Nguyen Duc Hoa, scientifique des matériaux : « Les nanomatériaux sont tellement intéressants ! »

En tant que physicien appliqué, avez-vous déjà été fasciné par le romantisme et la philosophie de la physique théorique ? La praticabilité et la faisabilité de la théorie sont essentielles, car elles peuvent ouvrir de nouvelles perspectives sur les phénomènes physiques et conduire à des technologies inédites. Des concepts abstraits peuvent déboucher sur des applications pratiques en nanotechnologie, nouveaux matériaux, médecine et information quantique… Ainsi, le romantisme et la philosophie de la physique théorique attirent et complètent non seulement la praticabilité de la physique appliquée, créant un voyage passionnant de découverte et de créativité. Combiner physique théorique et physique expérimentale apportera aux physiciens une expérience riche et complète. J'ai toujours été intéressé et motivé par les problèmes théoriques de la physique. C'est pourquoi, dans nos études récentes, une collaboration a été établie entre expérimentateurs et chercheurs en théorie et en informatique. La théorie promet une compréhension complète des principes fondamentaux et fournit une base solide permettant d'ouvrir de nouvelles perspectives sur les phénomènes physiques.

Le professeur Nguyen Duc Hoa (à gauche) avec son professeur inspirant, le professeur Nguyen Duc Chien, professeur du peuple

Pouvez-vous expliquer de manière simple et compréhensible l'un de vos principaux sujets de recherche : pourquoi les nanomatériaux possèdent-ils autant de propriétés surprenantes ? Les nanomatériaux fonctionnent aux niveaux atomique et moléculaire, où les lois physiques généralement observées aux grandes tailles ne s'appliquent plus, notamment les effets de taille à l'échelle nanométrique, les différences de rapport surface/volume, les effets quantiques et les interactions fortes entre atomes à l'échelle nanométrique. Cela crée de nouvelles propriétés physiques, chimiques et biologiques, ouvrant un large éventail d'applications potentielles. C'est ce qui explique l'engouement pour les nanomatériaux dans de nombreux domaines tels que la médecine, l'électronique, l'énergie, etc. L'or (symbole Au) en est un exemple particulier : à grande échelle, il est jaune et insoluble dans l'eau ; mais une fois décomposé à l'échelle nanométrique, il peut être rouge, bleu ou d'autres couleurs selon la taille des particules. Les points quantiques sont des nanoparticules semi-conductrices dotées de propriétés optiques particulières : lorsqu'elles sont excitées, elles émettent une lumière dont la couleur dépend de la taille des particules. Les points quantiques sont utilisés dans les écrans de télévision (QLED), les éclairages LED et dans des applications médicales telles que les marqueurs fluorescents d'imagerie pour le diagnostic des maladies.

Avec des étudiants de l'Université nationale d'éducation de Hanoi

Que sont les matériaux 1D et 2D ? Les matériaux que nous voyons ne sont-ils pas 3D ? Le monde que nous percevons est un monde spatial 3D. Lorsqu'une dimension est beaucoup plus grande que les deux autres, l'objet peut être considéré comme unidimensionnel, c'est-à-dire un matériau 1D ; ou lorsque deux dimensions sont beaucoup plus grandes que l'autre, l'objet est presque bidimensionnel, c'est-à-dire 2D. À l'échelle nanométrique, les matériaux 1D et 2D possèdent de nombreuses propriétés uniques, car leur structure atomique est limitée à une ou deux dimensions. Un matériau 1D tel que les nanotubes de carbone (tubes cylindriques creux de diamètre inférieur à 100 nanomètres et de longueur pouvant atteindre plusieurs micromètres, voire plus) présente une résistance spécifique à la traction extrêmement élevée et une bonne conductivité électrique et thermique. Un nanofil (de diamètre < 100 nm et de très grand rapport longueur/diamètre, peut être fabriqué à partir de nombreux matériaux différents tels que les métaux, les semi-conducteurs et les oxydes métalliques... peut être utilisé dans des capteurs ou des composants électroniques. Un matériau 2D comme le graphène (avec une couche d'atomes de carbone disposés en réseau en nid d'abeille) possède de très fortes propriétés mécaniques, une bonne conductivité électrique et thermique, et constitue la base de nombreuses études et applications en électronique, énergie et électrodes transparentes... Avec les nanotechnologies, les matériaux 1D et 2D se développent de plus en plus et ont des applications diverses, contribuant à élargir la compréhension humaine du monde physique et promettant des avancées technologiques révolutionnaires dans le futur.

Avec des collègues de l'ITIMS

Est-il vrai que plus les particules de matériaux sont petites, plus elles offrent de surprises et d'applications potentielles ? Si nous divisons les particules jusqu'au plus petit, que reste-t-il ? Cette question est très intéressante et permet de clarifier certains principes fondamentaux de la science des matériaux et des nanotechnologies. En effet, la division des particules de matériaux à l'échelle nanométrique révèle de nombreuses propriétés nouvelles et surprenantes. En continuant à diviser les particules, nous approchons du niveau le plus élémentaire de la matière, à savoir les atomes et les particules subatomiques telles que les protons, les neutrons, les quarks, les leptons et les bosons, qui sont actuellement les plus petites unités constitutives des matériaux. Cependant, il est possible qu'à l'avenir, des particules plus fondamentales soient découvertes, ou que leur existence soit prédite. C'est la force motrice des scientifiques des matériaux, car la science est infinie. Ces domaines sont également ceux du romantisme, de l'imagination et de la philosophie en physique théorique.

Des nanoparticules ont été découvertes dans de nombreux artefacts depuis l'Antiquité. Pourquoi les nanomatériaux sont-ils si importants pour la société moderne ? – L'importance des nanomatériaux pour la société moderne est due non seulement à leur petite taille, mais surtout à leurs propriétés uniques et au large éventail d'applications potentielles qu'ils offrent. Bien que les nanoparticules existent depuis l'Antiquité (par exemple, la coupe de Lycurgue apparaît de différentes couleurs lorsqu'elle est observée en lumière réfléchie ou transmise), leur compréhension et leur maîtrise ont considérablement progressé ces dernières décennies, ouvrant la voie à de nombreuses applications nouvelles et révolutionnaires dans de nombreux domaines. Ainsi, la capacité à fabriquer et à contrôler des nanomatériaux est le secret. Les nanotechnologies ouvrent non seulement de nouvelles perspectives pour les applications actuelles, mais créent également des opportunités révolutionnaires pour l'avenir, contribuant ainsi positivement au développement économique et social mondial.

Avec les collègues de l'ITIMS à Ba Vi

Qu'en est-il des matériaux supraconducteurs et de leurs applications ? En termes simples, les matériaux supraconducteurs sont des matériaux qui, lorsqu'ils sont traversés par un courant électrique, le courant est permanent sans diminution ni perte d'énergie. Les matériaux supraconducteurs ont de nombreuses applications dans des domaines tels que la médecine , la transmission d'énergie, les trains à sustentation magnétique, les accélérateurs de particules, etc. Actuellement, les appareils utilisant des matériaux supraconducteurs les plus populaires sont les appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM), qui utilisent des aimants supraconducteurs pour créer le champ magnétique intense nécessaire à l'imagerie détaillée de l'intérieur du corps. Grâce aux matériaux supraconducteurs, les appareils d'IRM fonctionnent plus efficacement et fournissent des images de meilleure qualité. Récemment, la Chine a testé avec succès un train fonctionnant sur la sustentation magnétique de bobines supraconductrices dans un tube à vide, atteignant des vitesses allant jusqu'à 623 km/h (la vitesse nominale peut atteindre 1 000 km/h). Le principal obstacle actuel à la commercialisation et à l'utilisation généralisée des matériaux supraconducteurs est peut-être la température de fonctionnement extrêmement basse. La supraconductivité nécessite l'utilisation de systèmes de refroidissement complexes et coûteux, tels que l'hélium liquide (-269 °C) ou l'azote liquide (-196 °C) pour maintenir de basses températures. Parmi les autres défis figurent les coûts de production élevés, la faible durabilité mécanique, la complexité des techniques de fabrication, la capacité à maintenir l'état supraconducteur dans des champs magnétiques puissants ou l'exigence d'un état supraconducteur sous haute pression.

Parler avec des collègues au laboratoire

Quelles sont les avancées récentes dans les recherches du professeur sur l'application des nanomatériaux ? Après une dizaine d'années de recherche fondamentale et des avancées notables dans le domaine des nanomatériaux et des capteurs, notre groupe a décidé de se concentrer sur l'intégration de nanomatériaux pour des applications IoT (Internet des objets) et l'analyse de l'haleine afin de diagnostiquer les maladies. Il s'agit d'une véritable avancée et témoigne clairement de l'esprit interdisciplinaire de la recherche scientifique moderne. L'association des nanomatériaux, des composants électroniques et de l'IoT ouvre non seulement de nouvelles perspectives pour le diagnostic des maladies, mais contribue également au développement de technologies médicales avancées et à de nombreuses applications dans divers domaines tels que l'industrie, l'environnement et la sécurité. Notre idée est née en 2009, suite à la publication dans la revue Nature Nanotechnology de travaux de recherche dirigés par Hosam Haick (Israël) sur le « Diagnostic du cancer du poumon par l'haleine à l'aide de nanoparticules d'or ». Les recherches de ce groupe démontrent qu'en comparant les résultats d'analyses de l'haleine de personnes en bonne santé et de patients atteints d'un cancer du poumon, il est possible d'identifier les patients atteints de ce cancer.

Parlez à un expert lors d'un événement

Nos recherches ultérieures ont permis de créer un capteur de gaz semi-conducteur utilisant des nanomatériaux. Ce capteur offre une meilleure réactivité et des limites de détection de concentration de gaz inférieures à celles des nanomatériaux d'or. Il peut être entièrement développé pour une application en analyse respiratoire à des fins de dépistage et de diagnostic des maladies. Il s'agit de l'axe de recherche appliquée d'un projet financé par la Fondation Vingroup pour l'innovation (VinIF) en 2019. L'une des motivations qui nous pousse à proposer avec confiance ce projet ambitieux à la VinIF réside dans la nature risquée de la Fondation. Grâce à ce mécanisme novateur, au lieu de proposer une orientation de recherche sûre et aboutissante, nous sommes déterminés à explorer un sujet révolutionnaire, malgré le risque potentiel élevé. Le principe de cette recherche est que certaines maladies telles que le cancer du poumon, l'asthme, le diabète, etc., affectent le métabolisme, créant ainsi des gaz caractéristiques (marqueurs biologiques) de concentrations différentes dans l'haleine du patient. Ces marqueurs biologiques évoluent différemment selon le type de maladie. Les capteurs de gaz sont conçus pour identifier et analyser les marqueurs biologiques, contribuant ainsi à la détection précoce des maladies sans recourir à des méthodes invasives comme la biopsie. La vague des micropuces et des semi-conducteurs est plus en vogue que jamais. Selon le professeur, comment devrions-nous en tirer parti ? – Oui, ce sujet est très en vogue et est au cœur de nombreux travaux de recherche, de développement et d’application des technologies modernes. La croissance et les progrès dans ce domaine favorisent non seulement le développement des technologies de l’information et de la communication, mais ont également un impact profond sur de nombreux autres secteurs. Mais à vrai dire, notre équipe spécialisée dans les semi-conducteurs et les micropuces est encore trop petite et son expertise est limitée. De plus, le Vietnam ne dispose pas encore d’un centre de recherche sur les semi-conducteurs suffisamment performant, ni d’un écosystème dédié. À mon avis, le Vietnam devrait tirer parti de cette vague de développement technologique des semi-conducteurs et des micropuces en se concentrant sur des niches à fort potentiel concurrentiel, en investissant dans la R&D et la formation des ressources humaines, en construisant un écosystème technologique et en soutenant les industries, et en appliquant la technologie aux secteurs clés. Ces stratégies aideront le Vietnam à se développer durablement et à être compétitif dans un contexte technologique mondial en constante évolution. Merci, Professeur !

Thanhnien.vn

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