El científico de materiales Nguyen Duc Hoa: '¡Los nanomateriales son muy interesantes!'

Como físico aplicado, ¿se ha sentido cautivado alguna vez por el romanticismo y la filosofía de la física teórica? - La practicidad y la viabilidad de la teoría son cruciales, ya que una teoría puede abrir nuevas perspectivas sobre los fenómenos físicos, dando lugar a nuevas tecnologías nunca antes consideradas. Los conceptos abstractos pueden dar lugar a aplicaciones prácticas en nanotecnología, nuevos materiales, medicina e información cuántica... Por lo tanto, el romanticismo y la filosofía de la física teórica no solo atraen, sino que también complementan la practicidad de la física aplicada, creando un fascinante viaje de descubrimiento e innovación. Combinar la física teórica y la experimental proporciona una experiencia integral y enriquecedora para los físicos. Siempre me han interesado y motivado los problemas teóricos de la física. Por eso, nuestra investigación reciente ha implicado la colaboración entre experimentalistas e investigadores teóricos y computacionales. La teoría promete una comprensión completa de los principios fundamentales, además de proporcionar una base integral desde la cual se pueden abrir nuevas perspectivas sobre los fenómenos físicos.

El profesor Dr. Nguyen Duc Hoa (izquierda) con su inspirador mentor, el profesor Dr. Nguyen Duc Chien

Profesor, ¿podría explicar de forma sencilla uno de sus principales temas de investigación? ¿Por qué los nanomateriales poseen tantas propiedades inesperadas? Los nanomateriales operan a nivel atómico y molecular, donde las leyes físicas habituales aplicables a tamaños mayores ya no se aplican, incluyendo los efectos del tamaño a nanoescala, las diferencias en la relación superficie-volumen, los efectos cuánticos y las fuertes interacciones entre átomos a nanoescala. Esto crea nuevas propiedades físicas, químicas y biológicas, abriendo un amplio abanico de aplicaciones potenciales. Ese es el atractivo de los nanomateriales en muchos campos, desde la medicina y la electrónica hasta la energía… Un ejemplo claro es el elemento oro (símbolo Au): a gran escala, es amarillo e insoluble en agua; pero al descomponerse a nanoescala, puede ser rojo, azul u otros colores según el tamaño de partícula. Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras con propiedades ópticas únicas: al excitarse, emiten luz cuyo color depende del tamaño de partícula. Los puntos cuánticos se utilizan en pantallas de televisión (QLED), LED y aplicaciones médicas como la fluorescencia para el diagnóstico de enfermedades.

Junto con mis compañeros de clase de la Universidad Pedagógica de Hanoi

¿Qué son los materiales 1D y 2D? ¿No son todos los materiales que vemos 3D? El mundo que percibimos es un mundo espacial 3D. Cuando una dimensión es mucho mayor que las otras dos, el objeto puede considerarse unidimensional, es decir, un material 1D; o cuando dos dimensiones son mucho mayores que la otra, el objeto se considera casi bidimensional, es decir, 2D. A escala nanométrica, los materiales 1D y 2D poseen muchas propiedades únicas debido a que su estructura atómica está limitada a una o dos dimensiones. Un material 1D como los nanotubos de carbono (tubos cilíndricos huecos con un diámetro <100 nanómetros y una longitud que puede alcanzar algunos micrómetros o más) posee una resistencia parcial a la tracción extremadamente alta y una buena conductividad eléctrica y térmica. Los nanocables (con un diámetro <100 nm y una relación longitud-diámetro muy alta, fabricados con diversos materiales como metales, semiconductores y óxidos metálicos) pueden aplicarse en sensores o componentes electrónicos. Un material 2D como el grafeno (con un espesor de una capa de átomos de carbono dispuestos en una red de panal) posee propiedades mecánicas muy sólidas, buena conductividad eléctrica y térmica, y constituye la base de numerosas investigaciones y aplicaciones en electrónica, energía y electrodos transparentes. Gracias a la nanotecnología, los materiales 1D y 2D se desarrollan cada vez más y tienen diversas aplicaciones, lo que contribuye a ampliar la comprensión humana del mundo físico y promete avances tecnológicos innovadores en el futuro.

Junto con colegas de ITIMS

¿Cuanto más descomponemos las partículas materiales, más sorpresas y aplicaciones potenciales descubrimos? ¿Qué queda si las descomponemos al mínimo absoluto? Esta es una pregunta fascinante que ayuda a aclarar algunos principios fundamentales de la ciencia de los materiales y la nanotecnología. De hecho, al descomponer las partículas materiales a escala nanométrica, surgen muchas propiedades nuevas e inesperadas. Al descomponer aún más las partículas, nos acercamos al nivel más fundamental de la materia, es decir, los átomos y las partículas subatómicas como los protones, neutrones, quarks, leptones y bosones, actualmente las unidades constituyentes más pequeñas de los materiales. Sin embargo, en el futuro, se podrían descubrir o predecir la existencia de muchas más partículas fundamentales. Esto es lo que motiva a los científicos de materiales, porque la ciencia no tiene fin. Estos también son los ámbitos del romance, la imaginación y la filosofía en la física teórica.

Desde la antigüedad, se han encontrado nanopartículas en numerosos artefactos. ¿Qué hace que los nanomateriales sean tan importantes para la sociedad moderna? Los nanomateriales son increíblemente importantes para la sociedad moderna no solo por su pequeño tamaño, sino principalmente por sus propiedades únicas y su amplio potencial de aplicaciones. Si bien las nanopartículas existen desde la antigüedad (por ejemplo, la Copa de Licurgo presenta diferentes colores al observarse bajo luz reflejada o transmitida), nuestra comprensión y control de ellas ha avanzado drásticamente en las últimas décadas, abriendo camino a numerosas aplicaciones nuevas e innovadoras en diversos campos. Por lo tanto, la capacidad de fabricar y controlar nanomateriales es clave. La nanotecnología no solo abre un nuevo potencial para las aplicaciones actuales, sino que también crea oportunidades innovadoras para el futuro, contribuyendo positivamente al desarrollo económico y social global.

Junto con colegas de ITIMS en Ba Vi

¿Qué hay de los materiales superconductores y sus aplicaciones? En pocas palabras, un material superconductor es un material que, cuando una corriente eléctrica fluye a través de él, se mantendrá constante sin degradación ni pérdida de energía. Los materiales superconductores tienen muchas aplicaciones diferentes en campos como la medicina , la transmisión de energía, los trenes de levitación magnética, los aceleradores de partículas, etc. Actualmente, el dispositivo más común que utiliza materiales superconductores son las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM), que utilizan imanes superconductores para crear el fuerte campo magnético necesario para obtener imágenes detalladas del interior del cuerpo. Gracias a los materiales superconductores, las máquinas de IRM funcionan de manera más eficiente y brindan imágenes de mayor calidad. Recientemente, China probó con éxito un tren de levitación magnética con bobinas superconductoras en un tubo de vacío, alcanzando velocidades de más de 623 km/h (la velocidad de diseño podría alcanzar los 1000 km/h). Quizás el mayor desafío que actualmente obstaculiza la comercialización y el uso generalizado de los materiales superconductores es su muy baja temperatura de funcionamiento. La superconductividad requiere el uso de sistemas de refrigeración complejos y costosos, como helio líquido (-269 °C) o nitrógeno líquido (-196 °C), para mantener bajas temperaturas. Otros desafíos incluyen los altos costos de producción, la baja resistencia mecánica, la compleja tecnología de fabricación, la capacidad de mantener la superconductividad en campos magnéticos intensos y el requisito de superconductividad a alta presión.

Discutiendo con colegas en el laboratorio.

¿Cuáles son los últimos avances en la investigación del profesor sobre aplicaciones de nanomateriales? Tras unos 10 años de investigación básica, con ciertos logros en el campo de los nanomateriales y sensores, nuestro grupo decidió investigar nanomateriales integrados para su aplicación en el Internet de las Cosas (IoT) para el análisis del aliento en el diagnóstico de enfermedades. Este es un verdadero avance y demuestra claramente el espíritu interdisciplinario de la investigación científica moderna. La combinación de nanomateriales, componentes electrónicos e IoT no solo abre un nuevo potencial para el diagnóstico de enfermedades, sino que también contribuye al desarrollo de tecnologías médicas avanzadas y a numerosas aplicaciones en diversos campos como la industria, el medio ambiente y la seguridad. Nuestra idea surgió en 2009 cuando consultamos un artículo de investigación publicado en Nature Nanotechnology por Hosam Haick (Israel) sobre los resultados del estudio "Diagnóstico del cáncer de pulmón a través del aliento utilizando nanopartículas de oro". La investigación de este grupo indica que, al comparar los resultados del análisis del aliento de individuos sanos y pacientes con cáncer de pulmón, es posible identificar a los pacientes con cáncer de pulmón.

Interactuar con expertos en un evento.

Nuestras investigaciones posteriores han dado como resultado la creación de sensores de gas semiconductores utilizando nanomateriales que ofrecen mayor capacidad de respuesta y menores límites de detección de concentración de gas en comparación con las nanopartículas de oro. Además, son totalmente aptos para aplicaciones en el análisis del aliento para la detección y el diagnóstico de enfermedades. Esta línea de investigación se aplicó en un proyecto financiado por la Fundación para la Innovación Vingroup (VinIF) en 2019. Uno de los factores que nos impulsó a proponer este ambicioso proyecto a la Fundación VinIF es su enfoque arriesgado. Gracias a este mecanismo progresivo, en lugar de proponer una línea de investigación segura con resultados de producto garantizados, decidimos abordar un tema innovador, incluso si conllevaba un alto riesgo. El principio de esta investigación radica en que, cuando las personas padecen ciertas enfermedades, como cáncer de pulmón, asma, diabetes, etc., esto afecta los procesos metabólicos del cuerpo, creando gases característicos (biomarcadores) en el aliento del paciente en diferentes concentraciones. Estos biomarcadores cambiarán de forma diferente para cada tipo de enfermedad. Los sensores de gas están diseñados para identificar y analizar estos biomarcadores, lo que ayuda a detectar enfermedades de forma temprana sin necesidad de métodos invasivos como las biopsias. La ola de microchips y chips semiconductores está más en auge que nunca. Según el profesor, ¿cómo deberíamos aprovechar esta ola? —Así es, este tema es muy candente y está en el centro de numerosas investigaciones, desarrollos y aplicaciones de la tecnología moderna. El crecimiento y el progreso en este campo no solo impulsan el desarrollo de las tecnologías de la información y la comunicación, sino que también tienen un profundo impacto en muchas otras industrias. Sin embargo, francamente, nuestra fuerza laboral en semiconductores y microchips aún es demasiado pequeña y cuenta con experiencia limitada. Además, Vietnam carece actualmente de un centro de investigación de semiconductores lo suficientemente sólido y de un ecosistema robusto. En mi opinión, Vietnam debería aprovechar el auge de la tecnología de semiconductores y microchips centrándose en nichos de mercado con potencial competitivo, invirtiendo en I+D y en la formación de recursos humanos, creando un ecosistema tecnológico e industrial de apoyo, y aplicando la tecnología a industrias clave. Estas estrategias ayudarán a Vietnam a lograr un desarrollo sostenible y a competir eficazmente en el contexto de la rápida evolución de la tecnología global. ¡Gracias, profesor!

Thanhnien.vn

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