Nguyễn Đồu Hoa anyagtudós: „A nanorészecskék lenyűgözőek!”

Alkalmazott fizikusként magával ragadott már az elméleti fizika romantikája és filozófiája? - Az elmélet gyakorlatiassága és megvalósíthatósága kulcsfontosságú, mert egy elmélet új perspektívákat nyithat meg a fizikai jelenségekre, ami korábban soha nem gondolt új technológiákhoz vezethet. Az absztrakt fogalmak gyakorlati alkalmazásokhoz vezethetnek a nanotechnológiában, az új anyagokban, az orvostudományban és a kvantuminformációkban... Ezért az elméleti fizika romantikája és filozófiája nemcsak vonzza, hanem kiegészíti is az alkalmazott fizika gyakorlatiasságát, lenyűgöző felfedezési és innovációs utat teremtve. Az elméleti és a kísérleti fizika ötvözése átfogó és gazdagító élményt nyújt a fizikusok számára. Mindig is érdekeltek és motiváltak a fizika elméleti problémái. Ezért a legújabb kutatásainkban kísérletezők, valamint elméleti és számítási kutatók együttműködése zajlott. 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 mentorával, Dr. Nguyễn Duc Chien professzorral

Professzor úr, el tudná magyarázni egyszerűen az egyik fő kutatási témáját: miért van annyi váratlan tulajdonsága a nanorészecskéknek? A nanorészecskék atomi és molekuláris szinten működnek, ahol a nagyobb méretekre vonatkozó szokásos fizikai törvények már nem érvényesek, beleértve a nanoskálájú mérethatásokat, a felület-térfogat arányok különbségeit, a kvantumhatásokat és az atomok közötti erős kölcsönhatásokat a nanoskálán. Ez új fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságokat hoz létre, hatalmas potenciális alkalmazási lehetőségeket nyitva meg. Ez a nanorészecskék vonzereje számos területen, az orvostudománytól és az elektronikától az energetikáig... Feltűnő példa erre az arany elem (jele Au): nagyobb méretekben sárga és vízben oldhatatlan; de nanoskálára bontva vörös, kék vagy más színű lehet a részecskemérettől függően. A kvantumpöttyök félvezető nanorészecskék, amelyek egyedi optikai tulajdonságokkal rendelkeznek: gerjesztéskor fényt bocsátanak ki, amelynek színe a részecskemérettől függ. A kvantumpöttyöket TV-kijelzőkben (QLED), LED-ekben és orvosi alkalmazásokban, például fluoreszcens képalkotásban használják betegségek diagnosztizálására.

A Hanoi Pedagógiai Egyetem osztálytársaimmal együtt

Mik azok az 1D és 2D anyagok? Nem minden anyag, amit látunk, 3D-s? - 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 dimenzió, a tárgy szinte kétdimenziósnak - azaz 2D-snek - tekinthető. Nanoskálán az 1D és 2D anyagok számos egyedi tulajdonsággal rendelkeznek, mivel atomszerkezetük egy vagy két dimenzióra korlátozódik. Az olyan 1D anyagok, mint a szén nanocsövek (üreges hengeres csövek, amelyek átmérője <100 nanométer, és hossza elérheti a néhány mikrométert vagy többet), rendkívül nagy részleges szakítószilárdsággal, valamint jó elektromos és hővezető képességgel rendelkeznek. A nanoszálak (<100 nm átmérőjűek és nagyon nagy hosszúság-átmérő aránnyal, különféle anyagokból, például fémekből, félvezetőkből és fém-oxidokból készülnek) érzékelőkben vagy elektronikus alkatrészekben alkalmazhatók. Egy 2D-s anyag, mint például a grafén (egy méhsejtrácsban elrendezett szénatomréteg vastagságával), nagyon erős mechanikai tulajdonságokkal, jó elektromos és hővezető képességgel rendelkezik, és számos kutatás és alkalmazás alapját képezi az elektronika, az energetika és az átlátszó elektródák területén. A nanotechnológiának köszönhetően az 1D-s és 2D-s anyagok egyre inkább fejlődnek és sokrétű alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek, hozzájárulva a fizikai világról alkotott emberi ismeretek bővüléséhez, és úttörő technológiai fejlesztéseket ígérve a jövőben.

Az ITIMS kollégáival együtt

Minél jobban lebontjuk az anyagi részecskéket, annál több meglepetést és potenciális alkalmazást fedezünk fel? Mi marad, ha a részecskéket a lehető legkisebbre bontjuk? Ez egy lenyűgöző kérdés, amely segít tisztázni az anyagtudomány és a nanotechnológia néhány alapelvét. Valójában, amikor az anyagi részecskéket nanoskálára bontjuk, számos új és váratlan tulajdonság jelenik meg. A részecskék további lebontásával megközelítjük az anyag legalapvetőbb szintjét, nevezetesen az atomokat és a szubatomi részecskéket, mint például a protonok, neutronok, kvarkok, leptonok és bozonok – amelyek jelenleg az anyagok legkisebb alkotóelemei. A jövőben azonban sokkal több alapvető részecskét fedezhetnek fel, vagy jósolhatnak meg létezésüket. Ez motiválja az anyagtudósokat, mert a tudománynak nincs végpontja. Ezek a romantika, a képzelet és a filozófia birodalmai is az elméleti fizikában.

Az ókortól kezdve számos műtárgyban megtalálhatók a nanorészecskék. Mi teszi a nanoanyagokat olyan fontossá a modern társadalom számára? A nanorészecskék hihetetlenül fontosak a modern társadalom számára, nemcsak kis méretük miatt, hanem elsősorban egyedi tulajdonságaik és széleskörű alkalmazási lehetőségeik miatt is. Bár a nanorészecskék már az ókortól léteznek (például a Lycurgus-kehely más színű lesz, ha visszavert vagy áteresztő fényben nézzük), a róluk alkotott ismereteink és irányításunk az elmúlt évtizedekben drámaian fejlődött, számos új és úttörő alkalmazást nyitva meg különböző területeken. Így a nanoanyagok előállításának 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 együtt Ba Vi-ben

Mi a helyzet a szupravezető anyagokkal és alkalmazásaikkal? Egyszerűen fogalmazva, a szupravezető anyag olyan anyag, amely elektromos áram folyásakor állandó marad degradáció vagy energiaveszteség nélkül. A szupravezető anyagoknak számos különböző alkalmazási területük van olyan területeken, mint az orvostudomány , az energiaátvitel, a mágneses lebegtető vonatok, a részecskegyorsítók stb. Jelenleg a leggyakoribb szupravezető anyagokat használó eszköz a mágneses rezonancia képalkotó (MRI) gép, amely szupravezető mágneseket használ a test belsejének részletes képalkotásához szükséges erős mágneses tér létrehozásához. A szupravezető anyagoknak köszönhetően az MRI gépek hatékonyabban működnek és jobb minőségű képeket biztosítanak. Nemrégiben Kína sikeresen tesztelt egy szupravezető tekercsekkel ellátott mágneses lebegtető vonatot egy vákuumcsőben, több mint 623 km/h sebességet elérve (a tervezési sebesség elérheti az 1000 km/h-t). Talán a legnagyobb kihívás, ami jelenleg akadályozza a szupravezető anyagok kereskedelmi forgalomba hozatalát és széles körű elterjedését, a nagyon alacsony üzemi hőmérsékletük. 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 szilárdság, az összetett gyártási technológia, a szupravezetés fenntartásának képessége erős mágneses mezőkben, valamint a szupravezetés követelménye nagy nyomás alatt.

Megbeszélés a laboratóriumi kollégákkal.

Melyek a professzor nanorészecskék alkalmazásával kapcsolatos kutatásainak legújabb fejleményei? - Körülbelül 10 évnyi alapkutatás után, a nanorészecskék és érzékelők területén elért bizonyos eredményekkel, csoportunk úgy döntött, hogy integrált nanorészecskéket kutat az IoT (Dolgok Internete) alkalmazására a betegségek diagnosztizálásában a leheletelemzésben. Ez valóban egy előrelépés, 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 született, amikor konzultáltunk egy, a Nature Nanotechnology folyóiratban megjelent kutatási cikkel, amelyet Hosam Haick (Izrael) írt a "Tüdőrák diagnosztizálása lehelet alapján arany nanorészecskék segítségével" című tanulmány eredményeiről. A csoport kutatása azt mutatja, hogy az egészséges egyének és a tüdőrákos betegek leheletelemzési eredményeinek összehasonlításával azonosíthatóak a tüdőrákos betegek.

Szakértőkkel való interakció egy rendezvényen.

További kutatásaink eredményeként olyan nanorészecskéket használó félvezető gázérzékelőket hoztunk létre, amelyek jobb érzékenységet és alacsonyabb gázkoncentráció-érzékelési határértékeket kínálnak az arany nanorészecskékhez képest, és teljes mértékben alkalmasak a betegségek szűrésére és diagnosztizálására szolgáló kilégzéselemző alkalmazásokhoz való fejlesztésre. Ez egy olyan kutatási irány, amelyet a Vingroup Innovációs Alapítvány (VinIF) által 2019-ben finanszírozott projektben alkalmaztak. Az egyik mozgatórugója annak, hogy magabiztosan javasoltuk ezt a kihívást jelentő projektet a VinIF Alapítványnak, az Alapítvány „kockázatvállalási” megközelítése volt. Ennek a progresszív mechanizmusnak köszönhetően ahelyett, hogy egy biztonságos kutatási irányt javasolnánk garantált termékeredményekkel, úgy döntöttünk, hogy egy úttörő témát folytatunk, még akkor is, ha az magas kockázattal jár. A kutatás alapelve az, hogy amikor az emberek bizonyos betegségekben, például tüdőrákban, asztmában, cukorbetegségben stb. szenvednek, az befolyásolja a szervezet anyagcsere-folyamatait, ezáltal jellegzetes gázokat (biomarkereket) hoz létre a beteg leheletében különböző koncentrációkban. Ezek a biomarkerek minden betegségtípusnál másképp változnak. A gázérzékelők úgy vannak kialakítva, hogy azonosítsák és elemezzék ezeket a biomarkereket, segítve a betegségek korai felismerését invazív módszerek, például biopsziák nélkül. A mikrochipek és félvezető chipek hulláma forróbb, mint valaha. A professzor szerint milyen irányba kellene kihasználnunk ezt a hullámot? - Így van, ez a téma nagyon forró, és számos modern technológiai kutatás, fejlesztés és alkalmazás középpontjában áll. A terület növekedése és fejlődése nemcsak az információs és kommunikációs technológia fejlődését segíti elő, hanem mélyreható hatással van számos más iparágra is. De őszintén szólva, a félvezető és mikrochip munkaerőnk még mindig túl kicsi, korlátozott szakértelemmel. Továbbá Vietnamban jelenleg nincs kellően erős félvezető kutatóközpont és robusztus félvezető ökoszisztéma. Véleményem szerint Vietnámnak ki kellene használnia a félvezető és mikrochip technológiai fellendülést azáltal, hogy a versenyképes potenciállal rendelkező résterületekre összpontosít, befektet a K+F-be és a humánerőforrás-képzésbe, technológiát épít és támogatja az ipari ökoszisztémát, valamint a technológiát alkalmazza a kulcsfontosságú iparágakban. Ezek a stratégiák segíteni fogják Vietnámot a fenntartható fejlődés elérésében és a hatékony versenyben a gyorsan változó globális technológia kontextusában. 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