一名研究生发明了一种简单、廉价的技术来检测未来的材料
威尔·狄金森面临着一个难题。
他想研究石墨烯片，他拥有一些世界上最灵敏的佳博体育仪器。他的问题是：按照日常标准，石墨烯片是很小的东西；大的直径只有几微米。
他用于材料分析的常用仪器是原子力显微镜（AFM）。但是原子力显微镜的工作缓慢而昂贵，而且迪金森需要检查大量的薄片。
因此，威廉与玛丽大学应用科学系的博士生迪金森（Dickinson）与汉内斯·施尼普（Hannes Schniepp）合作，想出了一种巧妙的技术，可以快速、廉价地检测石墨烯片。
Adina Allen Term杰出副教授Schniepp说，佳博体育的发现是向大规模生产消费级石墨烯产品迈出的一大步。他们的研究是由美国国家科学基金会资助的。这项新技术概述在“二维材料的高通量光学厚度和尺寸表征”中，与康涅狄格大学的合作者发表在皇家化学学会杂志《纳米》上。
Schniepp解释说，石墨烯作为一种未来的材料，几乎具有无限的潜力。和钻石一样，石墨烯也是碳的同素异形体。他列举了碳同素异形体的几个优点。
“它是地球上最坚固的材料。它是最坚硬的材料之一。它具有惊人的导电性，”他说。
Schniepp补充说，石墨烯的原材料是石墨，“它真的非常便宜。”科学家们一直在制造单原子厚度的石墨烯片，但要组装足够小的纳米级石墨烯片来制造飞机机身——甚至半导体——面临着一些挑战。
“从这些非常小的床单，到电视，或者太阳能电池，或者自行车，你需要很多床单，”Schniepp说。“所以，首先你需要想出一种生产大量它们的技术。我们正在这方面取得进展。”
事实上，石墨烯正开始进入消费产品——Dickinson有一副带有石墨烯膜的耳机，Schniepp说，更大的产品，如网球拍框架，大约需要五年才能进入市场。
石墨烯量产的一个必要方面是质量控制。这就是施尼普和狄金森的贡献将会有所帮助的地方。制造石墨烯的方法是将原材料分散在强超声浴中，然后将其沉积在衬底上。
生成的石墨烯薄片可以是一层或更多。Schniepp说，层数很重要。
“这些床单的性质都不一样，”他说。“如果从1到2，床单的性质就会有很大的不同。”
Schniepp和Dickinson需要一种高通量的方法来检测薄片的厚度。电子显微镜可以完成这项工作，但任何接近工业规模的石墨烯生产都需要相对快速的分析，理想情况下不需要数百万美元的仪器。
他们决定尝试光学显微镜，使用一种质量不错的显微镜，“这种显微镜你几乎可以在威廉和玛丽学院的每个研究佳博体育找到，甚至是教学佳博体育，”施尼普说。光学示波器在需要更高分辨率的纳米技术应用中几乎没有用处。
“当你谈到石墨烯时，因为薄片非常薄，它们几乎没有光学对比度。光完全穿过它们。所以，如果你只是通过显微镜观察它们，几乎没有对比，”施尼普解释说。
Dickinson在试图用原子力显微镜观察大型石墨烯薄片时感到沮丧。原子力显微镜的工作对象，每边最多只有100微米，而他的样品是这个尺寸的几倍大。
“所以，我在想，我不能使用原子力显微镜。也许我可以用光学显微镜观察它们，从中得到一些东西，”迪金森说。“我需要点什么，”他想。“因为现在一无所有不会让任何人快乐。”
他把一些石墨烯片放在光学瞄准镜下，看到了许多工程师和科学家之前看到的东西：“你可以看到不同的层，但图像不够好。”
狄金森开始修补这个过程，一步一步地完善它。例如，他制作了石墨烯所处的裸露基底的图像。然后他可以想办法减去背景。
“这给了我更好的东西，”迪金森说。他开始使用图像的直方图，就像照片编辑器在Photoshop中修改图片一样。这让他更接近想要的结果，但还不够接近。
迪金森开始考虑原子力显微镜中广泛的基于软件的图像处理组件。如果他从光学显微镜中取出石墨烯图像，并将其通过AFM处理方案进行处理，会发生什么？这值得一试，他想。
迪金森说：“因此，我将这张光学图像导出为文本文件，然后横向导入AFM软件，并使用这些技术。”“突然，我在这里看到了很多东西！”
他努力改进这项技术。Dickinson说，直到他和Schniepp向康涅狄格大学的合作者Douglas Adamson演示了这个过程，他才确定自己完成了什么。
“当我们把它拿给亚当森教授看时，他说，‘这太酷了。以前没有人这样做过！这很有用，’”迪金森回忆道。
在会议上，他们的海报吸引了一群兴奋的工程师和科学家。“我们被淹没了！”Schniepp说。
难怪他们的海报吸引了这么多的关注。Schniepp估计，他们的技术比目前使用的石墨烯检测技术便宜10倍，至少快100倍。这是向这种物质的大规模生产迈出的一大步，施尼普把大部分功劳都归功于狄金森。
“大部分都是威尔演的。我想如果没有他，这篇论文就不会存在。”“不是我有了这个想法，然后建议他这么做。他是那个意识到潜力的人，他有耐心和毅力去完善技术……这就是威尔。”
