عالم المواد نجوين دوك هوا: "المواد النانوية مثيرة للاهتمام للغاية!"

بصفتك فيزيائيًا تطبيقيًا، هل سبق لك أن "أُعجبت" بجمال وفلسفة الفيزياء النظرية؟ - إن التطبيق العملي للنظرية وقابليتها للتطبيق أمران في غاية الأهمية، إذ يمكن للنظرية أن تفتح آفاقًا جديدة للظواهر الفيزيائية، مما يؤدي إلى تقنيات جديدة لم تُخطر على بال من قبل. يمكن للمفاهيم المجردة أن تؤدي إلى تطبيقات عملية في تكنولوجيا النانو، والمواد الجديدة، والطب، ومعلومات الكم... لذلك، فإن جمال وفلسفة الفيزياء النظرية لا يجذبان فقط، بل يُكملان أيضًا الجانب العملي للفيزياء التطبيقية، مما يخلق رحلة مثيرة من الاكتشاف والإبداع. سيوفر الجمع بين الفيزياء النظرية والفيزياء التجريبية تجربة شاملة وغنية للفيزيائيين. لطالما كنت مهتمًا بالمسائل النظرية في الفيزياء، ومصدر إلهامي. ولهذا السبب، شهدنا في دراساتنا الأخيرة تعاونًا بين التجريبيين والباحثين النظريين والحسابيين. تَعِد النظرية بفهم شامل للمبادئ الأساسية، بالإضافة إلى توفير أساس شامل يمكن من خلاله فتح آفاق جديدة للظواهر الفيزيائية.

الأستاذ الدكتور نجوين دوك هوا (يسار) مع معلمه الملهم - الأستاذ الدكتور المعلم الشعبي نجوين دوك تشين

هل يمكنك شرح أحد موضوعات بحثك الرئيسية بطريقة سهلة الفهم: لماذا تتمتع المواد النانوية بالعديد من الخصائص المدهشة؟ - تعمل المواد النانوية على المستوى الذري والجزيئي، حيث لم تعد القوانين الفيزيائية الموجودة عادةً في الأحجام الكبيرة تنطبق، بما في ذلك تأثيرات الحجم على المقياس النانوي، والاختلافات في نسبة السطح/الحجم، والتأثيرات الكمومية، والتفاعلات القوية بين الذرات على المقياس النانوي. وهذا يخلق خصائص فيزيائية وكيميائية وبيولوجية جديدة، مما يفتح مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة. هذا هو الإثارة التي تتمتع بها المواد النانوية في العديد من المجالات مثل الطب والإلكترونيات والطاقة وما إلى ذلك. ومن الأمثلة الخاصة على ذلك عنصر الذهب (الرمز Au): عندما يكون في الأحجام الكبيرة يكون أصفر وغير قابل للذوبان في الماء؛ ولكن عند تقسيمه إلى حجم النانو، يمكن أن يكون أحمر أو أزرق أو ألوانًا أخرى حسب حجم الجسيم. النقاط الكمومية هي جسيمات نانوية شبه موصلة ذات خصائص بصرية خاصة: عندما تثار، فإنها تصدر ضوءًا يعتمد لونه على حجم الجسيم. تُستخدم النقاط الكمومية في شاشات التلفزيون (QLED)، ومصابيح LED، والتطبيقات الطبية مثل تصوير العلامات الفلورية لتشخيص الأمراض.

مع أصدقاء من جامعة هانوي الوطنية للتعليم

ما هي المواد أحادية وثنائية الأبعاد؟ أليست المواد التي نراها ثلاثية الأبعاد؟ - العالم الذي ندركه هو عالم مكاني ثلاثي الأبعاد. عندما يكون أحد الأبعاد أكبر بكثير من البعدين الآخرين، يمكن اعتبار الجسم أحادي البعد - أي مادة أحادية البعد؛ أو عندما يكون بعدان أكبر بكثير من الآخر، يكون الجسم ثنائي الأبعاد تقريبًا - أي ثنائي الأبعاد. على المستوى النانوي، تتميز المواد أحادية وثنائية الأبعاد بالعديد من الخصائص الفريدة لأن تركيبها الذري يقتصر على بعد واحد أو بعدين. تتمتع مادة أحادية البعد مثل الأنابيب النانوية الكربونية (أنابيب أسطوانية مجوفة بأقطار أقل من 100 نانومتر وأطوال تصل إلى عدة ميكرومترات أو أكثر) بقوة شد نوعية عالية للغاية وموصلية كهربائية وحرارية جيدة. يمكن تصنيع الأسلاك النانوية (التي يبلغ قطرها < 100 نانومتر ونسبة طول إلى قطر كبيرة جدًا، من العديد من المواد المختلفة مثل المعادن وأشباه الموصلات وأكاسيد المعادن... ويمكن استخدامها في أجهزة الاستشعار أو المكونات الإلكترونية. تتميز المواد ثنائية الأبعاد مثل الجرافين (مع طبقة من ذرات الكربون مرتبة في شبكة قرص العسل) بخصائص ميكانيكية متينة للغاية وموصلية كهربائية وحرارية جيدة، وهي الأساس للعديد من الدراسات والتطبيقات في الإلكترونيات والطاقة والأقطاب الكهربائية الشفافة... مع تقنية النانو، تتطور المواد أحادية وثنائية الأبعاد بشكل متزايد ولها تطبيقات متنوعة، مما يساهم في توسيع الفهم البشري للعالم المادي ويبشر بالتقدم التكنولوجي الرائد في المستقبل.

مع الزملاء في ITIMS

هل صحيح أنه كلما صغر حجم جسيمات المواد، زادت المفاجآت والتطبيقات المحتملة؟ إذا قسمنا الجسيمات حتى النهاية، فماذا يتبقى لنا؟ - هذا السؤال شيق للغاية ويساعد في توضيح بعض المبادئ الأساسية في علم المواد وتكنولوجيا النانو. في الواقع، عندما نقسم جسيمات المواد إلى حجم النانو، تظهر العديد من الخصائص الجديدة والمدهشة. ومع استمرارنا في تقسيم الجسيمات، سنقترب من أبسط مستويات المادة، أي الذرات والجسيمات دون الذرية مثل البروتونات والنيوترونات والكواركات واللبتونات والبوزونات - وهي حاليًا أصغر الوحدات المكونة للمواد. ومع ذلك، في المستقبل، من الممكن العثور على جسيمات أكثر أساسية، أو التنبؤ بوجودها. هذا هو الدافع وراء علماء المواد، لأن العلم لا نهاية له. هذه أيضًا عوالم الرومانسية والخيال والفلسفة في الفيزياء النظرية.

عُثر على الجسيمات النانوية في العديد من القطع الأثرية منذ العصور القديمة. ما الذي يجعل المواد النانوية مهمة جدًا للمجتمع الحديث؟ - تُعد المواد النانوية مهمة جدًا للمجتمع الحديث ليس فقط بسبب صغر حجمها، ولكن بشكل رئيسي بسبب خصائصها الفريدة ومجموعة التطبيقات المحتملة الواسعة التي تقدمها. على الرغم من وجود الجسيمات النانوية منذ العصور القديمة (على سبيل المثال، سيظهر كأس Lycurgus بألوان مختلفة عند رؤيته تحت الضوء المنعكس أو المنقول)، إلا أن فهمها والتحكم فيها قد تقدم بشكل كبير في العقود الأخيرة، مما فتح المجال للعديد من التطبيقات الجديدة والمبتكرة في العديد من المجالات. وبالتالي، فإن القدرة على تصنيع المواد النانوية والتحكم فيها هي السر. لا تفتح تقنية النانو آفاقًا جديدة للتطبيقات الحالية فحسب، بل تخلق أيضًا فرصًا رائدة في المستقبل، مما يساهم بشكل إيجابي في التنمية الاقتصادية والاجتماعية العالمية.

مع زملاء ITIMS في با في

ماذا عن المواد فائقة التوصيل وتطبيقاتها؟ - المواد فائقة التوصيل، ببساطة، هي مواد يستمر التيار فيها إلى الأبد دون أن ينقص أو يفقد طاقته عند مرور تيار كهربائي خلالها. للمواد فائقة التوصيل تطبيقات عديدة ومتنوعة في مجالات مثل الطب ، ونقل الطاقة، وقطارات الرفع المغناطيسي، ومسرعات الجسيمات، وغيرها. حاليًا، يُعد جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) الأكثر شيوعًا والذي يستخدم المواد فائقة التوصيل، حيث يستخدم مغناطيسات فائقة التوصيل لإنشاء المجالات المغناطيسية القوية اللازمة للتصوير التفصيلي داخل الجسم. بفضل المواد فائقة التوصيل، تعمل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي بكفاءة أكبر وتوفر صورًا عالية الجودة. مؤخرًا، نجحت الصين في اختبار قطار يعمل على رفع مغناطيسي لملفات فائقة التوصيل في أنبوب مفرغ، ووصلت سرعته إلى 623 كم/ساعة (يمكن أن تصل السرعة التصميمية إلى 1000 كم/ساعة). ولعل التحدي الأكبر الذي يمنع حاليًا تسويق المواد فائقة التوصيل واستخدامها على نطاق واسع هو درجة حرارة التشغيل المنخفضة للغاية. تتطلب الموصلية الفائقة استخدام أنظمة تبريد معقدة ومكلفة، مثل الهيليوم السائل (-269 درجة مئوية) أو النيتروجين السائل (-196 درجة مئوية) للحفاظ على درجات حرارة منخفضة. وتشمل التحديات الأخرى ارتفاع تكاليف الإنتاج، وضعف المتانة الميكانيكية، وتقنيات التصنيع المعقدة، والقدرة على الحفاظ على حالة الموصلية الفائقة في المجالات المغناطيسية القوية، أو الحاجة إلى حالة الموصلية الفائقة تحت ضغط عالٍ.

التحدث مع الزملاء في المختبر

ما هي أحدث التطورات في أبحاث البروفيسور حول تطبيقات المواد النانوية؟ - بعد حوالي عشر سنوات من البحث الأساسي، وتحقيق إنجازات ملموسة في مجال المواد النانوية وأجهزة الاستشعار، قررت مجموعتنا البحث عن مواد نانوية متكاملة لتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) لتحليل التنفس لتشخيص الأمراض. تُعدّ هذه خطوة تطويرية رائدة، وتُظهر بوضوح الروح متعددة التخصصات في البحث العلمي الحديث. إن الجمع بين المواد النانوية والمكونات الإلكترونية وإنترنت الأشياء لا يفتح آفاقًا جديدة لتشخيص الأمراض فحسب، بل يُسهم أيضًا في تطوير تقنيات طبية متقدمة، أو تطبيقات عديدة في مجالات مُختلفة مثل الصناعة والبيئة والأمن... نشأت فكرتنا عام ٢٠٠٩ عند الإشارة إلى العمل البحثي الذي نُشر في مجلة Nature Nanotechnology بقيادة حسام حايك (إسرائيل) حول نتائج "تشخيص سرطان الرئة من خلال التنفس باستخدام جسيمات نانوية ذهبية". يُظهر بحث هذه المجموعة أنه من خلال مُقارنة نتائج تحليل التنفس للأشخاص الأصحاء ومرضى سرطان الرئة، يُمكن تحديد مرضى سرطان الرئة.

تحدث إلى خبير في حدث ما

أدى بحثنا اللاحق إلى ابتكار مستشعر غاز شبه موصل باستخدام مواد نانوية تُوفر استجابة أفضل، وحدود كشف تركيز غاز أقل من الذهب النانوي، ويمكن تطويره بالكامل لتطبيقه في تحليل التنفس لفحص الأمراض وتشخيصها. هذا هو اتجاه البحث التطبيقي في مشروع ممول من مؤسسة فينغروب للابتكار (VinIF) عام ٢٠١٩. أحد دوافعنا لتقديم هذا المشروع الصعب بثقة إلى مؤسسة فينغروب هو طبيعة المؤسسة "المخاطرة". بفضل هذه الآلية التقدمية، بدلاً من اقتراح اتجاه بحثي آمن يُؤتي ثماره بالتأكيد، نحن مصممون على إجراء بحث رائد، على الرغم من المخاطر المحتملة العالية. يقوم هذا البحث على أنه عندما يُصاب الأشخاص بأمراض معينة، مثل سرطان الرئة والربو والسكري، إلخ، فإن ذلك سيؤثر على عملية التمثيل الغذائي في الجسم، مما يُنتج غازات مميزة (علامات بيولوجية) بتركيزات مختلفة في تنفس المريض. تتغير هذه العلامات البيولوجية بشكل مختلف لكل نوع من الأمراض. صُمم مستشعر الغاز لتحديد العلامات البيولوجية وتحليلها، مما يُساعد على الكشف المبكر عن الأمراض دون اللجوء إلى أساليب جراحية مثل الخزعة. يشهد قطاع الرقائق الدقيقة وأشباه الموصلات رواجًا متزايدًا. يرى البروفيسور، في أي اتجاه ينبغي لنا الاستفادة من هذه الموجة؟ - نعم، هذا الموضوع محوريٌّ للغاية، وهو محور العديد من الأبحاث والتطورات وتطبيقات التكنولوجيا الحديثة. لا يقتصر النمو والتقدم في هذا المجال على تعزيز تطوير تكنولوجيا المعلومات والاتصالات فحسب، بل يؤثر أيضًا تأثيرًا عميقًا على العديد من الصناعات الأخرى. ولكن، بصراحة، لا يزال فريقنا المتخصص في أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة صغيرًا جدًا، وخبرته محدودة. علاوة على ذلك، لا نملك في فيتنام اليوم مركزًا قويًا لأبحاث أشباه الموصلات، كما نفتقر إلى منظومة متكاملة لأشباه الموصلات. برأيي، ينبغي على فيتنام الاستفادة من موجة تطوير تكنولوجيا أشباه الموصلات والرقائق الدقيقة من خلال التركيز على مجالات متخصصة ذات إمكانات تنافسية، والاستثمار في البحث والتطوير وتدريب الموارد البشرية، وبناء منظومة تكنولوجية ودعم الصناعات، وتطبيق التكنولوجيا في الصناعات الرئيسية. ستساعد هذه الاستراتيجيات فيتنام على التطور المستدام والمنافسة بفعالية في سياق التكنولوجيا العالمي سريع التغير. شكرًا لك، البروفيسور!

ثانهين.فن

المصدر: https://thanhnien.vn/nha-khoa-hoc-vat-lieu-nguyen-duc-hoa-vat-lieu-nano-day-thu-vi-185240531094042686.htm