Ο επιστήμονας υλικών Nguyen Duc Hoa: «Τα νανοϋλικά είναι τόσο ενδιαφέροντα!»

Ως εφαρμοσμένος φυσικός, έχετε ποτέ «γοητευτεί» από τον ρομαντισμό και τη φιλοσοφία της θεωρητικής φυσικής; -Η πρακτικότητα και η εφικτότητα της θεωρίας είναι πολύ σημαντικές επειδή μια θεωρία μπορεί να ανοίξει νέες προοπτικές στα φυσικά φαινόμενα, οδηγώντας σε νέες τεχνολογίες που δεν έχουν ποτέ σκεφτεί. Οι αφηρημένες έννοιες μπορούν να οδηγήσουν σε πρακτικές εφαρμογές στη νανοτεχνολογία, τα νέα υλικά, την ιατρική και την κβαντική πληροφορία... Επομένως, ο ρομαντισμός και η φιλοσοφία της θεωρητικής φυσικής όχι μόνο προσελκύουν αλλά και συμπληρώνουν την πρακτικότητα της εφαρμοσμένης φυσικής, δημιουργώντας ένα συναρπαστικό ταξίδι ανακάλυψης και δημιουργικότητας. Ο συνδυασμός της θεωρητικής φυσικής και της πειραματικής φυσικής θα φέρει μια ολοκληρωμένη και πλούσια εμπειρία στους φυσικούς. Πάντα με ενδιέφεραν και με παρακινούσαν τα θεωρητικά προβλήματα στη φυσική. Γι' αυτό στις πρόσφατες μελέτες μας, υπήρξε συνεργασία μεταξύ πειραματιστών και θεωρητικών και υπολογιστικών ερευνητών. Η θεωρία υπόσχεται μια πλήρη κατανόηση των θεμελιωδών αρχών, καθώς και παρέχει μια ολοκληρωμένη βάση από την οποία μπορούν να ανοίξουν νέες προοπτικές στα φυσικά φαινόμενα.

Ο Καθηγητής Δρ. Νγκουγιέν Ντουκ Χόα (αριστερά) με τον εμπνευσμένο δάσκαλό του - Καθηγητής Δρ. Λαϊκής Διδασκαλίας Νγκουγιέν Ντουκ Τσιέν

Καθηγητά, μπορείτε να εξηγήσετε με έναν εύκολα κατανοητό τρόπο ένα από τα κύρια ερευνητικά σας θέματα: γιατί τα νανοϋλικά έχουν τόσες πολλές εκπληκτικές ιδιότητες; - Τα νανοϋλικά λειτουργούν σε ατομικό και μοριακό επίπεδο, όπου οι φυσικοί νόμοι που συναντώνται συνήθως σε μεγάλα μεγέθη δεν ισχύουν πλέον, συμπεριλαμβανομένων των φαινομένων μεγέθους σε νανοκλίμακα, των διαφορών στην αναλογία επιφάνειας/όγκου, των κβαντικών φαινομένων και των ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων σε νανοκλίμακα. Αυτό δημιουργεί νέες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, ανοίγοντας ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών. Αυτό είναι το ενδιαφέρον με τα νανοϋλικά σε πολλούς τομείς όπως η ιατρική, η ηλεκτρονική, η ενέργεια... Ένα ειδικό παράδειγμα είναι το στοιχείο χρυσός (σύμβολο Au): όταν είναι σε μεγάλα μεγέθη είναι κίτρινο και αδιάλυτο στο νερό. Αλλά όταν διασπάται σε νανομέγεθος, μπορεί να έχει κόκκινο, μπλε ή άλλα χρώματα ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων. Οι κβαντικές κουκκίδες είναι νανοσωματίδια ημιαγωγών με ειδικές οπτικές ιδιότητες: όταν διεγείρονται, εκπέμπουν φως του οποίου το χρώμα εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων. Οι κβαντικές κουκκίδες χρησιμοποιούνται σε οθόνες τηλεόρασης (QLED), φώτα LED και ιατρικές εφαρμογές όπως δείκτες φθορισμού απεικόνισης για τη διάγνωση ασθενειών.

Με φοιτητές από το Εθνικό Πανεπιστήμιο Εκπαίδευσης του Ανόι

Τι είναι τα μονοδιάστατα και τα δισδιάστατα υλικά; Δεν είναι τα υλικά που βλέπουμε τρισδιάστατα; - Ο κόσμος που αντιλαμβανόμαστε είναι ένας τρισδιάστατος χωρικός κόσμος. Όταν η μία διάσταση είναι πολύ μεγαλύτερη από τις άλλες δύο διαστάσεις, το αντικείμενο μπορεί να θεωρηθεί μονοδιάστατο - δηλαδή, ένα μονοδιάστατο υλικό. Ή όταν δύο διαστάσεις είναι πολύ μεγαλύτερες από την άλλη διάσταση, το αντικείμενο είναι σχεδόν δισδιάστατο - δηλαδή, δισδιάστατο. Σε νανοκλίμακα, τα μονοδιάστατα και δισδιάστατα υλικά έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες επειδή η ατομική τους δομή περιορίζεται σε 1 ή 2 διαστάσεις. Ένα μονοδιάστατο υλικό όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (κοίλοι κυλινδρικοί σωλήνες με διαμέτρους <100 νανόμετρα και μήκη έως και μερικά μικρόμετρα ή περισσότερο) έχει εξαιρετικά υψηλή μερική αντοχή σε εφελκυσμό και καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Ένα νανοσύρμα (με διάμετρο < 100 nm και πολύ μεγάλη αναλογία μήκους/διαμέτρου, μπορεί να κατασκευαστεί από πολλά διαφορετικά υλικά όπως μέταλλα, ημιαγωγούς και οξείδια μετάλλων... μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αισθητήρες ή ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Ένα δισδιάστατο υλικό όπως το γραφένιο (με ένα στρώμα ατόμων άνθρακα διατεταγμένων σε ένα κυψελωτό δίκτυο) έχει πολύ ισχυρές μηχανικές ιδιότητες, καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα και αποτελεί τη βάση για πολλές μελέτες και εφαρμογές στην ηλεκτρονική, την ενέργεια και τα διαφανή ηλεκτρόδια... Με τη νανοτεχνολογία, τα μονοδιάστατα και δισδιάστατα υλικά αναπτύσσονται ολοένα και περισσότερο και έχουν ποικίλες εφαρμογές, συμβάλλοντας στην επέκταση της ανθρώπινης κατανόησης του φυσικού κόσμου και υποσχόμενο πρωτοποριακές τεχνολογικές εξελίξεις στο μέλλον.

Με συναδέλφους στο ITIMS

Είναι αλήθεια ότι όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια των υλικών, τόσο περισσότερες εκπλήξεις και πιθανές εφαρμογές υπάρχουν; Αν διαιρέσουμε τα σωματίδια μέχρι το τέλος, τι θα μας μείνει; - Αυτό το ερώτημα είναι πολύ ενδιαφέρον και βοηθά στην αποσαφήνιση ορισμένων βασικών αρχών στην επιστήμη των υλικών και τη νανοτεχνολογία. Πράγματι, όταν διαιρούμε τα σωματίδια υλικών σε νανομέγεθος, εμφανίζονται πολλές νέες και εκπληκτικές ιδιότητες. Καθώς συνεχίζουμε να διαιρούμε τα σωματίδια, θα πλησιάσουμε το πιο βασικό επίπεδο της ύλης, δηλαδή τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια όπως τα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα κουάρκ, τα λεπτόνια και τα μποζόνια - τα οποία είναι σήμερα οι μικρότερες συστατικές μονάδες των υλικών. Ωστόσο, στο μέλλον, είναι πιθανό να βρεθούν ή να προβλεφθεί ότι υπάρχουν πιο θεμελιώδη σωματίδια. Αυτή είναι η κινητήρια δύναμη για τους επιστήμονες υλικών, επειδή η επιστήμη δεν έχει τέλος. Αυτά είναι επίσης τα βασίλεια του ρομαντισμού, της φαντασίας και της φιλοσοφίας στη θεωρητική φυσική.

Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι έχουν ανακαλύψει νανοσωματίδια σε πολλά αντικείμενα. Τι κάνει τα νανοϋλικά τόσο σημαντικά για τη σύγχρονη κοινωνία; - Τα νανοϋλικά έχουν αποκτήσει εξαιρετική σημασία για τη σημερινή κοινωνία, όχι μόνο λόγω του μικρού τους μεγέθους, αλλά κυρίως λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους και του ευρέος φάσματος πιθανών εφαρμογών. Αν και τα νανοσωματίδια υπάρχουν από την αρχαιότητα (π.χ., το Κύπελλο του Λυκούργου θα έχει διαφορετικά χρώματα όταν τα βλέπει κανείς υπό ανακλώμενο ή διερχόμενο φως), η κατανόηση και ο έλεγχός τους έχουν προχωρήσει σημαντικά τις τελευταίες δεκαετίες, ανοίγοντας πολλές νέες και πρωτοποριακές εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Έτσι, η ικανότητα κατασκευής και ελέγχου νανοϋλικών είναι το κλειδί. Η νανοτεχνολογία όχι μόνο ανοίγει νέες δυνατότητες για τις τρέχουσες εφαρμογές, αλλά δημιουργεί και πρωτοποριακές ευκαιρίες στο μέλλον, συμβάλλοντας θετικά στην παγκόσμια οικονομική και κοινωνική ανάπτυξη.

Με συναδέλφους του ITIMS στο Ba Vi

Τι γίνεται με τα υπεραγώγιμα υλικά και τις εφαρμογές τους; - Τα υπεραγώγιμα υλικά, με απλά λόγια, είναι υλικά που, όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από αυτά, το ρεύμα θα διαρκέσει για πάντα χωρίς να μειώνεται ή να χάνει ενέργεια. Τα υπεραγώγιμα υλικά έχουν πολλές διαφορετικές εφαρμογές σε τομείς όπως η ιατρική , η μετάδοση ισχύος, τα τρένα μαγνητικής αιώρησης, οι επιταχυντές σωματιδίων κ.λπ. Επί του παρόντος, η πιο δημοφιλής συσκευή που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμα υλικά είναι οι μηχανές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI) που χρησιμοποιούν υπεραγώγιμους μαγνήτες για να δημιουργήσουν το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που απαιτείται για λεπτομερή απεικόνιση μέσα στο σώμα. Χάρη στα υπεραγώγιμα υλικά, οι μηχανές μαγνητικής τομογραφίας λειτουργούν πιο αποτελεσματικά και παρέχουν εικόνες υψηλότερης ποιότητας. Πρόσφατα, η Κίνα δοκίμασε με επιτυχία ένα τρένο που κινείται με μαγνητική αιώρηση υπεραγώγιμων πηνίων σε σωλήνα κενού, φτάνοντας ταχύτητες έως και 623 χλμ./ώρα (η ταχύτητα σχεδιασμού μπορεί να φτάσει τα 1.000 χλμ./ώρα). Ίσως η μεγαλύτερη πρόκληση που εμποδίζει αυτήν τη στιγμή την εμπορευματοποίηση και την ευρεία χρήση υπεραγώγιμων υλικών είναι η πολύ χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας. Η υπεραγωγιμότητα απαιτεί τη χρήση πολύπλοκων και δαπανηρών συστημάτων ψύξης, όπως η χρήση υγρού ηλίου (-269°C) ή υγρού αζώτου (-196°C) για τη διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών. Άλλες προκλήσεις περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος παραγωγής, την κακή μηχανική αντοχή, τις πολύπλοκες τεχνικές κατασκευής, την ικανότητα διατήρησης της υπεραγώγιμης κατάστασης σε ισχυρά μαγνητικά πεδία ή την απαίτηση για υπεραγώγιμη κατάσταση υπό υψηλή πίεση.

Συζήτηση με συναδέλφους στο εργαστήριο

Ποιες είναι οι νέες εξελίξεις στην έρευνα του καθηγητή σχετικά με την εφαρμογή νανοϋλικών; - Μετά από περίπου 10 χρόνια βασικής έρευνας, με ορισμένα επιτεύγματα στον τομέα των νανοϋλικών και των αισθητήρων, η ομάδα μας αποφάσισε να ερευνήσει ολοκληρωμένα νανοϋλικά για εφαρμογές στο IoT (Διαδίκτυο των Πραγμάτων) για την ανάλυση της αναπνοής με σκοπό τη διάγνωση ασθενειών. Αυτό είναι πραγματικά ένα βήμα ανάπτυξης και καταδεικνύει ξεκάθαρα το διεπιστημονικό πνεύμα στη σύγχρονη επιστημονική έρευνα. Ο συνδυασμός νανοϋλικών, ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και IoT όχι μόνο ανοίγει νέες δυνατότητες για τη διάγνωση ασθενειών, αλλά συμβάλλει επίσης στην ανάπτυξη προηγμένων ιατρικών τεχνολογιών ή πολλών εφαρμογών σε διαφορετικούς τομείς όπως η βιομηχανία, το περιβάλλον, η ασφάλεια... Η ιδέα μας διαμορφώθηκε το 2009 όταν αναφερθήκαμε στην ερευνητική εργασία στο περιοδικό Nature Nanotechnology με επικεφαλής τον Hosam Haick (Ισραήλ) που δημοσιεύτηκε σχετικά με τα αποτελέσματα της έρευνας "Διάγνωση του καρκίνου του πνεύμονα μέσω της αναπνοής με χρήση νανοσωματιδίων χρυσού". Η έρευνα αυτής της ομάδας δείχνει ότι συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της ανάλυσης της αναπνοής υγιών ανθρώπων και ασθενών με καρκίνο του πνεύμονα, είναι δυνατό να εντοπιστούν ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα.

Μιλήστε με έναν ειδικό σε μια εκδήλωση

Η επακόλουθη έρευνά μας δημιούργησε έναν αισθητήρα αερίου ημιαγωγών χρησιμοποιώντας νανοϋλικά που μπορεί να παρέχει καλύτερη απόκριση, χαμηλότερα όρια ανίχνευσης συγκέντρωσης αερίου από το χρυσό νανο και μπορεί να αναπτυχθεί πλήρως για εφαρμογή στην ανάλυση αναπνοής για τον έλεγχο και τη διάγνωση ασθενειών. Αυτή είναι η κατεύθυνση εφαρμοσμένης έρευνας σε ένα έργο που χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Καινοτομίας Vingroup (VinIF) το 2019. Ένα από τα κίνητρα για να προτείνουμε με σιγουριά αυτό το απαιτητικό έργο στο VinIF είναι η «ανάληψη κινδύνου» φύση του Ιδρύματος. Χάρη σε αυτόν τον προοδευτικό μηχανισμό, αντί να προτείνουμε μια ασφαλή κατεύθυνση έρευνας, με ένα σίγουρο προϊόν, είμαστε αποφασισμένοι να ασχοληθούμε με ένα πρωτοποριακό θέμα, παρά τον πιθανό υψηλό κίνδυνο. Η αρχή αυτής της έρευνας είναι ότι όταν οι άνθρωποι πάσχουν από ορισμένες ασθένειες όπως ο καρκίνος του πνεύμονα, το άσθμα, ο διαβήτης κ.λπ., αυτό θα επηρεάσει τον μεταβολισμό του σώματος, δημιουργώντας έτσι χαρακτηριστικά αέρια (βιολογικούς δείκτες) με διαφορετικές συγκεντρώσεις στην αναπνοή του ασθενούς. Αυτοί οι βιολογικοί δείκτες θα αλλάζουν διαφορετικά για κάθε τύπο ασθένειας. Οι αισθητήρες αερίου έχουν σχεδιαστεί για να αναγνωρίζουν και να αναλύουν βιολογικούς δείκτες, βοηθώντας στην έγκαιρη ανίχνευση ασθενειών χωρίς επεμβατικές μεθόδους όπως η βιοψία. Το κύμα των μικροτσίπ και των τσιπ ημιαγωγών γίνεται πιο έντονο από ποτέ. Σύμφωνα με τον καθηγητή, προς ποια κατεύθυνση πρέπει να εκμεταλλευτούμε αυτό το κύμα; - Ναι, αυτό το θέμα είναι πολύ καυτό και αποτελεί το επίκεντρο πολλών ερευνών, ανάπτυξης και εφαρμογών της σύγχρονης τεχνολογίας. Η ανάπτυξη και η πρόοδος σε αυτόν τον τομέα όχι μόνο προάγει την ανάπτυξη της τεχνολογίας πληροφοριών και επικοινωνιών, αλλά έχει και βαθύ αντίκτυπο σε πολλές άλλες βιομηχανίες. Αλλά για να είμαστε ειλικρινείς, η ομάδα ημιαγωγών και μικροτσίπ μας είναι ακόμα πολύ μικρή, με περιορισμένη εμπειρία. Επιπλέον, στο Βιετνάμ σήμερα, δεν έχουμε ένα αρκετά ισχυρό ερευνητικό κέντρο ημιαγωγών και επίσης μας λείπει ένα οικοσύστημα ημιαγωγών. Κατά τη γνώμη μου, το Βιετνάμ θα πρέπει να εκμεταλλευτεί το κύμα ανάπτυξης τεχνολογίας ημιαγωγών και μικροτσίπ εστιάζοντας σε εξειδικευμένους τομείς με ανταγωνιστικό δυναμικό, επενδύοντας στην Έρευνα και Ανάπτυξη και την εκπαίδευση ανθρώπινου δυναμικού, δημιουργώντας ένα τεχνολογικό οικοσύστημα και υποστηρίζοντας βιομηχανίες, και εφαρμόζοντας τεχνολογία σε βασικούς κλάδους. Αυτές οι στρατηγικές θα βοηθήσουν το Βιετνάμ να αναπτυχθεί βιώσιμα και να ανταγωνιστεί αποτελεσματικά στο ταχέως μεταβαλλόμενο παγκόσμιο τεχνολογικό πλαίσιο. Ευχαριστώ, Καθηγητά!

Thanhnien.vn

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