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

به عنوان یک فیزیکدان کاربردی، آیا تا به حال مجذوب رمانتیسیسم 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 قبلاً هرگز در نظر گرفته نشده‌اند. مفاهیم انتزاعی می‌توانند به کاربردهای عملی در فناوری نانو، مواد جدید، پزشکی و اطلاعات کوانتومی منجر شوند... بنابراین، رمانتیسیسم و ​​فلسفه فیزیک نظری نه تنها فیزیک کاربردی را جذب می‌کند، بلکه آن را تکمیل نیز می‌کند و سفری جذاب از کشف و نوآوری را ایجاد می‌کند. ترکیب فیزیک نظری و تجربی، تجربه‌ای جامع و غنی برای فیزیکدانان فراهم می‌کند. من همیشه به مسائل نظری در فیزیک علاقه‌مند بوده‌ام و از آنها انگیزه می‌گیرم. به همین دلیل است که تحقیقات اخیر ما شامل همکاری بین آزمایشگران و محققان نظری و محاسباتی بوده 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 مربی الهام‌بخش خود - پروفسور دکتر نگوین دوک چین

استاد، می‌توانید یکی از موضوعات اصلی تحقیقاتی خود را به زبان ساده توضیح دهید: چرا نانومواد این همه خواص غیرمنتظره دارند؟ نانومواد در سطوح اتمی و مولکولی عمل می‌کنند، جایی که قوانین فیزیکی معمول که در اندازه‌های بزرگتر قابل اجرا هستند، 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 کاربردهای بالقوه گسترده‌ای را ایجاد می‌کند. این جذابیت نانومواد در بسیاری از زمینه‌ها، از پزشکی و الکترونیک گرفته تا انرژی است... یک مثال قابل توجه عنصر طلا (نماد Au) است: در اندازه‌های بزرگتر، زرد و نامحلول در آب است. اما وقتی به مقیاس نانو تجزیه می‌شود، بسته به اندازه ذرات می‌تواند قرمز، آبی یا رنگ‌های دیگر باشد. نقاط کوانتومی، نانوذرات نیمه‌هادی با خواص نوری منحصر به فرد هستند: وقتی برانگیخته می‌شوند، نوری ساطع می‌کنند که رنگ آن به اندازه ذرات بستگی دارد. نقاط کوانتومی در نمایشگرهای تلویزیون (QLED)، LED و کاربردهای پزشکی مانند تصویربرداری فلورسانس برای تشخیص بیماری استفاده می‌شوند.

به همراه همکلاسی‌هایم از دانشگاه تربیت معلم هانوی

مواد یک بعدی و دو بعدی چیستند؟ آیا همه 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 بعد دیگر باشند، جسم تقریباً دو بعدی در نظر گرفته می‌شود - 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 100 نانومتر و طولی که می‌تواند به چند میکرومتر یا بیشتر برسد) دارای استحکام کششی جزئی بسیار بالا و رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی است. نانوسیم‌ها (با قطر کمتر از 100 نانومتر و نسبت طول به قطر بسیار زیاد، ساخته شده از مواد مختلف مانند فلزات، نیمه‌هادی‌ها و اکسیدهای فلزی) را می‌توان در حسگرها یا قطعات الکترونیکی به کار برد. یک ماده دوبعدی مانند گرافن (با ضخامت یک لایه از اتم‌های کربن که در یک شبکه لانه زنبوری چیده شده‌اند) دارای خواص مکانیکی بسیار قوی، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب است و اساس بسیاری از تحقیقات و کاربردها در الکترونیک، انرژی و الکترودهای شفاف را تشکیل می‌دهد. با فناوری نانو، مواد یک بعدی و دو بعدی به طور فزاینده‌ای در حال توسعه و کاربردهای متنوعی هستند که به گسترش درک انسان از جهان فیزیکی کمک می‌کنند و نویدبخش پیشرفت‌های فناوری پیشگامانه در آینده هستند.

همراه با همکاران در ITIMS

آیا هرچه ذرات ماده را بیشتر تجزیه کنیم، شگفتی‌ها و کاربردهای بالقوه بیشتری کشف می‌کنیم؟ اگر ذرات را تا حداقل مطلق تجزیه کنیم، چه چیزی باقی می‌ماند؟ این یک سوال جذاب است که به روشن شدن برخی از اصول اساسی در علم مواد و فناوری نانو کمک می‌کند. در واقع، وقتی ذرات ماده را تا مقیاس نانو تجزیه می‌کنیم، بسیاری از خواص جدید و غیرمنتظره پدیدار می‌شوند. با تجزیه بیشتر ذرات، به بنیادی‌ترین 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 می‌شویم. با این حال، در آینده، ممکن است ذرات بنیادی بیشتری کشف یا پیش‌بینی شوند که وجود داشته باشند. این همان چیزی است که دانشمندان مواد را انگیزه می‌دهد، زیرا علم هیچ نقطه پایانی ندارد. اینها همچنین قلمروهای عاشقانه، تخیل و فلسفه در فیزیک نظری هستند.

از زمان‌های قدیم، نانوذرات در بسیاری از مصنوعات یافت شده‌اند. چه چیزی نانومواد را برای جامعه مدرن بسیار مهم می‌کند؟ نانومواد نه تنها به دلیل اندازه کوچکشان، بلکه در درجه اول به دلیل خواص منحصر به فرد و کاربردهای بالقوه گسترده‌شان 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 متفاوتی خواهد داشت)، درک و کنترل ما از آنها در دهه‌های اخیر به طرز چشمگیری پیشرفت کرده و کاربردهای جدید و پیشگامانه بسیاری را در زمینه‌های مختلف ایجاد کرده است. بنابراین، توانایی ساخت و کنترل نانومواد کلید اصلی 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.

همراه با همکاران ITIMS در Ba Vi

در مورد مواد ابررسانا و کاربردهای آنها چطور؟ به عبارت ساده، ماده ابررسانا ماده‌ای است که وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می‌کند، بدون تخریب یا اتلاف انرژی ثابت می‌ماند. مواد ابررسانا کاربردهای مختلفی در زمینه‌هایی مانند پزشکی ، انتقال نیرو، قطارهای شناور مغناطیسی، شتاب‌دهنده‌های ذرات و غیره دارند. در حال حاضر، رایج‌ترین دستگاهی که از مواد ابررسانا استفاده می‌کند، دستگاه‌های تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) است که از آهنرباهای ابررسانا برای ایجاد میدان مغناطیسی قوی لازم برای تصویربرداری دقیق از داخل بدن استفاده می‌کنند. به لطف مواد ابررسانا، دستگاه‌های MRI کارآمدتر عمل می‌کنند و تصاویر با کیفیت بالاتری ارائه می‌دهند. اخیراً، چین با موفقیت یک قطار شناور مغناطیسی با سیم‌پیچ‌های ابررسانا را در یک لوله خلاء آزمایش کرد و به سرعت بیش از 623 کیلومتر در ساعت رسید (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 آنها باشد. ابررسانایی نیازمند استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده پیچیده و گران‌قیمت، مانند هلیوم مایع (-269°C) یا نیتروژن مایع (-196°C) برای حفظ دماهای پایین است. چالش‌های دیگر شامل هزینه‌های بالای تولید، استحکام مکانیکی ضعیف، فناوری ساخت پیچیده، توانایی حفظ ابررسانایی در میدان‌های مغناطیسی قوی و الزام ابررسانایی تحت فشار بالا است.

بحث با همکاران در آزمایشگاه.

آخرین پیشرفت‌ها در تحقیقات پروفسور در مورد کاربردهای نانومواد چیست؟ - پس از حدود 10 سال تحقیقات پایه، با دستاوردهای خاصی در زمینه نانومواد و حسگرها، گروه ما تصمیم گرفت تا نانومواد یکپارچه را برای کاربرد در اینترنت اشیا (اینترنت اشیا) برای تجزیه و تحلیل تنفس در تشخیص بیماری بررسی کند. این واقعاً یک گام رو به جلو است و به وضوح روحیه بین رشته‌ای در تحقیقات علمی مدرن را نشان می‌دهد. ترکیب نانومواد، قطعات الکترونیکی و اینترنت اشیا نه تنها پتانسیل 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 شکل گرفت، زمانی که ما با یک مقاله تحقیقاتی منتشر شده در Nature Nanotechnology توسط هوسام هایک (اسرائیل) در مورد نتایج "تشخیص سرطان ریه از طریق تنفس با استفاده از نانوذرات طلا" مشورت کردیم. 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.

تعامل با متخصصان در یک رویداد.

تحقیقات بعدی ما منجر به ایجاد حسگرهای گازی نیمه‌رسانا با استفاده از نانومواد شده است که در مقایسه با نانوذرات طلا، پاسخگویی بهتر و محدودیت‌های تشخیص غلظت گاز پایین‌تری ارائه می‌دهند و کاملاً قادر به توسعه برای کاربردهایی در تجزیه و تحلیل تنفس برای غربالگری و تشخیص بیماری هستند. این یک جهت تحقیقاتی است که در پروژه‌ای که توسط بنیاد نوآوری وینگروپ (VinIF) در سال ۲۰۱۹ تأمین مالی شده است، به کار گرفته شده است. یکی از نیروهای محرک اعتماد ما در پیشنهاد این پروژه چالش‌برانگیز به بنیاد VinIF، رویکرد "ریسک‌پذیری" بنیاد است. به لطف این مکانیسم مترقی، به جای پیشنهاد یک جهت تحقیقاتی ایمن با نتایج تضمین‌شده محصول، تصمیم گرفتیم یک موضوع پیشگامانه را دنبال کنیم، حتی اگر ریسک بالایی داشته باشد. اصل این تحقیق این است که وقتی افراد از بیماری‌های خاصی مانند سرطان ریه، آسم، دیابت و غیره رنج می‌برند، بر فرآیندهای متابولیکی بدن تأثیر می‌گذارد و در نتیجه گازهای مشخصه (نشانگرهای زیستی) را در تنفس بیمار در غلظت‌های مختلف ایجاد می‌کند. این نشانگرهای زیستی برای هر نوع بیماری متفاوت تغییر می‌کنند. حسگرهای گازی برای شناسایی و تجزیه و تحلیل این نشانگرهای زیستی طراحی شده‌اند و به تشخیص زودهنگام بیماری‌ها بدون روش‌های تهاجمی مانند بیوپسی کمک می‌کنند. موج ریزتراشه‌ها و تراشه‌های نیمه‌رسانا داغ‌تر از همیشه است. به گفته استاد، در چه جهتی باید از این موج بهره ببریم؟ - درست است، این موضوع بسیار داغ است و در مرکز بسیاری از تحقیقات، توسعه و کاربرد فناوری مدرن قرار دارد. 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، نیروی کار نیمه‌رساناها و ریزتراشه‌های ما هنوز بسیار کم و با تخصص محدود است. علاوه بر این، ویتنام در حال حاضر فاقد یک مرکز تحقیقات نیمه‌رسانا به اندازه کافی قوی و یک اکوسیستم نیمه‌رسانا قوی است. به نظر من، ویتنام باید با تمرکز بر حوزه‌های خاص با پتانسیل رقابتی، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه و آموزش منابع انسانی، ایجاد یک فناوری و حمایت از اکوسیستم صنعتی و به‌کارگیری فناوری در صنایع کلیدی، از رونق فناوری نیمه‌رساناها و ریزتراشه‌ها بهره‌برداری کند. این استراتژی‌ها به ویتنام کمک می‌کند تا به توسعه پایدار دست 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