Saintis bahan Nguyen Duc Hoa: 'Bahan nano sangat menarik!'

Sebagai ahli fizik gunaan, pernahkah anda "terpesona" dengan percintaan dan falsafah fizik teori? -Kepraktisan dan kebolehlaksanaan teori adalah sangat penting kerana sesuatu teori boleh membuka perspektif baharu tentang fenomena fizikal, membawa kepada teknologi baharu yang tidak pernah difikirkan. Konsep abstrak boleh membawa kepada aplikasi praktikal dalam nanoteknologi, bahan baharu, perubatan dan maklumat kuantum... Oleh itu, percintaan dan falsafah fizik teori bukan sahaja menarik tetapi juga melengkapkan kepraktisan fizik gunaan, mewujudkan perjalanan penemuan dan kreativiti yang menarik. Menggabungkan fizik teori dan fizik eksperimen akan membawa pengalaman yang komprehensif dan kaya kepada ahli fizik. Saya sentiasa berminat dan bermotivasi dengan masalah teori dalam fizik. Itulah sebabnya dalam kajian terbaru kami, terdapat kerjasama antara ahli eksperimen dan penyelidik teori dan pengiraan. Teori ini menjanjikan pemahaman yang lengkap tentang prinsip asas, serta menyediakan asas yang komprehensif dari mana perspektif baharu tentang fenomena fizikal boleh dibuka.

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

Bolehkah anda menerangkan dengan cara yang mudah difahami salah satu subjek penyelidikan utama anda: mengapa bahan nano mempunyai banyak sifat yang mengejutkan? - Bahan nano beroperasi pada peringkat atom dan molekul, di mana undang-undang fizik yang biasa ditemui pada saiz besar tidak lagi terpakai, termasuk kesan saiz pada skala nano, perbezaan nisbah permukaan/isipadu, kesan kuantum dan interaksi kuat antara atom pada skala nano. Ini mencipta sifat fizikal, kimia dan biologi yang baru, membuka pelbagai aplikasi yang berpotensi. Itulah keterujaan bahan nano dalam banyak bidang seperti perubatan, elektronik, tenaga, dll. Contoh istimewa ialah unsur emas (simbol Au): apabila pada saiz besar ia berwarna kuning dan tidak larut dalam air; tetapi apabila dipecahkan kepada saiz nano, ia boleh menjadi merah, biru, atau warna lain bergantung pada saiz zarah. Titik kuantum ialah nanopartikel semikonduktor dengan sifat optik khas: apabila teruja, ia memancarkan cahaya yang warnanya bergantung pada saiz zarah. Titik kuantum digunakan dalam skrin TV (QLED), lampu LED dan aplikasi perubatan seperti pengimejan penanda pendarfluor untuk diagnosis penyakit.

Bersama pelajar dari Universiti Pendidikan Kebangsaan Hanoi

Apakah bahan 1D dan 2D? Bukankah bahan yang kita lihat 3D? - Dunia yang kita anggap ialah dunia spatial 3D. Apabila satu dimensi jauh lebih besar daripada dua dimensi yang lain, objek itu boleh dianggap sebagai 1 dimensi - iaitu bahan 1D; atau apabila dua dimensi jauh lebih besar daripada yang satu lagi, objek itu hampir 2 dimensi - iaitu 2D. Pada skala nano, bahan 1D dan 2D mempunyai banyak sifat unik kerana struktur atomnya terhad kepada 1 atau 2 dimensi. Bahan 1D seperti tiub nano karbon (tiub silinder berongga dengan diameter <100 nanometer dan panjang sehingga beberapa mikrometer atau lebih) mempunyai kekuatan tegangan spesifik yang sangat tinggi dan kekonduksian elektrik dan haba yang baik. Wayar nano (dengan diameter < 100 nm dan nisbah panjang/diameter yang sangat besar, boleh dibuat daripada pelbagai bahan yang berbeza seperti logam, semikonduktor dan oksida logam... boleh digunakan dalam penderia atau komponen elektronik. Bahan 2D seperti graphene (dengan lapisan atom karbon yang tersusun dalam rangkaian sarang lebah) mempunyai sifat mekanikal yang sangat kuat, baik untuk mengkaji kekonduksian elektrik dan terma dalam banyak bahan, kekonduksian elektrik dan haba dalam banyak bahan, elektrod... Dengan nanoteknologi, bahan 1D dan 2D semakin berkembang dan mempunyai aplikasi yang pelbagai, menyumbang kepada meluaskan pemahaman manusia tentang dunia fizikal dan menjanjikan kemajuan teknologi terobosan pada masa hadapan.

Bersama rakan sekerja di ITIMS

Adakah benar bahawa semakin kecil zarah bahan, semakin banyak kejutan dan potensi aplikasi yang ada? Jika kita membahagikan zarah-zarah itu hingga ke hujungnya, apa yang kita tinggalkan? - Soalan ini sangat menarik dan membantu menjelaskan beberapa prinsip asas dalam sains bahan dan nanoteknologi. Sesungguhnya, apabila kita membahagikan zarah bahan kepada saiz nano, banyak sifat baru dan mengejutkan muncul. Semasa kita terus membahagikan zarah, kita akan menghampiri tahap jirim yang paling asas, iaitu atom dan zarah subatom seperti proton, neutron, kuark, lepton dan boson - yang kini merupakan unit juzuk terkecil bahan. Walau bagaimanapun, pada masa hadapan, ada kemungkinan bahawa lebih banyak zarah asas akan ditemui, atau diramalkan wujud. Itulah daya penggerak bagi saintis bahan, kerana sains tiada penghujungnya. Ini juga merupakan alam percintaan, imaginasi, dan falsafah dalam fizik teori.

Nanozarah telah ditemui dalam banyak artifak sejak zaman purba. Apakah yang menjadikan bahan nano begitu penting kepada masyarakat moden? -Bahan nano sangat penting kepada masyarakat moden bukan sahaja kerana saiznya yang kecil, tetapi terutamanya kerana sifat uniknya dan rangkaian luas aplikasi berpotensi yang mereka tawarkan. Walaupun nanozarah telah wujud sejak zaman purba (cth. Piala Lycurgus akan kelihatan berbeza warna apabila dilihat di bawah cahaya yang dipantulkan atau dipancarkan), pemahaman dan kawalannya telah meningkat secara mendadak dalam beberapa dekad kebelakangan ini, membuka banyak aplikasi baharu dan terobosan dalam banyak bidang. Oleh itu, keupayaan untuk mengeluarkan dan mengawal bahan nano adalah rahsianya. Nanoteknologi bukan sahaja membuka potensi baharu untuk aplikasi semasa tetapi juga mencipta peluang kejayaan pada masa hadapan, menyumbang secara positif kepada pembangunan ekonomi dan sosial global.

Bersama rakan ITIMS di Ba Vi

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

Bercakap dengan rakan sekerja di makmal

Apakah perkembangan baru dalam penyelidikan Profesor mengenai aplikasi bahan nano? - Selepas kira-kira 10 tahun penyelidikan asas, dengan pencapaian tertentu dalam bidang bahan nano dan penderia, kumpulan kami memutuskan untuk menyelidik bahan nano bersepadu untuk aplikasi dalam IoT (Internet of Things) untuk analisis nafas bagi mendiagnosis penyakit. Ini benar-benar satu langkah pembangunan dan jelas menunjukkan semangat antara disiplin dalam penyelidikan saintifik moden. Gabungan bahan nano, komponen elektronik dan IoT bukan sahaja membuka potensi baharu untuk diagnosis penyakit tetapi juga menyumbang kepada pembangunan teknologi perubatan termaju, atau banyak aplikasi dalam bidang yang berbeza seperti industri, alam sekitar, keselamatan... Idea kami telah dibentuk pada tahun 2009 apabila merujuk kepada kerja penyelidikan dalam jurnal Nature Nanotechnology yang diketuai oleh Hosam Haick (bahagian Diagnostik kanser paru-paru) yang diterbitkan menggunakan hasil nanonik paru-paru. Penyelidikan kumpulan ini menunjukkan bahawa dengan membandingkan keputusan analisis nafas orang sihat dan pesakit kanser paru-paru, adalah mungkin untuk mengenal pasti pesakit kanser paru-paru.

Bercakap dengan pakar di acara

Penyelidikan seterusnya kami telah mencipta sensor gas semikonduktor menggunakan bahan nano yang boleh memberikan tindak balas yang lebih baik, had pengesanan kepekatan gas yang lebih rendah daripada nano emas dan boleh dibangunkan sepenuhnya untuk aplikasi dalam analisis nafas untuk pemeriksaan dan diagnosis penyakit. Ini adalah hala tuju penyelidikan gunaan dalam projek yang dibiayai oleh Yayasan Inovasi Vingroup (VinIF) pada 2019. Salah satu motivasi untuk kami dengan yakin mencadangkan projek mencabar ini kepada VinIF ialah sifat "mengambil risiko" Yayasan. Terima kasih kepada mekanisme progresif itu, daripada mencadangkan hala tuju penyelidikan selamat yang pasti menghasilkan produk, kami bertekad untuk melakukan topik terobosan, walaupun potensi risiko yang tinggi. Prinsip kajian ini ialah apabila seseorang menghidap penyakit tertentu seperti barah paru-paru, asma, kencing manis dan lain-lain, ia akan menjejaskan metabolisme badan, seterusnya mewujudkan gas berciri (penanda biologi) dengan kepekatan yang berbeza dalam nafas pesakit. Penanda biologi ini akan berubah secara berbeza untuk setiap jenis penyakit. Penderia gas direka bentuk untuk mengenal pasti dan menganalisis penanda biologi, membantu mengesan penyakit awal tanpa kaedah invasif seperti biopsi. Gelombang cip mikro dan cip semikonduktor menjadi lebih panas berbanding sebelum ini. Menurut profesor itu, ke arah manakah kita harus mengambil kesempatan daripada gelombang ini? - Ya, topik ini sangat hangat dan merupakan pusat banyak penyelidikan, pembangunan dan aplikasi teknologi moden. Pertumbuhan dan kemajuan dalam bidang ini bukan sahaja menggalakkan pembangunan teknologi maklumat dan komunikasi tetapi juga memberi impak yang mendalam kepada banyak industri lain. Tetapi sejujurnya, pasukan semikonduktor dan mikrocip kami masih terlalu kecil, dengan kepakaran yang terhad. Di samping itu, di Vietnam hari ini, kami tidak mempunyai pusat penyelidikan semikonduktor yang cukup kuat, dan juga kekurangan ekosistem semikonduktor. Pada pendapat saya, Vietnam harus mengambil kesempatan daripada gelombang pembangunan teknologi semikonduktor dan mikrocip dengan memberi tumpuan kepada bidang khusus yang berpotensi berdaya saing, melabur dalam R&D dan latihan sumber manusia, membina ekosistem teknologi dan industri sokongan, dan menggunakan teknologi kepada industri utama. Strategi ini akan membantu Vietnam membangun secara mampan dan bersaing secara berkesan dalam konteks teknologi global yang berubah dengan pantas. 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