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

Como físico aplicado, ¿se ha sentido alguna vez fascinado por el romanticismo y la filosofía de la física teórica? —La practicidad y la viabilidad de la teoría son fundamentales, ya que una teoría puede abrir nuevas perspectivas sobre los fenómenos físicos, dando lugar a nuevas tecnologías inimaginables. 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 el carácter práctico de la física aplicada, creando un emocionante viajede descubrimiento y creatividad. Combinar la física teórica y la física experimental aportará una experiencia completa y enriquecedora a los físicos. Siempre me han interesado y motivado los problemas teóricos de la física. Por ello, en nuestros estudios recientes, hemos colaborado con investigadores experimentales, teóricos y computacionales. La teoría promete una comprensión completa de los principios fundamentales, además de proporcionar una base integral que permite abrir nuevas perspectivas sobre los fenómenos físicos.

El Prof. Dr. Nguyen Duc Hoa (izquierda) con su inspirador maestro, el Prof. Dr. Nguyen Duc Chien, Maestro del Pueblo.

¿Podría explicar de forma sencilla uno de sus principales temas de investigación: por qué los nanomateriales poseen tantas propiedades sorprendentes? Los nanomateriales operan a nivel atómico y molecular, donde las leyes físicas que se suelen encontrar a gran escala dejan de ser aplicables, incluyendo los efectos del tamaño a la 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 posibles aplicaciones. Ese es el gran interés de los nanomateriales en muchos campos, como la medicina, la electrónica, la energía, etc. Un ejemplo especial es el elemento oro (símbolo Au): en grandes tamaños es amarillo e insoluble en agua; pero al descomponerse a tamaño nanométrico, puede ser rojo, azul u otros colores, dependiendo del tamaño de la partícula. Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras con propiedades ópticas especiales: al excitarse, emiten luz cuyo color depende del tamaño de la partícula. Los puntos cuánticos se utilizan en pantallas de televisión (QLED), luces LED y aplicaciones médicas, como la obtención de marcadores fluorescentes para el diagnóstico de enfermedades.

Con amigos de la Universidad Nacional de Educación de Hanoi

¿Qué son los materiales unidimensionales y bidimensionales? ¿Acaso los materiales que vemos no son tridimensionales? El mundo que percibimos es un mundo espacial tridimensional. Cuando una dimensión es mucho mayor que las otras dos, el objeto puede considerarse unidimensional, es decir, un material unidimensional; o cuando dos dimensiones son mucho mayores que la otra, el objeto es casi bidimensional, es decir, bidimensional. A escala nanométrica, los materiales unidimensionales y bidimensionales poseen muchas propiedades únicas debido a que su estructura atómica se limita a unidimensional o bidimensional. Un material unidimensional, como los nanotubos de carbono (tubos cilíndricos huecos con diámetros <100 nanómetros y longitudes de hasta varios micrómetros o más), posee una resistencia a la tracción específica extremadamente alta y una buena conductividad eléctrica y térmica. Un nanocable (con un diámetro < 100 nm y una relación longitud/diámetro muy grande, puede fabricarse a partir de muchos materiales diferentes, como metales, semiconductores y óxidos metálicos... puede usarse en sensores o componentes electrónicos. Un material 2D como el grafeno (con una capa de átomos de carbono dispuestos en una red de panal) tiene propiedades mecánicas muy duraderas, buena conductividad eléctrica y térmica, y es la base de muchos estudios y aplicaciones en electrónica, energía y electrodos transparentes... Con la nanotecnología, los materiales 1D y 2D se están desarrollando cada vez más y tienen diversas aplicaciones, lo que contribuye a ampliar la comprensión humana del mundo físico y promete avances tecnológicos revolucionarios en el futuro.

Con colegas del ITIMS

¿Es cierto que cuanto más pequeñas son las partículas de los materiales, más sorpresas y aplicaciones potenciales hay? Si dividimos las partículas hasta el final, ¿qué nos queda? Esta pregunta es muy interesante y ayuda a aclarar algunos principios básicos de la ciencia de los materiales y la nanotecnología. De hecho, al dividir las partículas de los materiales a tamaño nanométrico, aparecen muchas propiedades nuevas y sorprendentes. A medida que continuamos dividiendo las partículas, nos acercamos al nivel más básico de la materia, es decir, los átomos y las partículas subatómicas como protones, neutrones, quarks, leptones y bosones, que actualmente son las unidades constituyentes más pequeñas de los materiales. Sin embargo, en el futuro, es posible que se encuentren partículas más fundamentales, o se prediga su existencia. Esa es la fuerza impulsora para los científicos de materiales, porque la ciencia no tiene fin. Estos también son los reinos del romance, la imaginación y la filosofía en la física teórica.

Las nanopartículas se han encontrado en numerosos artefactos desde la antigüedad. ¿Qué hace que los nanomateriales sean tan importantes para la sociedad moderna? Los nanomateriales son tan importantes para la sociedad moderna no solo por su pequeño tamaño, sino principalmente por sus propiedades únicas y la amplia gama de aplicaciones potenciales que ofrecen. Si bien las nanopartículas existen desde la antigüedad (por ejemplo, la Copa de Licurgo presenta diferentes colores al observarse bajo luz reflejada o transmitida), su comprensión y control han 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 el secreto. 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.

Con colegas del ITIMS en Ba Vi

¿Qué hay de los materiales superconductores y sus aplicaciones? - Los materiales superconductores, en pocas palabras, son materiales que cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellos, la corriente durará para siempre sin disminuir o perder 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 popular que utiliza materiales superconductores son las máquinas de imágenes por resonancia magnética (IRM) que utilizan imanes superconductores para crear los fuertes campos magnéticos necesarios para obtener imágenes detalladas dentro del cuerpo. Gracias a los materiales superconductores, las máquinas de IRM funcionan de manera más eficiente y brindan imágenes de mayor calidad. Recientemente, China ha probado con éxito un tren que funciona con una levitación magnética de bobinas superconductoras en un tubo de vacío, alcanzando velocidades de hasta 623 km/h (la velocidad de diseño puede alcanzar los 1000 km/h). Quizás el mayor desafío que actualmente impide la comercialización y el uso generalizado de materiales superconductores es la temperatura de funcionamiento extremadamente baja. 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 durabilidad mecánica, las complejas técnicas de fabricación, la capacidad de mantener el estado superconductor en campos magnéticos intensos o el requisito de mantenerlo a alta presión.

Hablando con colegas en el laboratorio.

¿Cuáles son los nuevos avances en la investigación del profesor sobre aplicaciones de nanomateriales? Tras aproximadamente 10 años de investigación básica, con ciertos logros en el campo de los nanomateriales y sensores, nuestro grupo decidió investigar nanomateriales integrados para aplicaciones del Internet de las Cosas (IoT) en el análisis del aliento para 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 nuevas posibilidades para el diagnóstico de enfermedades, sino que también contribuye al desarrollo de tecnologías médicas avanzadas y a numerosas aplicaciones en diferentes campos como la industria, el medio ambiente y la seguridad. Nuestra idea surgió en 2009 a raíz de la investigación publicada en la revista Nature Nanotechnology, dirigida 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 demuestra que, al comparar los resultados del análisis del aliento de personas sanas y pacientes con cáncer de pulmón, es posible identificar a los pacientes con cáncer de pulmón.

Habla con un experto en un evento

Nuestra investigación posterior ha creado un sensor de gas semiconductor con nanomateriales que ofrece una mejor respuesta, límites de detección de concentración de gas más bajos que los nanomateriales de oro y puede desarrollarse completamente para su aplicación en el análisis del aliento para la detección y el diagnóstico de enfermedades. Esta es la línea de investigación aplicada de un proyecto financiado por la Fundación para la Innovación Vingroup (VinIF) en 2019. Una de las motivaciones que nos llevó a proponer con confianza este ambicioso proyecto a VinIF es la actitud arriesgada de la Fundación. Gracias a este mecanismo progresivo, en lugar de proponer una línea de investigación segura que garantice el éxito, estamos decididos a abordar un tema innovador, a pesar del alto riesgo potencial. El principio de esta investigación es que, cuando las personas padecen ciertas enfermedades, como cáncer de pulmón, asma, diabetes, etc., esto afecta el metabolismo del cuerpo, creando gases característicos (marcadores biológicos) con diferentes concentraciones en el aliento del paciente. Estos marcadores biológicos cambian de forma diferente para cada tipo de enfermedad. El sensor de gas está diseñado para identificar y analizar marcadores biológicos, lo que ayuda a detectar enfermedades de forma temprana sin necesidad de métodos invasivos como la biopsia. La ola de microchips y chips semiconductores está en auge. Según el profesor, ¿cómo debemos aprovechar esta ola? —Sí, este tema es muy candente y es 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, siendo sinceros, nuestro equipo de semiconductores y microchips aún es demasiado pequeño y tiene poca experiencia. Además, en Vietnam, actualmente, carecemos de un centro de investigación de semiconductores lo suficientemente sólido y de un ecosistema de semiconductores. En mi opinión, Vietnam debería aprovechar la ola de desarrollo de la tecnología de semiconductores y microchips centrándose en nichos con potencial competitivo, invirtiendo en I+D y en la formación de recursos humanos, creando un ecosistema tecnológico y apoyando a las industrias, y aplicando la tecnología a sectores clave. Estas estrategias ayudarán a Vietnam a desarrollarse de forma sostenible y a competir eficazmente en el cambiante contexto tecnológico 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