量控制能力。

“在材料分析中，通常需要在成本、速度、可扩展性、准确性和精确度之间进行权衡，特别是在您可以系统地处理多少材料方面，”约翰说：“我们在这里拥有的东西使我们能够有效地将我们的分析能力的吞吐量扩展到我们试图以稳健的方式合成的全部材料量。”

约翰邀请他的弟弟到休斯顿，因为他知道他的专业知识会在实验室里加分。

“基本上，我将正确的声音对应于正确的产品联系起来，而他将不同的声音对应于不同的产品联系起来，”他说：“而且，他在某些计算技术方面比我强得多，而我主要是一名实验主义者。”

一个来自亚马逊的 31 美元的小型麦克风贴在激光头上，并连接到激光柜内的手机上，用于拾取音频进行分析。

兄弟俩通过一种称为快速傅里叶变换的数学技术转换了声音模式，因此他们可以从声音数据中获得数字数据，通过一些数学计算，这些数据可以成为评估产品类型和纯度的近乎即时的分析工具。

John Li 说：“发出的声音提供了关于当激光击中样品并被吸收、透射、散射、反射或只是一般地转换为不同类型的能量时能量输入松弛的信息。这使我们能够获得关于石墨烯的微观结构、形态和纳米级特性的特性。”

Tour 仍然对他们的独创性印象深刻。

“这些想出的东西令人惊叹，”他说：“他们在进行合成时会听到合成的声音，从中他们可以几乎立即确定产品类型和质量。这可能是合成过程中指导制造参数的重要方法。”

他说，声音分析可能有助于许多制造过程，包括他自己实验室的闪光焦耳加热，一种从废品中制造石墨烯和其他材料的方法，以及烧结、相工程、应变工程、化学气相沉积、燃烧、退火、激光切割、气体析出、蒸馏等。

“在约翰的实验专长和维克多的数学天赋之间，家庭团队是强大的，”图尔说：“我最大的乐趣是提供一个让年轻人能够创造和蓬勃发展的氛围，在这种情况下，他们展示了超越他们年龄的专业知识，约翰只有 19 岁，维克多 17 岁。”

该论文的共同作者是莱斯大学的研究生雅各布·贝克汉姆和陈伟银、博士后研究员邓炳、校友 Duy Luong 和研究科学家 Carter Kittrell。Tour 是 TT 和 WF Chao 化学讲座教授，也是计算机科学、材料科学和纳米工程教授。