Nguyễn Đồuố Hồ anyagtudós: „A nanorészecskék annyira érdekesek!”

Alkalmazott fizikusként valaha is „lenyűgözte” az elméleti fizika romantikája és filozófiája? - Az elmélet gyakorlatiassága és megvalósíthatósága nagyon fontos, mert egy elmélet új perspektívákat nyithat meg a fizikai jelenségekre, olyan új technológiákhoz vezetve, amelyekre korábban soha nem gondoltak. Az absztrakt fogalmak gyakorlati alkalmazásokhoz vezethetnek a nanotechnológiában, az új anyagokban, az orvostudományban és a kvantuminformációban... Ezért az elméleti fizika romantikája és filozófiája nemcsak vonzza, hanem kiegészíti is az alkalmazott fizika gyakorlatiasságát, izgalmas felfedezési és kreativitási utat teremtve. Az elméleti fizika és a kísérleti fizika ötvözése átfogó és gazdag tapasztalatokat nyújt a fizikusoknak. Mindig is érdekeltek és motiváltak a fizika elméleti problémái. Ezért a legutóbbi tanulmányainkban együttműködésre került sor kísérletezők és elméleti, valamint számítási kutatók között. Az elmélet az alapelvek teljes megértését ígéri, valamint átfogó alapot nyújt, amelyből új perspektívák nyílhatnak meg a fizikai jelenségekre vonatkozóan.

Dr. Nguyễn Duc Hồa professzor (balra) inspiráló tanárával, Dr. Nguyễn Duc Chien professzorral

Professzor úr, el tudná magyarázni könnyen érthető módon az egyik fő kutatási témáját: miért van annyi meglepő tulajdonsága a nanorészecskéknek? - A nanorészecskék atomi és molekuláris szinten működnek, ahol a nagy méretekben általában megtalálható fizikai törvények már nem érvényesek, beleértve a nanoskálájú mérethatásokat, a felület/térfogat arány különbségeit, a kvantumhatásokat és az atomok közötti erős kölcsönhatásokat a nanoskálán. Ez új fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságokat hoz létre, széles körű potenciális alkalmazásokat nyitva meg. Ez az érdekes a nanorészecskékben számos területen, például az orvostudományban, az elektronikában, az energetikában... Egy különleges példa az arany elem (jele Au): nagy méretben sárga és vízben oldhatatlan; de nanoméretűre bontva vörös, kék vagy más színű lehet a részecskemérettől függően. A kvantumpontok félvezető nanorészecskék, amelyek különleges optikai tulajdonságokkal rendelkeznek: gerjesztéskor fényt bocsátanak ki, amelynek színe a részecskemérettől függ. A kvantumpontokat TV-képernyőkben (QLED), LED-lámpákban és orvosi alkalmazásokban, például betegségek diagnosztizálására szolgáló fluoreszcens markerek képalkotásában használják.

A Hanoi Nemzeti Pedagógiai Egyetem hallgatóival

Mik azok az 1D és 2D anyagok? Nem 3D-sek azok az anyagok, amiket látunk? - Az általunk érzékelt világ egy 3D térbeli világ. Amikor az egyik dimenzió sokkal nagyobb, mint a másik két dimenzió, a tárgy egydimenziósnak tekinthető - azaz 1D anyagnak; vagy amikor két dimenzió sokkal nagyobb, mint a másik egy dimenziója, a tárgy majdnem kétdimenziós - azaz 2D. Nanoskálán az 1D és 2D anyagok számos egyedi tulajdonsággal rendelkeznek, mivel atomszerkezetük 1 vagy 2 dimenzióra korlátozódik. Az olyan 1D anyagok, mint a szén nanocsövek (üreges hengeres csövek, amelyek átmérője <100 nanométer és hossza akár több mikrométer vagy annál nagyobb), rendkívül nagy parciális szakítószilárdsággal, valamint jó elektromos és hővezető képességgel rendelkeznek. Egy nanodrót (< 100 nm átmérőjű és nagyon nagy hosszúság/átmérő aránnyal, számos különböző anyagból, például fémekből, félvezetőkből és fém-oxidokból készülhet..., érzékelőkben vagy elektronikus alkatrészekben használható. Egy 2D-s anyag, mint például a grafén (méhsejt hálózatban elrendezett szénatomréteggel), nagyon erős mechanikai tulajdonságokkal, jó elektromos és hővezető képességgel rendelkezik, és számos elektronikai, energetikai és átlátszó elektródákban végzett tanulmány és alkalmazás alapját képezi... A nanotechnológiának köszönhetően az 1D és 2D anyagok egyre inkább fejlődnek, és sokrétű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek, hozzájárulva a fizikai világról alkotott emberi megértés bővüléséhez, és áttörést jelentő technológiai fejlesztéseket ígérve a jövőben.

Az ITIMS kollégáival

Igaz-e, hogy minél kisebbek az anyagok részecskéi, annál több meglepetés és potenciális alkalmazás rejlik bennük? Ha a részecskéket a legvégéig felosztjuk, mi marad? - Ez a kérdés nagyon érdekes, és segít tisztázni az anyagtudomány és a nanotechnológia néhány alapelvét. Valójában, amikor az anyagrészecskéket nanoméretűre osztjuk, sok új és meglepő tulajdonság jelenik meg. Ahogy folytatjuk a részecskék felosztását, közeledni fogunk az anyag legalapvetőbb szintjéhez, azaz az atomokhoz és a szubatomi részecskékhez, mint például a protonok, neutronok, kvarkok, leptonok és bozonok - amelyek jelenleg az anyagok legkisebb alkotóelemei. A jövőben azonban lehetséges, hogy további alapvető részecskéket találnak, vagy megjósolják létezésüket. Ez a hajtóereje az anyagtudósok számára, mert a tudománynak nincs vége. Ezek a romantika, a képzelet és a filozófia birodalmai is az elméleti fizikában.

Az ókortól kezdve az emberek számos műtárgyban fedezték fel a nanorészecskéket. Mi teszi a nanoanyagokat olyan fontossá a modern társadalom számára? - A nanoanyagok rendkívül fontossá váltak a mai társadalom számára nemcsak kis méretük, hanem elsősorban egyedi tulajdonságaik és széleskörű alkalmazási lehetőségeik miatt is. Bár a nanorészecskék már az ókortól léteznek (pl. a Lycurgus-kehely más színű lesz, ha visszavert vagy áteresztő fényben nézzük), megértésük és irányításuk az elmúlt évtizedekben jelentősen fejlődött, számos új és úttörő alkalmazást nyitva meg számos területen. Így a nanoanyagok gyártásának és irányításának képessége a kulcs. A nanotechnológia nemcsak új lehetőségeket nyit meg a jelenlegi alkalmazások számára, hanem áttörési lehetőségeket is teremt a jövőben, pozitívan hozzájárulva a globális gazdasági és társadalmi fejlődéshez.

Az ITIMS kollégáival Ba Vi-ben

Mi a helyzet a szupravezető anyagokkal és alkalmazásaikkal? - A szupravezető anyagok egyszerűen fogalmazva olyan anyagok, amelyeken elektromos áram áthaladva az áram örökké tart anélkül, hogy csökkenne vagy energiát veszítene. A szupravezető anyagoknak számos különböző alkalmazási területük van olyan területeken, mint az orvostudomány , az erőátvitel, a mágneses lebegtető vonatok, a részecskegyorsítók stb. Jelenleg a legnépszerűbb szupravezető anyagokat használó eszköz a mágneses rezonancia képalkotó (MRI) gép, amely szupravezető mágneseket használ a testen belüli részletes képalkotáshoz szükséges erős mágneses tér létrehozásához. A szupravezető anyagoknak köszönhetően az MRI gépek hatékonyabban működnek és jobb minőségű képeket biztosítanak. Nemrégiben Kína sikeresen tesztelt egy vákuumcsőben szupravezető tekercsek mágneses lebegtetésén közlekedő vonatot, amely akár 623 km/h sebességet is elérhet (a tervezési sebesség elérheti az 1000 km/h-t). Talán a legnagyobb kihívás, ami jelenleg megakadályozza a szupravezető anyagok kereskedelmi forgalomba hozatalát és széles körű elterjedését, a nagyon alacsony üzemi hőmérséklet. A szupravezetéshez összetett és drága hűtőrendszerekre van szükség, például folyékony héliumra (-269 °C) vagy folyékony nitrogénre (-196 °C) az alacsony hőmérséklet fenntartása érdekében. További kihívások közé tartoznak a magas előállítási költségek, a gyenge mechanikai tartósság, az összetett gyártási technikák, a szupravezető állapot fenntartásának képessége erős mágneses mezőben, vagy a szupravezető állapot követelménye nagy nyomás alatt.

Beszélgetés kollégákkal a laborban

Milyen újdonságok vannak a professzor nanorészecskék alkalmazásával kapcsolatos kutatásaiban? - Körülbelül 10 évnyi alapkutatás után, a nanorészecskék és érzékelők területén elért eredményekkel a csoportunk úgy döntött, hogy integrált nanorészecskéket kutat az IoT (Dolgok Internete) alkalmazásaihoz a betegségek diagnosztizálására szolgáló légzéselemzésben. Ez valóban egy fejlődési lépés, és egyértelműen bizonyítja a modern tudományos kutatás interdiszciplináris szellemét. A nanorészecskék, az elektronikus alkatrészek és az IoT kombinációja nemcsak új lehetőségeket nyit meg a betegségek diagnosztizálásában, hanem hozzájárul a fejlett orvosi technológiák fejlesztéséhez, vagy számos alkalmazáshoz különböző területeken, például az iparban, a környezetvédelemben, a biztonságban... Ötletünk 2009-ben fogalmazódott meg, amikor Hosam Haick (Izrael) vezette kutatási munkára hivatkoztunk a Nature Nanotechnology folyóiratban, amely a "Tüdőrák diagnosztizálása légzés alapján arany nanorészecskék segítségével" című cikkében publikált. A csoport kutatása azt mutatja, hogy az egészséges emberek és a tüdőrákos betegek légzéselemzési eredményeinek összehasonlításával azonosíthatóak a tüdőrákos betegek.

Beszéljen egy szakértővel egy rendezvényen

További kutatásaink eredményeként létrehoztunk egy nanorészecskéket használó félvezető gázérzékelőt, amely jobb válaszidőt és alacsonyabb gázkoncentráció-érzékelési határértékeket biztosít, mint az arany nanorészecskék, és teljesen kifejleszthető a betegségek szűrésére és diagnosztizálására szolgáló kilégzéselemzésben való alkalmazásra. Ez az alkalmazott kutatási irány a Vingroup Innovációs Alapítvány (VinIF) által 2019-ben finanszírozott projektben. Az egyik motivációnk, amiért magabiztosan javasoltuk ezt a kihívást jelentő projektet a VinIF-nek, az Alapítvány „kockázatvállaló” jellege. Ennek a progresszív mechanizmusnak köszönhetően a biztonságos kutatási irány és a biztos termék javaslata helyett eltökéltek vagyunk egy áttörést jelentő téma iránt, a potenciálisan magas kockázat ellenére. A kutatás alapelve az, hogy amikor az emberek bizonyos betegségekben, például tüdőrákban, asztmában, cukorbetegségben stb. szenvednek, az befolyásolja a szervezet anyagcseréjét, ezáltal jellegzetes gázokat (biológiai markereket) hoz létre, amelyek különböző koncentrációban jelennek meg a beteg leheletében. Ezek a biológiai markerek minden betegségtípusnál másképp változnak. A gázérzékelőket úgy tervezték, hogy azonosítsák és elemezzék a biológiai markereket, segítve a betegségek korai felismerését invazív módszerek, például biopszia nélkül. A mikrochipek és félvezető chipek hulláma egyre forróbb, mint valaha. A professzor szerint milyen irányban kellene kihasználnunk ezt a hullámot? - Igen, ez a téma nagyon forró, és számos kutatás, fejlesztés és modern technológiai alkalmazás középpontjában áll. A növekedés és a fejlődés ezen a területen nemcsak az információs és kommunikációs technológia fejlődését segíti elő, hanem mélyreható hatással van számos más iparágra is. De őszintén szólva, a félvezető- és mikrochip-csapatunk még mindig túl kicsi, korlátozott szakértelemmel. Ráadásul ma Vietnámban nincs elég erős félvezető-kutató központunk, és hiányzik a félvezető-ökoszisztéma is. Véleményem szerint Vietnámnak ki kellene használnia a félvezető- és mikrochip-technológia fejlesztésének hullámát azáltal, hogy a versenyképes potenciállal rendelkező résterületekre összpontosít, befektet a K+F-be és a humánerőforrás-képzésbe, technológiai ökoszisztémát épít és támogatja az iparágakat, valamint a technológiát alkalmazza a kulcsfontosságú iparágakban. Ezek a stratégiák segíteni fogják Vietnamot a fenntartható fejlődésben és a hatékony versenyben a gyorsan változó globális technológiai környezetben. Köszönöm, Professzor úr!

Thanhnien.vn

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