Ilmuwan material Nguyen Duc Hoa: 'Nanomaterial sangat menarik!'

Sebagai fisikawan terapan, pernahkah Anda terpesona oleh romantisme dan filosofi fisika teoretis? - Kepraktisan dan kelayakan teori sangat penting karena sebuah teori dapat membuka perspektif baru tentang fenomena fisik, yang mengarah pada teknologi baru yang belum pernah dipertimbangkan sebelumnya. Konsep abstrak dapat mengarah pada aplikasi praktis dalam nanoteknologi, material baru, kedokteran, dan informasi kuantum… Oleh karena itu, romantisme dan filosofi fisika teoretis tidak hanya menarik tetapi juga melengkapi kepraktisan fisika terapan, menciptakan perjalanan penemuan dan inovasi yang menarik. Menggabungkan fisika teoretis dan eksperimental memberikan pengalaman yang komprehensif dan memperkaya bagi para fisikawan. Saya selalu tertarik dan termotivasi oleh masalah teoretis dalam fisika. Itulah mengapa penelitian terbaru kami melibatkan kolaborasi antara para eksperimentalis dan peneliti teoretis dan komputasional. Teori menjanjikan pemahaman lengkap tentang prinsip-prinsip fundamental, serta memberikan landasan komprehensif yang darinya perspektif baru tentang fenomena fisik dapat dibuka.

Profesor Dr. Nguyen Duc Hoa (kiri) bersama mentor inspiratifnya – Profesor Dr. Nguyen Duc Chien

Profesor, bisakah Anda menjelaskan secara sederhana salah satu subjek penelitian utama Anda: mengapa nanomaterial memiliki begitu banyak sifat yang tak terduga? Nanomaterial beroperasi pada tingkat atom dan molekul, di mana hukum fisika biasa yang berlaku pada ukuran yang lebih besar tidak lagi berlaku, termasuk efek ukuran pada skala nano, perbedaan rasio permukaan terhadap volume, efek kuantum, dan interaksi kuat antar atom pada skala nano. Hal ini menciptakan sifat fisik, kimia, dan biologis yang baru, membuka potensi aplikasi yang luas. Itulah daya tarik nanomaterial di banyak bidang, dari kedokteran dan elektronik hingga energi… Contoh yang mencolok adalah unsur emas (simbol Au): pada ukuran yang lebih besar, warnanya kuning dan tidak larut dalam air; tetapi ketika dipecah hingga skala nano, warnanya bisa merah, biru, atau warna lain tergantung pada ukuran partikel. Titik kuantum adalah nanopartikel semikonduktor dengan sifat optik yang unik: ketika tereksitasi, mereka memancarkan cahaya yang warnanya bergantung pada ukuran partikel. Titik kuantum digunakan dalam layar TV (QLED), LED, dan aplikasi medis seperti pencitraan fluoresensi untuk diagnosis penyakit.

Bersama dengan teman-teman sekelas saya dari Universitas Pedagogi Hanoi.

Apa itu material 1D dan 2D? Bukankah semua material yang kita lihat adalah 3D? - Dunia yang kita persepsikan adalah dunia spasial 3D. Ketika satu dimensi jauh lebih besar daripada dua dimensi lainnya, objek tersebut dapat dianggap satu dimensi - yaitu, material 1D; atau ketika dua dimensi jauh lebih besar daripada dimensi lainnya, objek tersebut hampir dianggap dua dimensi - yaitu, 2D. Pada skala nano, material 1D dan 2D memiliki banyak sifat unik karena struktur atomnya terbatas pada satu atau dua dimensi. Material 1D seperti nanotube karbon (tabung silinder berongga dengan diameter <100 nanometer dan panjang yang dapat mencapai beberapa mikrometer atau lebih) memiliki kekuatan tarik parsial yang sangat tinggi dan konduktivitas listrik dan termal yang baik. Nanowire (dengan diameter < 100 nm dan rasio panjang terhadap diameter yang sangat besar, terbuat dari berbagai material seperti logam, semikonduktor, dan oksida logam) dapat diaplikasikan dalam sensor atau komponen elektronik. Material 2D seperti graphene (dengan ketebalan satu lapisan atom karbon yang tersusun dalam kisi sarang lebah) memiliki sifat mekanik yang sangat kuat, konduktivitas listrik dan termal yang baik, dan menjadi dasar bagi banyak penelitian dan aplikasi di bidang elektronik, energi, dan elektroda transparan. Dengan nanoteknologi, material 1D dan 2D semakin berkembang dan memiliki beragam aplikasi, berkontribusi pada perluasan pemahaman manusia tentang dunia fisik dan menjanjikan kemajuan teknologi yang inovatif di masa depan.

Bersama dengan kolega di ITIMS

Apakah semakin jauh kita memecah partikel materi, semakin banyak kejutan dan potensi aplikasi yang kita temukan? Apa yang tersisa jika kita memecah partikel hingga ke ukuran minimum absolut? Ini adalah pertanyaan menarik yang membantu memperjelas beberapa prinsip mendasar dalam ilmu material dan nanoteknologi. Memang, ketika kita memecah partikel materi hingga skala nano, banyak sifat baru dan tak terduga muncul. Dengan memecah partikel lebih lanjut, kita mendekati tingkat materi yang paling mendasar, yaitu atom dan partikel subatomik seperti proton, neutron, quark, lepton, dan boson – saat ini merupakan unit penyusun terkecil dari materi. Namun, di masa depan, lebih banyak partikel fundamental mungkin akan ditemukan atau diprediksi keberadaannya. Inilah yang memotivasi para ilmuwan material, karena sains tidak memiliki titik akhir. Ini juga merupakan ranah romantisme, imajinasi, dan filsafat dalam fisika teoretis.

Sejak zaman kuno, nanopartikel telah ditemukan di banyak artefak. Apa yang membuat nanomaterial begitu penting bagi masyarakat modern? Nanomaterial sangat penting bagi masyarakat modern bukan hanya karena ukurannya yang kecil, tetapi terutama karena sifat uniknya dan potensi aplikasinya yang luas. Meskipun nanopartikel telah ada sejak zaman kuno (misalnya, Cawan Lycurgus akan memiliki warna yang berbeda ketika dilihat di bawah cahaya pantulan atau transmisi), pemahaman dan kontrol kita terhadapnya telah berkembang pesat dalam beberapa dekade terakhir, membuka banyak aplikasi baru dan inovatif di berbagai bidang. Dengan demikian, kemampuan untuk membuat dan mengendalikan nanomaterial adalah kuncinya. Nanoteknologi tidak hanya membuka potensi baru untuk aplikasi saat ini tetapi juga menciptakan peluang terobosan di masa depan, berkontribusi positif terhadap pembangunan ekonomi dan sosial global.

Bersama dengan kolega ITIMS di Ba Vi

Bagaimana dengan material superkonduktor dan aplikasinya? Sederhananya, material superkonduktor adalah material yang, ketika arus listrik mengalir melaluinya, akan tetap konstan tanpa degradasi atau kehilangan energi. Material superkonduktor memiliki banyak aplikasi berbeda di berbagai bidang seperti kedokteran , transmisi daya, kereta levitasi magnetik, akselerator partikel, dan lain-lain. Saat ini, perangkat yang paling umum menggunakan material superkonduktor adalah mesin pencitraan resonansi magnetik (MRI), yang menggunakan magnet superkonduktor untuk menciptakan medan magnet kuat yang diperlukan untuk pencitraan detail bagian dalam tubuh. Berkat material superkonduktor, mesin MRI beroperasi lebih efisien dan memberikan gambar berkualitas lebih tinggi. Baru-baru ini, Tiongkok berhasil menguji kereta levitasi magnetik dengan kumparan superkonduktor dalam tabung vakum, mencapai kecepatan lebih dari 623 km/jam (kecepatan desain dapat mencapai 1.000 km/jam). Mungkin tantangan terbesar yang saat ini menghambat komersialisasi dan penggunaan luas material superkonduktor adalah suhu operasinya yang sangat rendah. Superkonduktivitas membutuhkan penggunaan sistem pendinginan yang kompleks dan mahal, seperti helium cair (-269°C) atau nitrogen cair (-196°C) untuk mempertahankan suhu rendah. Tantangan lainnya meliputi biaya produksi yang tinggi, kekuatan mekanik yang buruk, teknologi fabrikasi yang kompleks, kemampuan untuk mempertahankan superkonduktivitas dalam medan magnet yang kuat, dan persyaratan superkonduktivitas di bawah tekanan tinggi.

Berdiskusi dengan kolega di laboratorium.

Apa perkembangan terbaru dalam penelitian Profesor tentang aplikasi nanomaterial? - Setelah sekitar 10 tahun penelitian dasar, dengan beberapa pencapaian di bidang nanomaterial dan sensor, kelompok kami memutuskan untuk meneliti nanomaterial terintegrasi untuk aplikasi dalam IoT (Internet of Things) untuk analisis napas dalam diagnosis penyakit. Ini benar-benar langkah maju dan jelas menunjukkan semangat interdisipliner dalam penelitian ilmiah modern. Kombinasi nanomaterial, komponen elektronik, dan IoT tidak hanya membuka potensi baru untuk diagnosis penyakit tetapi juga berkontribusi pada pengembangan teknologi medis canggih, atau banyak aplikasi di berbagai bidang seperti industri, lingkungan, keamanan… Ide kami bermula pada tahun 2009 ketika kami berkonsultasi dengan makalah penelitian yang diterbitkan di Nature Nanotechnology oleh Hosam Haick (Israel) tentang hasil "Mendiagnosis kanker paru-paru melalui napas menggunakan nanopartikel emas". Penelitian kelompok ini menunjukkan bahwa dengan membandingkan hasil analisis napas individu sehat dan pasien kanker paru-paru, dimungkinkan untuk mengidentifikasi pasien kanker paru-paru.

Berinteraksi dengan para ahli di suatu acara.

Penelitian kami selanjutnya telah menghasilkan pembuatan sensor gas semikonduktor menggunakan nanomaterial yang menawarkan responsivitas lebih baik dan batas deteksi konsentrasi gas yang lebih rendah dibandingkan dengan nanopartikel emas, dan sepenuhnya mampu dikembangkan untuk aplikasi analisis napas untuk skrining dan diagnosis penyakit. Ini adalah arah penelitian yang diterapkan dalam proyek yang didanai oleh Vingroup Innovation Foundation (VinIF) pada tahun 2019. Salah satu pendorong utama di balik kepercayaan kami dalam mengajukan proyek yang menantang ini kepada VinIF Foundation adalah pendekatan "pengambilan risiko" dari Yayasan tersebut. Berkat mekanisme progresif ini, alih-alih mengusulkan arah penelitian yang aman dengan hasil produk yang terjamin, kami memutuskan untuk mengejar topik yang inovatif, meskipun membawa risiko tinggi. Prinsip penelitian ini adalah bahwa ketika seseorang menderita penyakit tertentu seperti kanker paru-paru, asma, diabetes, dll., hal itu memengaruhi proses metabolisme dalam tubuh, sehingga menciptakan gas karakteristik (biomarker) dalam napas pasien pada konsentrasi yang berbeda. Biomarker ini akan berubah secara berbeda untuk setiap jenis penyakit. Sensor gas dirancang untuk mengidentifikasi dan menganalisis biomarker ini, membantu mendeteksi penyakit sejak dini tanpa metode invasif seperti biopsi. Gelombang mikrochip dan chip semikonduktor semakin memanas. Menurut profesor, ke arah mana kita harus memanfaatkan gelombang ini? -Benar, topik ini sangat populer dan menjadi pusat banyak penelitian, pengembangan, dan aplikasi teknologi modern. Pertumbuhan dan kemajuan di bidang ini tidak hanya mendorong perkembangan teknologi informasi dan komunikasi tetapi juga berdampak besar pada banyak industri lainnya. Namun, jujur ​​saja, tenaga kerja semikonduktor dan mikrochip kita masih terlalu sedikit, dengan keahlian yang terbatas. Lebih jauh lagi, Vietnam saat ini kekurangan pusat penelitian semikonduktor yang cukup kuat dan ekosistem semikonduktor yang tangguh. Menurut saya, Vietnam harus memanfaatkan booming teknologi semikonduktor dan mikrochip dengan berfokus pada area khusus dengan potensi kompetitif, berinvestasi dalam R&D dan pelatihan sumber daya manusia, membangun ekosistem teknologi dan industri pendukung, dan menerapkan teknologi ke industri-industri utama. Strategi-strategi ini akan membantu Vietnam mencapai pembangunan berkelanjutan dan bersaing secara efektif dalam konteks teknologi global yang berubah dengan cepat. Terima kasih, Profesor!

Thanhnien.vn

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