재료과학자 응우옌 득 호아: "나노소재는 정말 매력적입니다!"

응용 물리학자로서 이론 물리학의 낭만과 철학에 매료된 적이 있으신가요? - 이론의 실용성과 실현 가능성은 매우 중요합니다. 이론은 물리 현상에 대한 새로운 관점을 제시하고, 이전에는 생각지도 못했던 새로운 기술을 창출할 수 있기 때문입니다. 추상적인 개념은 나노기술, 신소재, 의학, 양자 정보 등 다양한 분야에서 실용적인 응용으로 이어질 수 있습니다. 따라서 이론 물리학의 낭만과 철학은 응용 물리학의 실용성을 매력적으로 만들 뿐만 아니라, 이를 보완하여 발견과 혁신의 매혹적인 여정을 만들어냅니다. 이론 물리학과 실험 물리학의 결합은 물리학자들에게 포괄적이고 풍부한 경험을 제공합니다. 저는 항상 물리학의 이론적인 문제에 관심을 갖고 연구에 매진해 왔습니다. 그렇기 때문에 최근 연구에서는 실험 물리학자와 이론 및 계산 물리학자 간의 협업을 진행하고 있습니다. 이론은 근본 원리에 대한 완벽한 이해를 제공할 뿐만 아니라, 물리 현상에 대한 새로운 관점을 열어줄 수 있는 포괄적인 토대를 마련해 줍니다.

응우옌 득 호아 교수(왼쪽)와 그의 멘토인 응우옌 득 치엔 교수.

교수님, 주요 연구 주제 중 하나인 나노물질이 왜 그렇게 예상치 못한 특성을 많이 가지는지 간단하게 설명해 주시겠습니까? 나노물질은 원자 및 분자 수준에서 작용하며, 일반적인 물리 법칙이 적용되지 않는 영역입니다. 나노 규모에서는 크기 효과, 표면적 대 부피 비율의 차이, 양자 효과, 원자 간 강한 상호작용 등이 나타납니다. 이러한 특성으로 인해 나노물질은 새로운 물리적, 화학적, 생물학적 특성을 가지며, 광범위한 응용 가능성을 열어줍니다. 이것이 바로 의학, 전자공학, 에너지 등 다양한 분야에서 나노물질이 주목받는 이유입니다. 대표적인 예로 금(기호 Au)을 들 수 있습니다. 큰 입자일 때는 노란색을 띠고 물에 녹지 않지만, 나노 크기로 분해되면 입자 크기에 따라 빨간색, 파란색 또는 다른 색을 띨 수 있습니다. 양자점은 독특한 광학적 특성을 지닌 반도체 나노입자입니다. 양자점은 여기되면 입자 크기에 따라 색이 달라지는 빛을 방출합니다. 양자점은 TV 디스플레이(QLED), LED, 그리고 질병 진단을 위한 형광 영상과 같은 의료 분야에 사용됩니다.

하노이 사범대학교 동창들과 함께

1차원 물질과 2차원 물질이란 무엇일까요? 우리가 보는 모든 물질은 3차원이 아닌가요? - 우리가 인지하는 세계 는 3차원 공간 세계입니다. 한 차원이 나머지 두 차원보다 훨씬 클 때, 그 물체를 1차원 물질이라고 합니다. 반대로 두 차원이 다른 두 차원보다 훨씬 클 때, 그 물체를 2차원 물질이라고 합니다. 나노 규모에서는 원자 구조가 한 차원 또는 두 차원으로 제한되기 때문에 1차원 및 2차원 물질은 여러 가지 독특한 특성을 지닙니다. 탄소 나노튜브(지름이 100나노미터 미만이고 길이가 수 마이크로미터 이상인 속이 빈 원통형 튜브)와 같은 1차원 물질은 매우 높은 부분 인장 강도와 우수한 전기 및 열 전도성을 가지고 있습니다. 나노와이어(금속, 반도체, 금속 산화물 등 다양한 재료로 만들어지며 지름이 100나노미터 미만이고 길이 대 지름 비율이 매우 큼)는 센서나 전자 부품에 응용될 수 있습니다. 그래핀과 같은 2차원 물질(벌집형 격자로 배열된 탄소 원자 한 층의 두께)은 매우 뛰어난 기계적 특성, 우수한 전기 및 열 전도성을 지니고 있어 전자, 에너지, 투명 전극 등 다양한 연구 및 응용 분야의 기반이 됩니다. 나노기술의 발전으로 1차원 및 2차원 물질은 더욱 다양하게 개발되고 응용되고 있으며, 물리 세계에 대한 인류의 이해를 넓히고 미래에 획기적인 기술 발전을 가져올 것으로 기대됩니다.

ITIMS의 동료들과 함께

물질 입자를 더 세분화할수록 더 많은 놀라운 발견과 잠재적 응용 가능성이 생겨날까요? 입자를 최소 단위로 분해하면 무엇이 남을까요? 이는 재료 과학과 나노 기술의 몇 가지 근본 원리를 명확히 하는 데 도움이 되는 흥미로운 질문입니다. 실제로 물질 입자를 나노 규모로 분해하면 새롭고 예상치 못한 많은 특성이 나타납니다. 입자를 더 세분화하면 물질의 가장 기본적인 수준, 즉 원자와 양성자, 중성자, 쿼크, 렙톤, 보손과 같은 아원자 입자에 접근하게 됩니다. 이들은 현재 물질을 구성하는 가장 작은 단위입니다. 하지만 미래에는 훨씬 더 많은 기본 입자가 발견되거나 존재할 것으로 예측될 수 있습니다. 이것이 바로 재료 과학자들을 움직이는 원동력입니다. 과학에는 끝이 없기 때문입니다. 또한 이는 이론 물리학에서 낭만, 상상력, 그리고 철학의 영역이기도 합니다.

고대부터 나노입자는 수많은 유물에서 발견되어 왔습니다. 그렇다면 나노물질은 현대 사회에 왜 그토록 중요한 것일까요? 나노물질은 단순히 크기가 작다는 점뿐만 아니라, 독특한 성질과 광범위한 응용 가능성 때문에 현대 사회에 매우 중요합니다. 나노입자는 고대부터 존재해 왔지만(예를 들어, 리쿠르구스 잔은 반사광과 투과광에 따라 색이 다르게 보입니다), 최근 수십 년 동안 나노입자에 대한 이해와 제어 기술이 비약적으로 발전하면서 다양한 분야에서 새롭고 획기적인 응용 분야가 생겨났습니다. 따라서 나노물질을 제조하고 제어하는 ​​기술이 핵심입니다. 나노기술은 현재 응용 분야에 새로운 가능성을 열어줄 뿐만 아니라 미래에 획기적인 기회를 창출하여 세계 경제 및 사회 발전에 긍정적으로 기여할 것입니다.

Ba Vi에 있는 ITIMS 동료들과 함께

초전도 물질과 그 응용 분야는 어떨까요? 간단히 말해, 초전도 물질은 전류가 흐를 때에도 변질이나 에너지 손실 없이 일정한 상태를 유지하는 물질입니다. 초전도 물질은 의학 , 전력 전송, 자기부상 열차, 입자 가속기 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 현재 초전도 물질을 가장 널리 사용하는 장치는 자기공명영상(MRI) 장비입니다. MRI 장비는 초전도 자석을 이용하여 인체 내부의 정밀한 영상을 촬영하는 데 필요한 강력한 자기장을 생성합니다. 초전도 물질 덕분에 MRI 장비는 더욱 효율적으로 작동하고 고화질 영상을 제공합니다. 최근 중국은 진공관 내 초전도 코일을 이용한 자기부상 열차 시험 운행에 성공하여 시속 623km(설계 속도는 시속 1,000km에 달할 수 있음) 이상의 속도를 달성했습니다. 아마도 초전도 물질의 상용화와 광범위한 사용을 가로막는 가장 큰 과제는 매우 낮은 작동 온도일 것입니다. 초전도 현상을 구현하려면 액체 헬륨(-269°C)이나 액체 질소(-196°C)와 같은 복잡하고 값비싼 냉각 시스템을 사용하여 저온을 유지해야 합니다. 그 외에도 높은 생산 비용, 낮은 기계적 강도, 복잡한 제조 기술, 강한 자기장 속에서 초전도 상태를 유지해야 하는 문제, 고압 조건에서의 초전도 현상 구현 등 여러 가지 어려움이 있습니다.

연구실 동료들과 토론 중.

교수님의 나노소재 응용 연구의 최근 동향은 무엇인가요? - 약 10년간의 기초 연구를 통해 나노소재 및 센서 분야에서 상당한 성과를 거둔 후, 저희 연구팀은 질병 진단을 위한 호흡 분석에 적용할 수 있는 사물인터넷(IoT) 기반의 나노소재 통합 연구를 진행하기로 결정했습니다. 이는 현대 과학 연구의 융합 정신을 보여주는 진정한 도약입니다. 나노소재, 전자 부품, 그리고 IoT의 결합은 질병 진단에 새로운 가능성을 열어줄 뿐만 아니라, 첨단 의료 기술 개발은 물론 산업, 환경, 보안 등 다양한 분야의 응용에도 기여할 수 있습니다. 저희 연구 아이디어는 2009년 호삼 하이크(이스라엘) 연구팀이 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 발표한 "금 나노입자를 이용한 호흡을 통한 폐암 진단" 연구 논문에서 시작되었습니다. 이 연구는 건강한 사람과 폐암 환자의 호흡 분석 결과를 비교함으로써 폐암 환자를 식별할 수 있음을 보여주었습니다.

행사에서 전문가들과 소통하기.

후속 연구를 통해 나노 소재를 활용한 반도체 가스 센서를 개발했습니다. 이 센서는 금 나노 입자에 비해 반응성이 우수하고 가스 농도 검출 한계가 낮아, 질병 선별 및 진단을 위한 호흡 분석 분야에 적용될 수 있는 잠재력을 충분히 갖추고 있습니다. 이 연구 방향은 2019년 Vingroup Innovation Foundation(VinIF)의 지원을 받은 프로젝트에 적용되었습니다. VinIF 재단에 이 도전적인 프로젝트를 제안할 수 있었던 원동력 중 하나는 재단의 "위험 감수" 정신이었습니다. 이러한 진보적인 메커니즘 덕분에, 제품 생산이 보장된 안전한 연구 방향을 제시하는 대신, 높은 위험이 따르더라도 획기적인 주제를 추구할 수 있었습니다. 이 연구의 원리는 폐암, 천식, 당뇨병 등 특정 질병에 걸린 사람의 경우, 체내 대사 과정에 변화가 생겨 환자의 호흡에서 각기 다른 농도의 특징적인 가스(생체지표)가 생성된다는 것입니다. 이러한 생체지표는 질병의 종류에 따라 다르게 변화합니다. 가스 센서는 이러한 생체 지표를 식별하고 분석하도록 설계되어 생검과 같은 침습적인 방법 없이 질병을 조기에 발견하는 데 도움을 줍니다. 마이크로칩과 반도체 칩의 성장세는 그 어느 때보다 뜨겁습니다. 교수님께서는 이러한 흐름을 어떤 방향으로 활용해야 할지 의견을 주셨습니다. - 네, 맞습니다. 이 분야는 매우 뜨겁고 현대 기술의 많은 연구, 개발 및 응용의 중심에 있습니다. 이 분야의 성장과 발전은 정보통신 기술의 발전을 촉진할 뿐만 아니라 다른 많은 산업에도 지대한 영향을 미칩니다. 하지만 솔직히 말해서, 우리의 반도체 및 마이크로칩 인력은 아직 부족하고 전문성도 제한적입니다. 게다가 베트남은 현재 충분히 강력한 반도체 연구 센터와 견고한 반도체 생태계를 갖추고 있지 않습니다. 제 생각에는 베트남은 경쟁력 있는 잠재력을 가진 틈새 시장에 집중하고, 연구 개발 및 인력 양성에 투자하며, 기술 및 지원 산업 생태계를 구축하고, 핵심 산업에 기술을 적용함으로써 반도체 및 마이크로칩 기술 붐을 활용해야 합니다. 이러한 전략은 베트남이 지속 가능한 발전을 이루고 급변하는 글로벌 기술 환경 속에서 효과적으로 경쟁하는 데 도움이 될 것입니다. 감사합니다, 교수님!

Thanhnien.vn

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