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

Sebagai fisikawan terapan, pernahkah Anda "terpesona" oleh romansa dan filosofi fisika teoretis? Kepraktisan dan kelayakan teori sangat penting karena teori dapat membuka perspektif baru tentang fenomena fisika, yang menghasilkan teknologi baru yang belum pernah terpikirkan sebelumnya. Konsep abstrak dapat mengarah pada aplikasi praktis dalam nanoteknologi, material baru, kedokteran, dan informasi kuantum... Oleh karena itu, romansa dan filosofi fisika teoretis tidak hanya menarik tetapi juga melengkapi kepraktisan fisika terapan, menciptakan perjalanan penemuan dan kreativitas yang mengasyikkan. Menggabungkan fisika teoretis dan fisika eksperimental akan memberikan pengalaman yang komprehensif dan kaya bagi para fisikawan. Saya selalu tertarik dan termotivasi oleh permasalahan teoretis dalam fisika. Itulah sebabnya dalam studi terbaru kami, terdapat kolaborasi antara peneliti eksperimental dan peneliti teoretis serta komputasional. Teori ini menjanjikan pemahaman yang lengkap tentang prinsip-prinsip fundamental, serta memberikan landasan komprehensif yang dapat membuka perspektif baru tentang fenomena fisika.

Prof. Dr. Nguyen Duc Hoa (kiri) bersama guru inspiratifnya - Prof. Dr. Guru Rakyat Nguyen Duc Chien

Profesor, bisakah Anda menjelaskan dengan cara yang mudah dipahami salah satu subjek penelitian utama Anda: mengapa nanomaterial memiliki begitu banyak sifat yang mengejutkan? - Nanomaterial beroperasi pada tingkat atom dan molekul, di mana hukum fisika yang umum ditemukan pada ukuran besar tidak lagi berlaku, termasuk efek ukuran pada skala nano, perbedaan rasio permukaan/volume, efek kuantum, dan interaksi kuat antar atom pada skala nano. Hal ini menciptakan sifat fisika, kimia, dan biologi yang baru, membuka berbagai potensi aplikasi. Itulah hal menarik tentang nanomaterial di berbagai bidang seperti kedokteran, elektronik, energi... Contoh khusus adalah unsur emas (simbol Au): ketika dalam ukuran besar, warnanya kuning dan tidak larut dalam air; tetapi ketika dipecah menjadi ukuran nano, warnanya bisa merah, biru, atau warna lain tergantung pada ukuran partikelnya. Titik kuantum adalah nanopartikel semikonduktor dengan sifat optik khusus: ketika tereksitasi, mereka memancarkan cahaya yang warnanya bergantung pada ukuran partikel. Titik kuantum digunakan pada layar TV (QLED), lampu LED, dan aplikasi medis seperti pencitraan penanda fluoresensi untuk diagnosis penyakit.

Dengan mahasiswa dari Universitas Pendidikan Nasional Hanoi

Apa itu material 1D dan 2D? Bukankah 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 1 dimensi - yaitu, material 1D; atau ketika dua dimensi jauh lebih besar daripada satu dimensi lainnya, objek tersebut hampir 2 dimensi - yaitu, 2D. Pada skala nano, material 1D dan 2D memiliki banyak sifat unik karena struktur atomnya terbatas pada 1 atau 2 dimensi. Material 1D seperti karbon nanotube (tabung silinder berongga dengan diameter <100 nanometer dan panjang hingga beberapa mikrometer atau lebih) memiliki kekuatan tarik parsial yang sangat tinggi serta konduktivitas listrik dan termal yang baik. Nano kawat (dengan diameter < 100 nm dan rasio panjang/diameter yang sangat besar, dapat dibuat dari banyak bahan yang berbeda seperti logam, semikonduktor, dan oksida logam... dapat digunakan dalam sensor atau komponen elektronik. Bahan 2D seperti graphene (dengan lapisan atom karbon yang tersusun dalam jaringan sarang lebah) memiliki sifat mekanik yang sangat kuat, konduktivitas listrik dan termal yang baik, dan merupakan dasar bagi banyak penelitian dan aplikasi dalam elektronik, energi, dan elektroda transparan... Dengan nanoteknologi, bahan 1D dan 2D semakin berkembang dan memiliki beragam aplikasi, berkontribusi pada perluasan pemahaman manusia tentang dunia fisik dan menjanjikan kemajuan teknologi terobosan di masa depan.

Bersama rekan-rekan di ITIMS

Benarkah semakin kecil partikel material, semakin banyak kejutan dan potensi aplikasinya? Jika kita membagi partikel hingga ke ujung, apa yang tersisa? - Pertanyaan ini sangat menarik dan membantu memperjelas beberapa prinsip dasar dalam ilmu material dan nanoteknologi. Memang, ketika kita membagi partikel material ke ukuran nano, banyak sifat baru dan mengejutkan yang muncul. Seiring kita terus membagi partikel, kita akan mendekati tingkat materi yang paling dasar, yaitu atom dan partikel subatom seperti proton, neutron, quark, lepton, dan boson - yang saat ini merupakan unit penyusun material terkecil. Namun, di masa depan, ada kemungkinan partikel yang lebih fundamental akan ditemukan, atau diprediksi keberadaannya. Itulah kekuatan pendorong bagi ilmuwan material, karena sains tidak ada habisnya. Ini juga merupakan ranah romansa, imajinasi, dan filsafat dalam fisika teoretis.

Sejak zaman dahulu, manusia telah menemukan nanopartikel dalam berbagai artefak. Apa yang membuat nanomaterial begitu penting bagi masyarakat modern? - Nanomaterial telah menjadi sangat penting bagi masyarakat saat ini, bukan hanya karena ukurannya yang kecil, tetapi terutama karena sifatnya yang unik dan beragam potensi aplikasinya. Meskipun nanopartikel telah ada sejak zaman dahulu (misalnya, Piala Lycurgus akan memiliki warna yang berbeda ketika dilihat di bawah cahaya yang dipantulkan atau diteruskan), pemahaman dan pengendaliannya telah berkembang pesat dalam beberapa dekade terakhir, membuka banyak aplikasi baru dan inovatif di berbagai bidang. Dengan demikian, kemampuan untuk memproduksi dan mengendalikan nanomaterial adalah kuncinya. Nanoteknologi tidak hanya membuka potensi baru untuk aplikasi saat ini, tetapi juga menciptakan peluang terobosan di masa depan, yang berkontribusi positif terhadap pembangunan ekonomi dan sosial global.

Bersama rekan-rekan ITIMS di Ba Vi

Bagaimana dengan material superkonduktor dan aplikasinya? - Sederhananya, material superkonduktor adalah material yang, ketika arus listrik dialirkan melaluinya, arus tersebut akan bertahan selamanya tanpa berkurang atau kehilangan energi. Material superkonduktor memiliki banyak aplikasi berbeda di berbagai bidang seperti kedokteran , transmisi daya, kereta levitasi magnetik, akselerator partikel, dll. Saat ini, perangkat paling populer yang menggunakan material superkonduktor adalah mesin pencitraan resonansi magnetik (MRI) yang menggunakan magnet superkonduktor untuk menciptakan medan magnet kuat yang dibutuhkan untuk pencitraan detail di dalam tubuh. Berkat material superkonduktor, mesin MRI beroperasi lebih efisien dan menghasilkan gambar berkualitas lebih tinggi. Baru-baru ini, Tiongkok telah berhasil menguji kereta yang berjalan dengan levitasi magnetik kumparan superkonduktor dalam tabung vakum, mencapai kecepatan hingga 623 km/jam (kecepatan desain dapat mencapai 1.000 km/jam). Mungkin tantangan terbesar yang saat ini menghambat komersialisasi dan penggunaan material superkonduktor secara luas adalah suhu operasinya yang sangat rendah. Superkonduktivitas membutuhkan penggunaan sistem pendingin 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, daya tahan mekanis yang buruk, teknik fabrikasi yang rumit, kemampuan untuk mempertahankan keadaan superkonduktivitas dalam medan magnet yang kuat, atau persyaratan untuk keadaan superkonduktivitas di bawah tekanan tinggi.

Berbicara dengan rekan kerja di laboratorium

Apa saja perkembangan terbaru dalam penelitian Profesor tentang penerapan nanomaterial? - Setelah sekitar 10 tahun penelitian dasar, dengan beberapa pencapaian di bidang nanomaterial dan sensor, kelompok kami memutuskan untuk meneliti nanomaterial terintegrasi untuk aplikasi IoT (Internet of Things) dalam analisis napas untuk mendiagnosis penyakit. Ini sungguh merupakan langkah pengembangan dan dengan 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 berbagai aplikasi di berbagai bidang seperti industri, lingkungan, keamanan... Ide kami terbentuk pada tahun 2009 ketika merujuk pada karya penelitian di jurnal Nature Nanotechnology yang dipimpin oleh Hosam Haick (Israel) yang dipublikasikan mengenai hasil "Diagnosing lung cancer through breath using gold nanoparticles". Penelitian kelompok ini menunjukkan bahwa dengan membandingkan hasil analisis napas orang sehat dan pasien kanker paru, identifikasi pasien kanker paru dapat dilakukan.

Bicaralah dengan pakar di suatu acara

Penelitian kami selanjutnya telah menciptakan sensor gas semikonduktor menggunakan nanomaterial yang dapat memberikan respons yang lebih baik, batas deteksi konsentrasi gas yang lebih rendah daripada nano emas, dan dapat dikembangkan sepenuhnya untuk aplikasi dalam analisis napas untuk skrining dan diagnosis penyakit. Ini adalah arahan penelitian terapan dalam proyek yang didanai oleh Vingroup Innovation Foundation (VinIF) pada tahun 2019. Salah satu motivasi kami untuk dengan yakin mengusulkan proyek yang menantang ini kepada VinIF adalah sifat "pengambilan risiko" dari Yayasan. Berkat mekanisme progresif tersebut, alih-alih mengusulkan arahan penelitian yang aman, dengan produk yang pasti, kami bertekad untuk melakukan topik terobosan, meskipun potensi risikonya tinggi. Prinsip penelitian ini adalah ketika seseorang menderita penyakit tertentu seperti kanker paru-paru, asma, diabetes, dll., hal itu akan memengaruhi metabolisme tubuh, sehingga menciptakan gas-gas khas (penanda biologis) dengan konsentrasi yang berbeda dalam napas pasien. Penanda biologis ini akan berubah secara berbeda untuk setiap jenis penyakit. Sensor gas dirancang untuk mengidentifikasi dan menganalisis penanda biologis, 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? - Ya, topik ini sangat hangat dan menjadi pusat berbagai penelitian, pengembangan, dan penerapan 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 sejujurnya, tim semikonduktor dan mikrochip kita masih terlalu kecil, dengan keahlian yang terbatas. Selain itu, di Vietnam saat ini, kita belum memiliki pusat penelitian semikonduktor yang cukup kuat, dan juga kekurangan ekosistem semikonduktor. Menurut saya, Vietnam harus memanfaatkan gelombang perkembangan teknologi semikonduktor dan mikrochip dengan berfokus pada area niche yang berpotensi kompetitif, berinvestasi dalam R&D dan pelatihan sumber daya manusia, membangun ekosistem teknologi dan industri pendukung, serta menerapkan teknologi pada industri-industri utama. Strategi-strategi ini akan membantu Vietnam berkembang secara 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