Saintis bahan Nguyen Duc Hoa: 'Nanobahan memang menarik!'

Sebagai seorang ahli fizik gunaan, pernahkah anda terpikat dengan romantisme dan falsafah fizik teori? - Kepraktisan dan kebolehlaksanaan teori adalah penting kerana teori boleh membuka perspektif baharu tentang fenomena fizikal, yang membawa kepada teknologi baharu yang tidak pernah dipertimbangkan sebelum ini. Konsep abstrak boleh membawa kepada aplikasi praktikal dalam nanoteknologi, bahan baharu, perubatan dan maklumat kuantum… Oleh itu, romantisme dan falsafah fizik teori bukan sahaja menarik tetapi juga melengkapi kepraktisan fizik gunaan, mewujudkan perjalanan penemuan dan inovasi yang menarik. Menggabungkan fizik teori dan eksperimen memberikan pengalaman yang komprehensif dan memperkayakan untuk ahli fizik. Saya sentiasa berminat dan termotivasi oleh masalah teori dalam fizik. Itulah sebabnya penyelidikan kami baru-baru ini melibatkan kerjasama antara ahli eksperimen dan penyelidik teori dan pengkomputeran. Teori ini menjanjikan pemahaman yang lengkap tentang prinsip asas, serta menyediakan asas yang komprehensif yang boleh membuka perspektif baharu tentang fenomena fizikal.

Profesor Dr. Nguyen Duc Hoa (kiri) bersama mentornya yang memberi inspirasi – Profesor Dr. Nguyen Duc Chien

Profesor, bolehkah anda jelaskan secara ringkas salah satu subjek penyelidikan utama anda: mengapa bahan nano mempunyai begitu banyak sifat yang tidak dijangka? Bahan nano beroperasi pada peringkat atom dan molekul, di mana hukum fizikal biasa yang terpakai pada saiz yang lebih besar tidak lagi terpakai, termasuk kesan saiz pada skala nano, perbezaan nisbah permukaan-ke-isipadu, kesan kuantum dan interaksi yang kuat antara atom pada skala nano. Ini mewujudkan sifat fizikal, kimia dan biologi baharu, membuka potensi aplikasi yang luas. Itulah daya tarikan bahan nano dalam pelbagai bidang, daripada perubatan dan elektronik hingga tenaga… Satu contoh yang menarik ialah unsur emas (simbol Au): pada saiz yang lebih besar, ia berwarna kuning dan tidak larut dalam air; tetapi apabila dipecahkan kepada skala nano, ia boleh menjadi merah, biru atau warna lain bergantung pada saiz zarah. Titik kuantum ialah nanopartikel semikonduktor dengan sifat optik yang unik: apabila teruja, ia memancarkan cahaya yang warnanya bergantung pada saiz zarah. Titik kuantum digunakan dalam paparan TV (QLED), LED dan aplikasi perubatan seperti pengimejan pendarfluor untuk diagnosis penyakit.

Bersama rakan sekelas saya dari Universiti Pedagogi Hanoi

Apakah bahan 1D dan 2D? Bukankah semua bahan yang kita lihat adalah 3D? - Dunia yang kita lihat adalah dunia ruang 3D. Apabila satu dimensi jauh lebih besar daripada dua dimensi yang lain, objek tersebut boleh dianggap satu dimensi - iaitu, bahan 1D; atau apabila dua dimensi jauh lebih besar daripada dimensi yang lain, objek tersebut hampir dianggap dua dimensi - iaitu, 2D. Pada skala nano, bahan 1D dan 2D mempunyai banyak sifat unik kerana struktur atomnya terhad kepada satu atau dua dimensi. Bahan 1D seperti nanotube karbon (tiub silinder berongga dengan diameter <100 nanometer dan panjang yang boleh mencapai beberapa mikrometer atau lebih) mempunyai kekuatan tegangan separa yang sangat tinggi dan kekonduksian elektrik dan terma yang baik. Nanowayar (dengan diameter <100 nm dan nisbah panjang-ke-diameter yang sangat besar, diperbuat daripada pelbagai bahan seperti logam, semikonduktor dan oksida logam) boleh digunakan dalam sensor atau komponen elektronik. Bahan 2D seperti grafena (dengan ketebalan satu lapisan atom karbon yang disusun dalam kekisi sarang lebah) mempunyai sifat mekanikal yang sangat kuat, kekonduksian elektrik dan terma yang baik, dan membentuk asas untuk banyak penyelidikan dan aplikasi dalam elektronik, tenaga dan elektrod lutsinar. Dengan nanoteknologi, bahan 1D dan 2D semakin berkembang dan mempunyai pelbagai aplikasi, menyumbang kepada pengembangan pemahaman manusia tentang dunia fizikal dan menjanjikan kemajuan teknologi yang inovatif pada masa hadapan.

Bersama rakan sekerja di ITIMS

Adakah semakin jauh kita menguraikan zarah-zarah bahan, semakin banyak kejutan dan potensi aplikasi yang kita temui? Apa yang tinggal jika kita menguraikan zarah-zarah kepada tahap minimum mutlak? Ini adalah soalan menarik yang membantu menjelaskan beberapa prinsip asas dalam sains bahan dan nanoteknologi. Sesungguhnya, apabila kita menguraikan zarah-zarah bahan kepada skala nano, banyak sifat baharu dan tidak dijangka muncul. Dengan menguraikan zarah-zarah selanjutnya, kita mendekati tahap jirim yang paling asas, iaitu atom dan zarah subatom seperti proton, neutron, kuark, lepton dan boson – kini merupakan unit konstituen bahan terkecil. Walau bagaimanapun, pada masa hadapan, lebih banyak zarah asas mungkin ditemui atau diramalkan akan wujud. Inilah yang mendorong saintis bahan, kerana sains tidak mempunyai titik penghujung. Ini juga merupakan alam percintaan, imaginasi dan falsafah dalam fizik teori.

Sejak zaman purba, nanopartikel telah ditemui dalam banyak artifak. Apakah yang menjadikan nanobahan begitu penting kepada masyarakat moden? Nanobahan sangat penting kepada masyarakat moden bukan sahaja kerana saiznya yang kecil, tetapi terutamanya kerana sifat unik dan aplikasi berpotensi yang luas. Walaupun nanopartikel telah wujud sejak zaman purba (contohnya, Lycurgus Cup akan mempunyai warna yang berbeza apabila dilihat di bawah cahaya yang dipantulkan atau dipancarkan), pemahaman dan kawalan kita terhadapnya telah berkembang secara mendadak dalam beberapa dekad kebelakangan ini, membuka banyak aplikasi baharu dan inovatif dalam pelbagai bidang. Oleh itu, keupayaan untuk menghasilkan dan mengawal nanobahan adalah kuncinya. Nanoteknologi bukan sahaja membuka potensi baharu untuk aplikasi semasa tetapi juga mewujudkan peluang kejayaan pada masa hadapan, menyumbang secara positif kepada pembangunan ekonomi dan sosial global.

Bersama rakan sekerja ITIMS di Ba Vi

Bagaimana pula dengan bahan superkonduktor dan aplikasinya? Secara ringkasnya, bahan superkonduktor ialah bahan yang, apabila arus elektrik mengalir melaluinya, akan kekal malar tanpa degradasi atau kehilangan tenaga. Bahan superkonduktor mempunyai banyak aplikasi berbeza dalam bidang seperti perubatan , penghantaran kuasa, kereta api pengangkut magnet, pemecut zarah, dan sebagainya. Pada masa ini, peranti paling biasa yang menggunakan bahan superkonduktor ialah mesin pengimejan resonans magnetik (MRI), yang menggunakan magnet superkonduktor untuk mencipta medan magnet yang kuat yang diperlukan untuk pengimejan terperinci bahagian dalam badan. Terima kasih kepada bahan superkonduktor, mesin MRI beroperasi dengan lebih cekap dan memberikan imej yang berkualiti tinggi. Baru-baru ini, China berjaya menguji kereta api pengangkut magnet dengan gegelung superkonduktor dalam tiub vakum, mencapai kelajuan lebih 623 km/j (kelajuan reka bentuk boleh mencapai 1,000 km/j). Mungkin cabaran terbesar yang menghalang pengkomersialan dan penggunaan bahan superkonduktor yang meluas pada masa ini ialah suhu operasi yang sangat rendah. Superkonduktiviti memerlukan penggunaan sistem penyejukan yang kompleks dan mahal, seperti helium cecair (-269°C) atau nitrogen cecair (-196°C) untuk mengekalkan suhu rendah. Cabaran lain termasuk kos pengeluaran yang tinggi, kekuatan mekanikal yang lemah, teknologi fabrikasi yang kompleks, keupayaan untuk mengekalkan superkonduktiviti dalam medan magnet yang kuat, dan keperluan untuk superkonduktiviti di bawah tekanan tinggi.

Berbincang dengan rakan sekerja di makmal.

Apakah perkembangan terkini dalam penyelidikan Profesor mengenai aplikasi nanomaterial? - Selepas kira-kira 10 tahun penyelidikan asas, dengan pencapaian tertentu dalam bidang nanomaterial dan sensor, kumpulan kami memutuskan untuk menyelidik nanomaterial bersepadu untuk aplikasi dalam IoT (Internet of Things) untuk analisis nafas dalam diagnosis penyakit. Ini benar-benar satu langkah ke hadapan dan jelas menunjukkan semangat interdisiplin dalam penyelidikan saintifik moden. Gabungan nanomaterial, komponen elektronik dan IoT bukan sahaja membuka potensi baharu untuk diagnosis penyakit tetapi juga menyumbang kepada pembangunan teknologi perubatan canggih, atau banyak aplikasi dalam pelbagai bidang seperti industri, alam sekitar, keselamatan… Idea kami berasal pada tahun 2009 apabila kami merujuk kertas penyelidikan yang diterbitkan dalam Nature Nanotechnology oleh Hosam Haick (Israel) mengenai hasil "Mendiagnosis kanser paru-paru melalui nafas menggunakan nanopartikel emas". Penyelidikan kumpulan ini menunjukkan bahawa dengan membandingkan hasil analisis nafas individu yang sihat dan pesakit kanser paru-paru, adalah mungkin untuk mengenal pasti pesakit kanser paru-paru.

Berinteraksi dengan pakar di sesuatu acara.

Penyelidikan kami yang seterusnya telah menghasilkan penciptaan sensor gas semikonduktor menggunakan bahan nano yang menawarkan tindak balas yang lebih baik dan had pengesanan kepekatan gas yang lebih rendah berbanding nanopartikel emas, dan mampu dibangunkan sepenuhnya untuk aplikasi dalam analisis nafas untuk saringan dan diagnosis penyakit. Ini merupakan hala tuju penyelidikan yang digunakan dalam projek yang dibiayai oleh Vingroup Innovation Foundation (VinIF) pada tahun 2019. Salah satu daya penggerak di sebalik keyakinan kami dalam mencadangkan projek yang mencabar ini kepada VinIF Foundation ialah pendekatan "pengambilan risiko" Yayasan. Terima kasih kepada mekanisme progresif ini, daripada mencadangkan hala tuju penyelidikan yang selamat dengan hasil produk yang terjamin, kami memutuskan untuk meneruskan topik yang inovatif, walaupun ia membawa risiko yang tinggi. Prinsip penyelidikan ini ialah apabila orang ramai menghidap penyakit tertentu seperti kanser paru-paru, asma, diabetes, dan sebagainya, ia mempengaruhi proses metabolik dalam badan, sekali gus menghasilkan gas ciri (biopenanda) dalam nafas pesakit pada kepekatan yang berbeza. Biomarker ini akan berubah secara berbeza untuk setiap jenis penyakit. Sensor gas direka bentuk untuk mengenal pasti dan menganalisis biomarker ini, membantu mengesan penyakit lebih awal tanpa kaedah invasif seperti biopsi. Gelombang mikrocip dan cip semikonduktor kini lebih panas berbanding sebelum ini. Menurut profesor tersebut, ke arah manakah kita harus memanfaatkan gelombang ini? -Betul, topik ini sangat hangat dan menjadi tumpuan banyak penyelidikan, pembangunan dan aplikasi teknologi moden. Pertumbuhan dan kemajuan dalam bidang ini bukan sahaja menggalakkan pembangunan teknologi maklumat dan komunikasi tetapi juga mempunyai impak yang mendalam terhadap banyak industri lain. Tetapi terus terang, tenaga kerja semikonduktor dan mikrocip kita masih terlalu kecil, dengan kepakaran yang terhad. Tambahan pula, Vietnam kini kekurangan pusat penyelidikan semikonduktor yang cukup kuat dan ekosistem semikonduktor yang mantap. Pada pendapat saya, Vietnam harus memanfaatkan ledakan teknologi semikonduktor dan mikrocip dengan menumpukan pada bidang khusus yang berpotensi kompetitif, melabur dalam R&D dan latihan sumber manusia, membina teknologi dan menyokong ekosistem perindustrian, dan mengaplikasikan teknologi kepada industri utama. Strategi ini akan membantu Vietnam mencapai pembangunan mampan dan bersaing secara berkesan dalam konteks teknologi global yang pantas berubah. 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