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

Ως εφαρμοσμένος φυσικός, έχετε γοητευτεί ποτέ από τον ρομαντισμό και τη φιλοσοφία της θεωρητικής φυσικής; - Η πρακτικότητα και η εφικτότητα της θεωρίας είναι κρίσιμες, επειδή μια θεωρία μπορεί να ανοίξει νέες προοπτικές στα φυσικά φαινόμενα, οδηγώντας σε νέες τεχνολογίες που δεν είχαν εξεταστεί ποτέ πριν. 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 καινοτομίας. Ο συνδυασμός της θεωρητικής και της πειραματικής φυσικής παρέχει μια ολοκληρωμένη και εμπλουτιστική εμπειρία για τους φυσικούς. Πάντα με ενδιέφεραν και με παρακινούσαν τα θεωρητικά προβλήματα στη φυσική. Γι' αυτό η πρόσφατη έρευνά μας περιλαμβάνει τη 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. Nguyen Duc Hoa (αριστερά) με τον εμπνευσμένο μέντορά του – τον ​​καθηγητή Δρ. Nguyen Duc Chien

Καθηγητά, θα μπορούσατε να εξηγήσετε με απλά λόγια ένα από τα κύρια ερευνητικά σας θέματα: γιατί τα νανοϋλικά έχουν τόσες πολλές απροσδόκητες ιδιότητες; Τα νανοϋλικά λειτουργούν σε ατομικό και μοριακό επίπεδο, όπου οι συνήθεις φυσικοί νόμοι που ισχύουν σε μεγαλύτερα μεγέθη δεν ισχύουν πλέον, συμπεριλαμβανομένων των φαινομένων μεγέθους σε νανοκλίμακα, των διαφορών στις αναλογίες επιφάνειας προς όγκο, των κβαντικών φαινομένων και των ισχυρών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ατόμων σε νανοκλίμακα. Αυτό δημιουργεί νέες φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητες, ανοίγοντας τεράστιες πιθανές εφαρμογές. Αυτή είναι η ελκυστικότητα των νανοϋλικών σε πολλούς τομείς, από την ιατρική και την ηλεκτρονική έως την ενέργεια... Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα είναι το στοιχείο χρυσός (σύμβολο Au): σε μεγαλύτερα μεγέθη, είναι κίτρινο και αδιάλυτο στο νερό. Αλλά όταν διασπάται σε νανοκλίμακα, μπορεί να έχει κόκκινο, μπλε ή άλλα χρώματα ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων. Οι κβαντικές κουκκίδες είναι νανοσωματίδια ημιαγωγών με μοναδικές οπτικές ιδιότητες: όταν διεγείρονται, εκπέμπουν φως του οποίου το χρώμα εξαρτάται από το μέγεθος των σωματιδίων. Οι κβαντικές κουκκίδες χρησιμοποιούνται σε οθόνες τηλεόρασης (QLED), LED και ιατρικές εφαρμογές όπως η απεικόνιση φθορισμού για τη διάγνωση ασθενειών.

Μαζί με τους συμμαθητές μου από το Παιδαγωγικό Πανεπιστήμιο του Ανόι

Τι είναι τα μονοδιάστατα και τα δισδιάστατα υλικά; Δεν είναι όλα 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 θεωρείται σχεδόν δισδιάστατο - δηλαδή, δισδιάστατο. Σε νανοκλίμακα, τα μονοδιάστατα και δισδιάστατα υλικά έχουν πολλές μοναδικές ιδιότητες επειδή η ατομική τους δομή περιορίζεται σε μία ή δύο διαστάσεις. Ένα μονοδιάστατο υλικό όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα (κοίλοι κυλινδρικοί σωλήνες με διάμετρο <100 νανόμετρα και μήκος που μπορεί να φτάσει μερικά μικρόμετρα ή περισσότερο) έχει εξαιρετικά υψηλή μερική αντοχή σε εφελκυσμό και καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα. Τα νανοσύρματα (με διάμετρο <100 nm και πολύ μεγάλη αναλογία μήκους προς διάμετρο, κατασκευασμένα από διάφορα υλικά όπως μέταλλα, ημιαγωγούς και οξείδια μετάλλων) μπορούν να εφαρμοστούν σε αισθητήρες ή ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Ένα δισδιάστατο υλικό όπως το γραφένιο (με πάχος ενός στρώματος ατόμων άνθρακα διατεταγμένων σε ένα κυψελοειδές πλέγμα) διαθέτει πολύ ισχυρές μηχανικές ιδιότητες, καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα και αποτελεί τη βάση για πολλές έρευνες 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 υπόσχοντας πρωτοποριακές τεχνολογικές εξελίξεις στο μέλλον.

Μαζί με συναδέλφους στο ITIMS

Όσο περισσότερο διασπούμε τα υλικά σωματίδια, τόσο περισσότερες εκπλήξεις και πιθανές εφαρμογές ανακαλύπτουμε; Τι απομένει αν διασπάσουμε τα σωματίδια στο απόλυτο ελάχιστο; Αυτό είναι ένα συναρπαστικό ερώτημα που βοηθά στην αποσαφήνιση ορισμένων θεμελιωδών αρχών στην επιστήμη των υλικών και τη νανοτεχνολογία. Πράγματι, όταν διασπούμε τα υλικά σωματίδια σε νανοκλίμακα, αναδύονται πολλές νέες και απροσδόκητες ιδιότητες. Με την περαιτέρω διάσπαση των σωματιδίων, πλησιάζουμε στο πιο θεμελιώδες επίπεδο της ύλης, δηλαδή τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια όπως τα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα κουάρκ, τα λεπτόνια και τα μποζόνια - που είναι προς το παρόν οι μικρότερες συστατικές μονάδες των υλικών. Ωστόσο, στο μέλλον, πολλά περισσότερα θεμελιώδη σωματίδια μπορεί να ανακαλυφθούν ή να προβλεφθεί ότι υπάρχουν. Αυτό είναι που παρακινεί τους επιστήμονες υλικών, επειδή η επιστήμη δεν έχει τελικό σημείο. Αυτά είναι επίσης τα πεδία του ρομαντισμού, της φαντασίας και της φιλοσοφίας στη θεωρητική φυσική.

Από την αρχαιότητα, νανοσωματίδια έχουν βρεθεί σε πολλά αντικείμενα. Τι κάνει τα νανοϋλικά τόσο σημαντικά για τη σύγχρονη κοινωνία; Τα νανοϋλικά είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη σύγχρονη κοινωνία, όχι μόνο λόγω του μικρού τους μεγέθους, αλλά κυρίως λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους και του ευρέος φάσματος πιθανών εφαρμογών τους. Αν και τα νανοσωματίδια υπάρχουν από την αρχαιότητα (για παράδειγμα, το Κύπελλο του Λυκούργου θα έχει διαφορετικά χρώματα όταν τα βλέπουμε υπό ανακλώμενο ή διερχόμενο φως), η κατανόηση και ο έλεγχός τους έχουν προχωρήσει δραματικά τις τελευταίες δεκαετίες, ανοίγοντας πολλές νέες και πρωτοποριακές εφαρμογές σε διάφορους 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.

Μαζί με συναδέλφους του ITIMS στο Ba Vi

Τι γίνεται με τα υπεραγώγιμα υλικά και τις εφαρμογές τους; Με απλά λόγια, ένα υπεραγώγιμο υλικό είναι ένα υλικό που, όταν ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσα από αυτό, θα παραμείνει σταθερό χωρίς υποβάθμιση ή απώλεια ενέργειας. Τα υπεραγώγιμα υλικά έχουν πολλές διαφορετικές εφαρμογές σε τομείς όπως η ιατρική , η μετάδοση ισχύος, οι συρμοί μαγνητικής αιώρησης, οι επιταχυντές σωματιδίων κ.λπ. Επί του παρόντος, η πιο συνηθισμένη συσκευή που χρησιμοποιεί υπεραγώγιμα υλικά είναι οι μηχανές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI), οι οποίες χρησιμοποιούν υπεραγώγιμους μαγνήτες για να δημιουργήσουν το ισχυρό μαγνητικό πεδίο που είναι απαραίτητο για λεπτομερή απεικόνιση του εσωτερικού του σώματος. Χάρη στα υπεραγώγιμα υλικά, οι μηχανές μαγνητικής τομογραφίας λειτουργούν πιο αποτελεσματικά και παρέχουν εικόνες υψηλότερης ποιότητας. Πρόσφατα, η Κίνα δοκίμασε με επιτυχία ένα συρμό μαγνητικής αιώρησης με υπεραγώγιμα πηνία σε σωλήνα κενού, επιτυγχάνοντας ταχύτητες άνω των 623 χλμ./ώρα (η ταχύτητα σχεδιασμού θα μπορούσε να φτάσει τα 1.000 χλμ./ώρα). Ίσως η μεγαλύτερη πρόκληση που εμποδίζει επί του παρόντος την εμπορευματοποίηση και την ευρεία χρήση των υπεραγώγιμων υλικών είναι η πολύ χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας τους. Η υπεραγωγιμότητα απαιτεί τη χρήση πολύπλοκων και δαπανηρών συστημάτων ψύξης, όπως υγρό ήλιο (-269°C) ή υγρό άζωτο (-196°C) για τη διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών. Άλλες προκλήσεις περιλαμβάνουν το υψηλό κόστος παραγωγής, την κακή μηχανική αντοχή, την πολύπλοκη τεχνολογία κατασκευής, την ικανότητα διατήρησης της υπεραγωγιμότητας σε ισχυρά μαγνητικά πεδία και την απαίτηση για υπεραγωγιμότητα υπό υψηλή πίεση.

Συζήτηση με συναδέλφους στο εργαστήριο.

Ποιες είναι οι τελευταίες εξελίξεις στην έρευνα του καθηγητή σχετικά με τις εφαρμογές 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 εφαρμογή στο IoT (Διαδίκτυο των Πραγμάτων) για την ανάλυση της αναπνοής στη διάγνωση ασθενειών. Αυτό είναι πραγματικά ένα βήμα μπροστά 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 διάφορους τομείς όπως η βιομηχανία, το περιβάλλον, η ασφάλεια... Η ιδέα μας ξεκίνησε το 2009 όταν συμβουλευτήκαμε μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύτηκε στο Nature Nanotechnology από τον Hosam Haick (Ισραήλ) σχετικά με τα αποτελέσματα της "Διάγνωσης 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 ατόμων και ασθενών με καρκίνο του πνεύμονα, είναι δυνατό να εντοπιστούν ασθενείς με καρκίνο του πνεύμονα.

Αλληλεπίδραση με ειδικούς σε μια εκδήλωση.

Η επακόλουθη έρευνά μας είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία αισθητήρων αερίου ημιαγωγών χρησιμοποιώντας νανοϋλικά που προσφέρουν καλύτερη απόκριση και χαμηλότερα όρια ανίχνευσης συγκέντρωσης αερίου σε σύγκριση με τα νανοσωματίδια χρυσού και είναι πλήρως ικανά να αναπτυχθούν για εφαρμογές στην ανάλυση αναπνοής για τον έλεγχο και τη διάγνωση ασθενειών. Αυτή είναι μια ερευνητική κατεύθυνση που εφαρμόστηκε σε ένα έργο που χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Καινοτομίας Vingroup (VinIF) το 2019. Μία από τις κινητήριες δυνάμεις πίσω από την εμπιστοσύνη μας στην πρόταση αυτού του απαιτητικού έργου στο Ίδρυμα VinIF είναι η προσέγγιση «ανάληψης κινδύνου» του Ιδρύματος. Χάρη σε αυτόν τον προοδευτικό μηχανισμό, αντί να προτείνουμε μια ασφαλή ερευνητική κατεύθυνση με εγγυημένα αποτελέσματα προϊόντος, αποφασίσαμε να ασχοληθούμε με ένα πρωτοποριακό θέμα, ακόμη και αν αυτό ενείχε 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., επηρεάζει τις μεταβολικές διεργασίες στο σώμα, δημιουργώντας έτσι χαρακτηριστικά αέρια (βιοδείκτες) στην αναπνοή του ασθενούς σε διαφορετικές συγκεντρώσεις. Αυτοί οι βιοδείκτες θα αλλάζουν διαφορετικά για κάθε τύπο ασθένειας. Οι αισθητήρες αερίου έχουν σχεδιαστεί για να αναγνωρίζουν και να αναλύουν αυτούς τους βιοδείκτες, βοηθώντας στην έγκαιρη ανίχνευση ασθενειών χωρίς επεμβατικές μεθόδους όπως οι βιοψίες. Το κύμα των μικροτσίπ και των ημιαγωγικών τσιπ είναι πιο καυτό από ποτέ. Σύμφωνα με τον καθηγητή, προς ποια κατεύθυνση πρέπει να επωφεληθούμε από αυτό το κύμα; -Σωστά, αυτό το θέμα είναι πολύ καυτό και βρίσκεται στο 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 ειλικρινά, το εργατικό δυναμικό μας στους ημιαγωγούς και τα μικροτσίπ είναι ακόμα πολύ μικρό, με περιορισμένη εμπειρία. Επιπλέον, το Βιετνάμ δεν διαθέτει επί του παρόντος ένα αρκετά ισχυρό ερευνητικό κέντρο ημιαγωγών και ένα ισχυρό οικοσύστημα ημιαγωγών. Κατά τη γνώμη μου, το Βιετνάμ θα πρέπει να αξιοποιήσει την άνθηση της τεχνολογίας ημιαγωγών και μικροτσίπ εστιάζοντας σε εξειδικευμένους τομείς με ανταγωνιστικό δυναμικό, επενδύοντας στην Έρευνα και Ανάπτυξη και στην εκπαίδευση ανθρώπινου δυναμικού, δημιουργώντας μια τεχνολογία και υποστηρίζοντας το βιομηχανικό οικοσύστημα, και εφαρμόζοντας την τεχνολογία σε βασικούς κλάδους. Αυτές οι στρατηγικές θα βοηθήσουν το Βιετνάμ να επιτύχει βιώσιμη ανάπτυξη και να ανταγωνιστεί αποτελεσματικά στο πλαίσιο της ταχέως μεταβαλλόμενης παγκόσμιας τεχνολογίας. Ευχαριστώ, Καθηγητά!

Thanhnien.vn

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