EO

Grafeen 50 keer sneller in kaart

25 november 2019 om 10:53 uur

Om nieuwe en innovatieve componenten te maken van tweedimensionale materialen als grafeen, hebben we technieken nodig om de kwaliteit te scannen. Raman spectroscopie, de gouden standaard hiervoor, heeft als nadeel dat het erg langzaam is. Bovendien kan het daarbij gebruikte laserlicht sommige materialen beschadigen. Dankzij een nieuw algoritme van onderzoekers van de Universiteit Twente, kan de snelheid met minstens een factor 50 omhoog en wordt de techniek ‘vriendelijker’ voor kwetsbare materialen.


Het onderzoek is gepubliceerd in National Science Review.

 

Van grafeen wordt veel verwacht, als een sterk, ultradun en tweedimensionaal materiaal dat ook de basis kan zijn voor nieuwe componenten in de informatietechnologie. Dit vraagt om meettechnieken waarmee de componenten zijn te karakteriseren. Dat is mogelijk met Raman spectroscopie, waarbij laserlicht naar het materiaal wordt gestuurd. Verstrooide fotonen geven dan meer informatie over de trillingen en rotaties in de moleculen, en daarmee over de kristalstructuur. Gemiddeld wordt slechts 1 op de 10 miljoen fotonen die van de laser komen, op die manier verstrooid. Daardoor is het niet alleen moeilijker om de juiste informatie af te leiden, het gaat ook nog eens erg langzaam: het kan een halve seconde vergen om een enkele pixel in beeld te brengen. De vraag is dan of Raman nog steeds de beste optie is, of dat er betere alternatieven voorhanden zijn. UT-onderzoekers Sachin Nair en Jun Gao gaan wel uit van Raman spectroscopie, maar slagen erin de snelheid drastisch te verhogen; niet door in de techniek zèlf in te grijpen, maar dankzij een slim algoritme voor de signaalverwerking.

 

Ruisreductie

Het algoritme heet Principal Component Analysis (PCA) en is geen onbekende in de wereld van signaalverwerking. Het wordt gebruikt om het eigenlijke signaal en de ruis beter te kunnen scheiden, dus de signaal-ruisverhouding te verbeteren. PCA bepaalt de karakteristieken van zowel de ruis als van het eigenlijke signaal. Hoe groter de dataset is, hoe betrouwbaarder de herkenning van het eigenlijke signaal wordt. Los daarvan hebben moderne Raman spectroscopen een lichtdetector die electron-multiplying charge-coupled device (EMCCD) heet en ook gunstig werkt op de signaal-ruisverhouding. Netto resultaat is dat het verwerken van een pixel niet een halve seconde duurt, maar maximaal 10 milliseconden. Een heel sample scannen is geen kwestie meer van uren, maar van minuten.
Voor kwetsbare materialen zoals grafeenoxide is het voordeel daarnaast dat de intensiteit van de laser twee tot drie keer omlaag kan. Dit zijn belangrijke stappen om grip te krijgen op de materiaaleigenschappen, zelfs met een bestaande techniek.

 

Multi-inzetbaar

De verbeterde Raman-techniek, die door de onderzoekers ai-CRM is genoemd (algorithm-improved Confocal Raman Microscopy) is genoemd, is ook te gebruiken voor andere 2D-materialen zoals germaneen, siliceen, molybdeendisulfide, wolfraamdisulfide en boornitride. Nog een voordeel: het algoritme is niet alleen inzetbaar voor Raman spectroscopie. Ook technieken zoals Atomic Force Microscopie kunnen ervan profiteren.
 

 

Gerelateerd nieuws

Razendsnel piepkleine 3D-printjes maken

Een piepklein 3D-printje in 30 seconden

Aan de EPFL is een methode ontwikkeld voor het 3D-printen van kleine, zachte objecten. Het proces kost nog geen 30 seconden.

Golven van ijs in een druppel

Golven van ijs in een druppel (video)

Een druppel die op een oppervlak valt dat flink koud is, ‘supercooled’, blijkt te bevriezen op een manier die nog niet eerder is waargenomen. Bij een klein temperatuurverschil zien we de bekende kristallen die zich…

Hyundai kruist auto met helikopter en introduceert rijdend ziekenhuis (video)

Hyundai kruist auto met helikopter en introduceert rijdend ziekenhuis (video)

Hyundai grijpt de Consumer Electronics Show (CES) aan om zijn toekomstvisie op stedelijke mobiliteit te tonen. Het bedrijf demonstreert zijn concept voor personenvervoer door de lucht met het Personal Air Vehicle (PAV),…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
Semiflexibele printplaten (PCB)

Semiflexibele printplaten bestaan uit gespecialiseerde FR-4-materialen en worden gemaakt volgens een specifieke...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

3 maart 2020, Den Bosch

High Speed and Radio frequency PCBs

Seminar about High Speed and Radio frequency PCBs

4 maart 2020, Veldhoven

RapidPro

Op weg naar de Digitale Productie

10 maart 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

Meer agendapunten »