نگوین دوک هوا، دانشمند مواد: «نانومواد خیلی جالب هستند!»

به عنوان یک فیزیکدان کاربردی، آیا تا به حال مجذوب عشق و فلسفه فیزیک نظری شده‌اید؟ - عملی بودن و امکان‌پذیری نظریه بسیار مهم است زیرا یک نظریه می‌تواند دیدگاه‌های جدیدی را در مورد پدیده‌های فیزیکی باز کند و منجر به فناوری‌های جدیدی شود که هرگز به آنها فکر نشده است. مفاهیم انتزاعی می‌توانند به کاربردهای عملی در فناوری نانو، مواد جدید، پزشکی و اطلاعات کوانتومی منجر شوند... بنابراین، عشق و فلسفه فیزیک نظری نه تنها جذابیت، بلکه مکمل عملی بودن فیزیک کاربردی نیز هستند و سفری هیجان‌انگیز از کشف و خلاقیت را ایجاد می‌کنند. ترکیب فیزیک نظری و فیزیک تجربی، تجربه‌ای جامع و غنی را برای فیزیکدانان به ارمغان خواهد آورد. من همیشه به مسائل نظری در فیزیک علاقه‌مند و با آنها انگیزه داشته‌ام. به همین دلیل است که در مطالعات اخیر ما، همکاری بین آزمایشگران و محققان نظری و محاسباتی وجود داشته است. این نظریه نوید درک کاملی از اصول بنیادی و همچنین ارائه پایه‌ای جامع را می‌دهد که از آن می‌توان دیدگاه‌های جدیدی در مورد پدیده‌های فیزیکی گشود.

پروفسور دکتر نگوین دوک هوا (چپ) به همراه معلم الهام‌بخش خود - پروفسور دکتر معلم خلق نگوین دوک چین

آیا می‌توانید یکی از موضوعات اصلی تحقیقاتی خود را به روشی آسان و قابل فهم توضیح دهید: چرا نانومواد این همه خواص شگفت‌انگیز دارند؟ - نانومواد در سطح اتمی و مولکولی عمل می‌کنند، جایی که قوانین فیزیکی که معمولاً در اندازه‌های بزرگ یافت می‌شوند، دیگر اعمال نمی‌شوند، از جمله اثرات اندازه در مقیاس نانو، تفاوت در نسبت سطح به حجم، اثرات کوانتومی و برهمکنش‌های قوی بین اتم‌ها در مقیاس نانو. این امر خواص فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی جدیدی ایجاد می‌کند و طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه را به روی ما می‌گشاید. این هیجان نانومواد در بسیاری از زمینه‌ها مانند پزشکی، الکترونیک، انرژی و غیره است. یک مثال خاص عنصر طلا (نماد Au) است: وقتی در اندازه‌های بزرگ است، زرد و در آب نامحلول است. اما وقتی به اندازه نانو تجزیه می‌شود، بسته به اندازه ذرات می‌تواند قرمز، آبی یا رنگ‌های دیگر باشد. نقاط کوانتومی، نانوذرات نیمه‌هادی با خواص نوری ویژه هستند: وقتی برانگیخته می‌شوند، نوری ساطع می‌کنند که رنگ آن به اندازه ذرات بستگی دارد. نقاط کوانتومی در صفحه نمایش تلویزیون (QLED)، چراغ‌های LED و کاربردهای پزشکی مانند تصویربرداری از نشانگرهای فلورسنت برای تشخیص بیماری استفاده می‌شوند.

با دانشجویان دانشگاه ملی آموزش و پرورش هانوی

مواد یک بعدی و دو بعدی چیستند؟ آیا موادی که می‌بینیم سه بعدی نیستند؟ - جهانی که ما درک می‌کنیم یک جهان فضایی سه بعدی است. وقتی یک بعد بسیار بزرگتر از دو بعد دیگر باشد، جسم را می‌توان یک بعدی در نظر گرفت - یعنی یک ماده یک بعدی؛ یا وقتی دو بعد بسیار بزرگتر از دیگری باشند، جسم تقریباً دو بعدی است - یعنی دو بعدی. در مقیاس نانو، مواد یک بعدی و دو بعدی خواص منحصر به فرد زیادی دارند زیرا ساختار اتمی آنها به یک یا دو بعد محدود می‌شود. یک ماده یک بعدی مانند نانولوله‌های کربنی (لوله‌های استوانه‌ای توخالی با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر و طول تا چند میکرومتر یا بیشتر) دارای استحکام کششی ویژه بسیار بالا و رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی است. یک نانوسیم (با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر و نسبت طول به قطر بسیار زیاد، می‌تواند از مواد مختلفی مانند فلزات، نیمه‌رساناها و اکسیدهای فلزی ساخته شود... می‌تواند در حسگرها یا قطعات الکترونیکی استفاده شود. یک ماده دوبعدی مانند گرافن (با لایه‌ای از اتم‌های کربن که در یک شبکه لانه زنبوری چیده شده‌اند) خواص مکانیکی بسیار قوی، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی دارد و پایه و اساس بسیاری از مطالعات و کاربردها در الکترونیک، انرژی و الکترودهای شفاف است... با فناوری نانو، مواد یک‌بعدی و دوبعدی به طور فزاینده‌ای در حال توسعه هستند و کاربردهای متنوعی دارند که به گسترش درک انسان از دنیای فیزیکی کمک می‌کنند و نویدبخش پیشرفت‌های فناوری در آینده هستند.

با همکاران در ITIMS

آیا این درست است که هر چه ذرات مواد کوچکتر باشند، شگفتی‌ها و کاربردهای بالقوه بیشتری وجود دارد؟ اگر ذرات را تا انتها تقسیم کنیم، چه چیزی باقی می‌ماند؟ - این سوال بسیار جالب است و به روشن شدن برخی از اصول اساسی در علم مواد و فناوری نانو کمک می‌کند. در واقع، وقتی ذرات مواد را تا اندازه نانو تقسیم می‌کنیم، بسیاری از خواص جدید و شگفت‌انگیز ظاهر می‌شوند. همانطور که به تقسیم ذرات ادامه می‌دهیم، به اساسی‌ترین سطح ماده، یعنی اتم‌ها و ذرات زیر اتمی مانند پروتون‌ها، نوترون‌ها، کوارک‌ها، لپتون‌ها و بوزون‌ها - که در حال حاضر کوچکترین واحدهای تشکیل دهنده مواد هستند - نزدیک خواهیم شد. با این حال، در آینده، ممکن است ذرات بنیادی‌تری یافت شوند یا پیش‌بینی شود که وجود داشته باشند. این نیروی محرکه برای دانشمندان مواد است، زیرا علم پایانی ندارد. اینها همچنین قلمروهای عاشقانه، تخیل و فلسفه در فیزیک نظری هستند.

نانوذرات از دوران باستان در بسیاری از آثار باستانی یافت شده‌اند. چه چیزی نانومواد را برای جامعه مدرن بسیار مهم می‌کند؟ - نانومواد نه تنها به دلیل اندازه کوچکشان، بلکه عمدتاً به دلیل خواص منحصر به فرد و طیف وسیعی از کاربردهای بالقوه‌ای که ارائه می‌دهند، برای جامعه مدرن بسیار مهم هستند. اگرچه نانوذرات از زمان‌های قدیم وجود داشته‌اند (به عنوان مثال، جام لیکورگوس هنگام مشاهده زیر نور منعکس شده یا عبوری، رنگ‌های مختلفی به خود می‌گیرد)، درک و کنترل آنها در دهه‌های اخیر به طرز چشمگیری پیشرفت کرده و کاربردهای جدید و پیشگامانه بسیاری را در بسیاری از زمینه‌ها ایجاد کرده است. بنابراین، راز این امر، توانایی تولید و کنترل نانومواد است. نانوفناوری نه تنها پتانسیل جدیدی را برای کاربردهای فعلی ایجاد می‌کند، بلکه فرصت‌های پیشرفت چشمگیری را در آینده ایجاد می‌کند و به طور مثبت به توسعه اقتصادی و اجتماعی جهانی کمک می‌کند.

با همکاران ITIMS در با وی

در مورد مواد ابررسانا و کاربردهای آنها چطور؟ - مواد ابررسانا، به عبارت ساده، موادی هستند که وقتی جریان الکتریکی از آنها عبور می‌کند، جریان برای همیشه بدون کاهش یا از دست دادن انرژی ادامه می‌یابد. مواد ابررسانا کاربردهای مختلفی در زمینه‌هایی مانند پزشکی ، انتقال نیرو، قطارهای شناور مغناطیسی، شتاب‌دهنده‌های ذرات و غیره دارند. در حال حاضر، محبوب‌ترین دستگاهی که از مواد ابررسانا استفاده می‌کند، دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) است که از آهنرباهای ابررسانا برای ایجاد میدان مغناطیسی قوی مورد نیاز برای تصویربرداری دقیق در داخل بدن استفاده می‌کنند. به لطف مواد ابررسانا، دستگاه‌های MRI کارآمدتر عمل می‌کنند و تصاویر با کیفیت بالاتری ارائه می‌دهند. اخیراً، چین با موفقیت قطاری را که بر روی شناوری مغناطیسی سیم‌پیچ‌های ابررسانا در یک لوله خلاء حرکت می‌کند، آزمایش کرده و به سرعت‌های تا 623 کیلومتر در ساعت رسیده است (سرعت طراحی می‌تواند به 1000 کیلومتر در ساعت برسد). شاید بزرگترین چالشی که در حال حاضر مانع تجاری‌سازی و استفاده گسترده از مواد ابررسانا می‌شود، دمای عملیاتی بسیار پایین باشد. ابررسانایی نیازمند استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده و گران‌قیمت، مانند هلیوم مایع (-269 درجه سانتیگراد) یا نیتروژن مایع (-196 درجه سانتیگراد) برای حفظ دماهای پایین است. چالش‌های دیگر شامل هزینه‌های بالای تولید، دوام مکانیکی ضعیف، تکنیک‌های پیچیده ساخت، توانایی حفظ حالت ابررسانایی در میدان‌های مغناطیسی قوی یا نیاز به حالت ابررسانایی تحت فشار بالا است.

صحبت با همکاران در آزمایشگاه

چه پیشرفت‌های جدیدی در تحقیقات استاد در مورد کاربرد نانومواد وجود دارد؟ - پس از حدود 10 سال تحقیقات پایه، با دستاوردهای خاص در زمینه نانومواد و حسگرها، گروه ما تصمیم گرفت تا نانومواد یکپارچه را برای کاربردهایی در اینترنت اشیا (اینترنت اشیا) برای تجزیه و تحلیل تنفس به منظور تشخیص بیماری‌ها مورد بررسی قرار دهد. این واقعاً یک گام توسعه‌ای است و به وضوح روحیه بین رشته‌ای در تحقیقات علمی مدرن را نشان می‌دهد. ترکیب نانومواد، قطعات الکترونیکی و اینترنت اشیا نه تنها پتانسیل‌های جدیدی را برای تشخیص بیماری ایجاد می‌کند، بلکه به توسعه فناوری‌های پیشرفته پزشکی یا کاربردهای بسیاری در زمینه‌های مختلف مانند صنعت، محیط زیست، امنیت نیز کمک می‌کند... ایده ما در سال 2009 با اشاره به کار تحقیقاتی در مجله Nature Nanotechnology به رهبری هوسام هایک (اسرائیل) که در مورد نتایج "تشخیص سرطان ریه از طریق تنفس با استفاده از نانوذرات طلا" منتشر شده بود، شکل گرفت. تحقیقات این گروه نشان می‌دهد که با مقایسه نتایج تجزیه و تحلیل تنفس افراد سالم و بیماران مبتلا به سرطان ریه، می‌توان بیماران مبتلا به سرطان ریه را شناسایی کرد.

در یک رویداد با یک متخصص صحبت کنید

تحقیقات بعدی ما منجر به ایجاد یک حسگر گاز نیمه‌رسانا با استفاده از نانومواد شده است که می‌تواند پاسخ بهتری ارائه دهد، محدودیت‌های تشخیص غلظت گاز کمتری نسبت به نانو طلا دارد و می‌تواند به طور کامل برای کاربرد در تجزیه و تحلیل تنفس برای غربالگری و تشخیص بیماری توسعه یابد. این جهت‌گیری تحقیقاتی کاربردی در پروژه‌ای است که توسط بنیاد نوآوری وین‌گروپ (VinIF) در سال ۲۰۱۹ تأمین مالی شده است. یکی از انگیزه‌های ما برای پیشنهاد مطمئن این پروژه چالش‌برانگیز به VinIF، ماهیت "ریسک‌پذیری" بنیاد است. به لطف این مکانیسم مترقی، به جای پیشنهاد یک جهت‌گیری تحقیقاتی ایمن که مطمئناً منجر به تولید محصول می‌شود، ما مصمم هستیم که با وجود خطر بالقوه بالا، یک موضوع نوآورانه را انجام دهیم. اصل این تحقیق این است که وقتی افراد از بیماری‌های خاصی مانند سرطان ریه، آسم، دیابت و غیره رنج می‌برند، بر متابولیسم بدن تأثیر می‌گذارد و در نتیجه گازهای مشخصه (نشانگرهای بیولوژیکی) با غلظت‌های مختلف در تنفس بیمار ایجاد می‌شود. این نشانگرهای بیولوژیکی برای هر نوع بیماری متفاوت تغییر می‌کنند. حسگرهای گازی برای شناسایی و تجزیه و تحلیل نشانگرهای بیولوژیکی طراحی شده‌اند و به تشخیص زودهنگام بیماری‌ها بدون روش‌های تهاجمی مانند بیوپسی کمک می‌کنند. موج میکروچیپ‌ها و تراشه‌های نیمه‌رسانا از همیشه داغ‌تر می‌شود. به گفته استاد، از این موج باید در کدام جهت بهره ببریم؟ - بله، این موضوع بسیار داغ است و مرکز بسیاری از تحقیقات، توسعه و کاربرد فناوری مدرن است. رشد و پیشرفت در این زمینه نه تنها توسعه فناوری اطلاعات و ارتباطات را ارتقا می‌دهد، بلکه تأثیر عمیقی بر بسیاری از صنایع دیگر نیز دارد. اما صادقانه بگویم، تیم نیمه‌هادی‌ها و ریزتراشه‌های ما هنوز بسیار کوچک و با تخصص محدود است. علاوه بر این، در ویتنام امروز، ما یک مرکز تحقیقات نیمه‌هادی به اندازه کافی قوی نداریم و همچنین فاقد یک اکوسیستم نیمه‌هادی هستیم. به نظر من، ویتنام باید با تمرکز بر حوزه‌های خاص با پتانسیل رقابتی، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه و آموزش منابع انسانی، ایجاد یک اکوسیستم فناوری و صنایع پشتیبان و به کارگیری فناوری در صنایع کلیدی، از موج توسعه فناوری نیمه‌هادی‌ها و ریزتراشه‌ها بهره ببرد. این استراتژی‌ها به ویتنام کمک می‌کند تا به طور پایدار توسعه یابد و در زمینه فناوری جهانی که به سرعت در حال تغییر است، به طور مؤثر رقابت کند. متشکرم، استاد!

Thanhnien.v

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