Trang chủFigureNhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: 'Vật liệu nano đầy...

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: ‘Vật liệu nano đầy thú vị!’

img
 
Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 1.
 

Là một nhà vật lý ứng dụng, anh đã bao giờ bị tính lãng mạn và triết học của vật lý lý thuyết “hớp hồn”?

-Sự thực tiễn và khả thi của lý thuyết là rất quan trọng bởi một lý thuyết có thể mở ra những cách nhìn mới về các hiện tượng vật lý, từ đó dẫn đến những công nghệ mới chưa từng được nghĩ tới. Các khái niệm trừu tượng có thể dẫn đến các ứng dụng thực tiễn trong công nghệ nano, vật liệu mới, hay trong y học và thông tin lượng tử… Chính vì vậy, tính lãng mạn và triết học của vật lý lý thuyết không chỉ thu hút mà còn bổ sung cho tính thực tiễn của vật lý ứng dụng, tạo nên một hành trình khám phá và sáng tạo đầy thú vị. Khi kết hợp giữa vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiệm sẽ mang lại một trải nghiệm toàn diện và phong phú cho các nhà vật lý.

Tôi vẫn luôn quan tâm và được thôi thúc bởi các vấn đề lý thuyết trong vật lý. Chính vì vậy mà trong các nghiên cứu gần đây của chúng tôi đã có sự hợp tác giữa các nhà thực nghiệm và nhà nghiên cứu lý thuyết và tính toán. Lý thuyết hứa hẹn một sự hiểu biết hoàn chỉnh về các nguyên lý cơ bản, cũng như cung cấp một nền tảng toàn diện, từ đó có thể mở ra những cách nhìn mới về các hiện tượng vật lý.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 2.

GS.TS. Nguyễn Đức Hòa (trái) cùng người thầy truyền cảm hứng cho anh – GS.TS.NGND. Nguyễn Đức Chiến

GS có thể giải thích một cách dễ hiểu về một trong các đối tượng nghiên cứu chủ đạo của mình: vì sao vật liệu nano lại có nhiều tính chất bất ngờ?

-Vật liệu nano hoạt động ở cấp độ nguyên tử và phân tử, nơi các quy luật vật lý thường gặp ở kích thước lớn không còn áp dụng được, bao gồm các hiệu ứng kích thước ở thang đo nano, sự khác biệt về tỉ lệ bề mặt/thể tích, hiệu ứng lượng tử và sự tương tác mạnh mẽ giữa các nguyên tử ở kích thước nano. Từ đó tạo ra các tính chất vật lý, hóa học, sinh học mới lạ, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng rộng lớn. Đó là sự thú vị của vật liệu nano trong nhiều lĩnh vực như từ y học, điện tử, năng lượng…

Một ví dụ đặc sắc đó là nguyên tố vàng (ký hiệu là Au): khi ở kích thước lớn nó có màu vàng và không tan trong nước, ; nhưng khi chia nhỏ xuống kích thước nano, nó có thể có màu đỏ, xanh, hoặc màu khác tùy thuộc vào kích thước hạt. Các chấm lượng tử là các hạt nano bán dẫn có tính chất quang học đặc biệt: khi bị kích thích, chúng phát ra ánh sáng có màu sắc phụ thuộc vào kích thước hạt. Chấm lượng tử được dùng trong màn hình TV (QLED), đèn LED và các ứng dụng y học như chụp ảnh đánh dấu huỳnh quang để chẩn đoán bệnh.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 3.

Cùng các bạn học Trường ĐH Sư phạm HN

Vật liệu 1D, 2D là gì? Chẳng phải các vật liệu chúng ta thấy được đều là 3D?

-Thế giới chúng ta cảm nhận được là thế giới không gian 3D. Khi kích thước 1 chiều lớn hơn rất nhiều so với 2 chiều còn lại thì vật thể có thể coi như là 1 chiều – tức là vật liệu 1D; hoặc khi kích thước 2 chiều lớn hơn rất nhiều so với kích thước 1 chiều còn lại thì vật thể gần xem như là 2 chiều – tức là 2D. Ở cấp độ nano, các vật liệu 1D và 2D có nhiều tính chất độc đáo vì có cấu trúc nguyên tử được giới hạn trong 1 hoặc 2 chiều.

Một vật liệu 1D như ống nano cacbon (các ống hình trụ rỗng có đường kính <100 nanomet và chiều dài có thể lên đến vài micromet hoặc hơn) có độ bền kéo riêng phần cực cao và tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Một dây nano (có đường kính < 100 nm và tỷ lệ chiều dài/đường kính rất lớn, có thể làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại, bán dẫn và oxit kim loại… có thể được ứng dụng trong các thiết bị cảm biến hay linh kiện điện tử.

Một vật liệu 2D như graphene (có chiều dày một lớp nguyên tử cacbon sắp xếp trong mạng lưới hình tổ ong) có tính chất cơ học rất bền, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, và là nền tảng cho nhiều nghiên cứu và ứng dụng trong điện tử, năng lượng và điện cực trong suốt…

Với công nghệ nano, các vật liệu 1D và 2D đang ngày càng phát triển và có những ứng dụng đa dạng, góp phần mở rộng hiểu biết của con người về thế giới vật chất và hứa hẹn những tiến bộ công nghệ đột phá trong tương lai.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 4.

Cùng cộng sự tại ITIMS

Phải chăng càng chia nhỏ các hạt vật liệu ra thì lại càng nhiều bất ngờ, càng nhiều tiềm năng ứng dụng? Nếu chia nhỏ hạt đến tận cùng thì ta còn lại gì?

-Câu hỏi này rất thú vị và giúp làm sáng tỏ một số nguyên lý cơ bản trong khoa học vật liệu và công nghệ nano. Quả thực, khi chúng ta chia nhỏ các hạt vật liệu đến kích thước nano, nhiều tính chất mới và bất ngờ xuất hiện. Khi tiếp tục chia nhỏ hạt, chúng ta sẽ tiếp cận cấp độ cơ bản nhất của vật chất, tức là các nguyên tử và các hạt dưới nguyên tử như proton, neutron, quark, lepton, và boson – chúng hiện đang là những đơn vị cấu thành nhỏ nhất của vật liệu. Tuy nhiên trong tương lai, có thể nhiều các hạt cơ bản hơn sẽ được tìm thấy, hoặc được dự đoán tồn tại. Đó chính là động lực thôi thúc các nhà khoa học vật liệu, bởi khoa học không có điểm tận cùng. Đây cũng là những địa hạt của sự lãng mạn, bay bổng và triết học trong vật lý lý thuyết.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 5.
 

Từ thời cổ đại người ta đã phát hiện ra các hạt nano có trong nhiều đồ tạo tác. Bí quyết gì làm cho vật liệu nano trở nên quan trọng với xã hội hiện đại?

-Vật liệu nano trở nên vô cùng quan trọng với xã hội hiện nay không chỉ vì kích thước nhỏ bé của chúng, mà chủ yếu do những tính chất độc đáo và tiềm năng ứng dụng rộng rãi mà chúng mang lại. Mặc dù các hạt nano đã tồn tại từ thời cổ đại (thí dụ: Chiếc cốc Lycurgus sẽ có màu sắc khác nhau khi nhìn dưới ánh sáng phản xạ hay truyền qua), sự hiểu biết và khả năng kiểm soát của chúng đã tiến triển vượt bậc trong vài thập kỷ gần đây, mở ra nhiều ứng dụng mới và mang tính đột phá trong nhiều lĩnh vực.

Như vậy, khả năng chế tạo và kiểm soát, điều khiển vật liệu nano chính là bí quyết. Công nghệ nano không chỉ mở ra những tiềm năng mới cho các ứng dụng hiện tại mà còn tạo ra những cơ hội đột phá trong tương lai, đóng góp tích cực vào sự phát triển kinh tế và xã hội toàn cầu.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 6.

Cùng các đồng nghiệp ITIMS tại Ba Vì

Còn vật liệu siêu dẫn và các ứng dụng của nó?

-Vật liệu siêu dẫn, có thể hiểu một cách đơn giản, là vật liệu mà khi ta cho một dòng điện chạy trong nó thì dòng điện sẽ tồn tại mãi mãi mà không bị suy giảm, không bị mất năng lượng. Vật liệu siêu dẫn có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong các lĩnh vực như y tế, truyền tải điện, tàu đệm từ, máy gia tốc hạt… Hiện nay thiết bị phổ biến nhất sử dụng vật liệu siêu dẫn đó là các máy cộng hưởng từ (MRI) sử dụng nam châm siêu dẫn để tạo ra từ trường mạnh cần thiết cho việc chụp ảnh chi tiết bên trong cơ thể. Nhờ có vật liệu siêu dẫn, máy MRI hoạt động hiệu quả hơn và cung cấp hình ảnh chất lượng cao hơn. Gần đây, Trung Quốc đã thử nghiệm thành công tàu chạy trên đệm từ của cuộn dây siêu dẫn trong ống chân không đạt được tốc độ lên đến trên 623 km/h (tốc độ thiết kế có thể đạt tới 1.000 km/h).

Có lẽ thách thức lớn nhất hiện nay ngăn cản khả năng thương mại hóa và sử dụng rộng rãi của vật liệu siêu dẫn trong đại chúng là nhiệt độ làm việc rất thấp. Tính siêu dẫn yêu cầu sử dụng các hệ thống làm lạnh phức tạp và tốn kém, chẳng hạn như dùng Hê-li lỏng (-269oC) hay Ni-tơ lỏng (-196oC) để duy trì nhiệt độ thấp. Ngoài ra còn có các thách thức khác như chi phí sản xuất cao, đồ bền cơ học kém, công nghệ chế tạo phức tạp, khả năng duy trì trạng thái siêu dẫn trong từ trường mạnh, hay đòi hỏi trạng thái siêu dẫn dưới áp suất cao.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 7.

Trao đổi cùng cộng sự tại phòng thí nghiệm

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 8.
 

Những bước phát triển mới trong nghiên cứu của GS về ứng dụng vật liệu nano?

-Sau khoảng 10 năm nghiên cứu cơ bản, với những thành quả nhất định trong lĩnh vực vật liệu nano và cảm biến, nhóm chúng tôi quyết định nghiên cứu vật liệu nano tích hợp ứng dụng trong IoT (Internet of Things – Internet kết nối vạn vật) cho phân tích hơi thở chẩn đoán bệnh. Đây thực sự là một bước phát triển và thể hiện rõ tinh thần liên ngành trong nghiên cứu khoa học hiện đại. Sự kết hợp giữa vật liệu nano, linh kiện điện tử và IoT không chỉ mở ra những tiềm năng mới cho chẩn đoán bệnh mà còn đóng góp vào việc phát triển các công nghệ y tế tiên tiến, hay nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, môi trường, an ninh…

Ý tưởng của chúng tôi hình thành từ năm 2009 khi tham khảo công trình nghiên cứu trên tạp chí Nature Nanotechnology do Hosam Haick (Israel) đứng đầu công bố về kết quả “Chẩn đoán ung thư phổi qua hơi thở bằng hạt nano vàng”. Nghiên cứu của nhóm này chỉ ra rằng, bằng cách so sánh kết quả phân tích hơi thở của người khỏe mạnh và bệnh nhân ung thư phổi cho phép nhận dạng được bệnh nhân ung thư phổi.

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 9.

Trao đổi cùng chuyên gia trong một sự kiện

Những nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi đã tạo ra được cảm biến khí bán dẫn sử dụng vật liệu nano có thể cho độ đáp ứng tốt hơn, giới hạn phát hiện nồng độ khí thấp hơn so với nano vàng và hoàn toàn có thể phát triển để ứng dụng trong phân tích hơi thở để sàng lọc và chẩn đoán bệnh. Đây là hướng nghiên cứu ứng dụng trong một dự án đã được Quỹ đổi mới sáng tạo Vingroup (VinIF) tài trợ vào năm 2019. Một trong những động lực để chúng tôi tự tin đề xuất dự án đầy thách thức này đến Quỹ VinIF là tính “chấp nhận rủi ro” của Quỹ. Nhờ cơ chế tiến bộ ấy, thay vì đề xuất một hướng nghiên cứu an toàn, chắc chắn ra sản phẩm, thì chúng tôi quyết tâm làm một đề tài có tính đột phá, dù tiềm ẩn tính rủi ro cao.

Nguyên lý của nghiên cứu này là khi con người mắc phải một số bệnh như ung thư phổi, hen suyễn, tiểu đường… sẽ ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa chất trong cơ thể, từ đó tạo ra trong hơi thở người bệnh những chất khí đặc trưng (các chỉ dấu sinh học) với các nồng độ khác nhau. Các chỉ dấu sinh học này sẽ thay đổi khác nhau đối với từng loại bệnh. Cảm biến khí được thiết kế để nhận diện và phân tích các chỉ dấu sinh học, giúp phát hiện sớm bệnh mà không cần các phương pháp xâm lấn như sinh thiết.

Làn sóng vi mạch, chip bán dẫn đang trở nên nóng bỏng hơn bao giờ hết. Theo GS, ta nên tận dụng làn sóng này theo hướng nào?

-Đúng vậy, chủ đề này đang rất nóng và là trung tâm của nhiều nghiên cứu, phát triển và ứng dụng công nghệ hiện đại. Sự tăng trưởng và tiến bộ trong lĩnh vực này không chỉ thúc đẩy sự phát triển của công nghệ thông tin và truyền thông mà còn ảnh hưởng sâu rộng đến nhiều ngành công nghiệp khác.

Nhưng nói thật là đội ngũ làm về bán dẫn và vi mạnh của chúng ta còn quá mỏng, với trình độ chuyên môn cũng còn hạn chế. Ngoài ra, tại Việt Nam hiện nay, chúng ta chưa có một trung tâm nghiên cứu về bán dẫn đủ mạnh, và cũng thiếu một hệ sinh thái về bán dẫn. Theo tôi, Việt Nam nên tận dụng làn sóng phát triển công nghệ bán dẫn và vi mạch bằng cách tập trung vào các lĩnh vực ngách có tiềm năng cạnh tranh, đầu tư vào R&D và đào tạo nguồn nhân lực, xây dựng hệ sinh thái công nghệ và công nghiệp hỗ trợ, ứng dụng công nghệ vào các ngành công nghiệp trọng điểm. Những chiến lược này sẽ giúp Việt Nam phát triển bền vững và cạnh tranh hiệu quả trong bối cảnh công nghệ toàn cầu đang thay đổi nhanh chóng.

Xin cảm ơn GS!

Nhà khoa học vật liệu Nguyễn Đức Hòa: “Vật liệu nano đầy thú vị!”- Ảnh 10.
Thanhnien.vn
Nguồn:https://thanhnien.vn/nha-khoa-hoc-vat-lieu-nguyen-duc-hoa-vat-lieu-nano-day-thu-vi-185240531094042686.htm

Cùng chủ đề

Nổi bật

Mới nhất

Cùng tác giả

Trình Quốc hội 2 phương án phân phối khoản kinh phí công đoàn 2%

Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam trình Quốc hội 2 phương án phân phối khoản kinh phí công đoàn 2% quỹ tiền lương làm căn cứ đóng bảo hiểm xã hội tại dự thảo luật Công đoàn sửa đổi. Chiều 3.6, Chủ tịch Tổng liên đoàn Lao động Việt Nam Nguyễn Đình Khang đã trình Quốc hội dự thảo luật Công đoàn sửa đổi. Theo ông Khang, dự thảo luật đã hoàn thiện cơ chế tài chính công đoàn...

Bài đọc nhiều

Hồ Tây rực rỡ trong mùa hoa đa sắc màu

(Dân trí) - Hồ Tây đang vào thời điểm đẹp nhất trong năm bởi sắc màu đa dạng của rất nhiều loại cây đang nở hoa rực rỡ dọc các tuyến đường ven mặt nước. Hồ Tây rực rỡ trong mùa hoa đa sắc màu (Video: Hữu Nghị) Các loại cây được trồng phổ biến quanh hồ Tây như phượng vĩ, muồng hoàng yến, điệp vàng, bằng lăng... đang độ ra hoa đua sắc, rực rỡ nhất trong năm. Màu tím của...

Quà tặng hấp dẫn từ SHB khi khách hàng tham gia “Phiên chợ Đặc sản vùng miền Khánh Hòa năm 2024”

Khánh Hoà tổ chức “Phiên chợ Đặc sản vùng miền năm 2024” và “Tuyến phố thanh toán không dùng tiền mặt” tại khu vực công viên Thiếu nhi và công viên Yến Phi, phường Xương Huân, thành phố Nha Trang từ ngày 30/5 đến hết hôm nay 2/6. “Phiên chợ Đặc sản vùng miền Khánh Hoà năm 2024” là hoạt động xúc tiến thương mại có ý nghĩa kinh tế quan trọng, nhằm đẩy mạnh hoạt động quảng bá, giới...

LPBank sắp khai trương Văn phòng đại diện khu vực Miền Trung và Tây Nguyên tại Đà Nẵng

Đà Nẵng đang trên đường băng của lộ trình trở thành Trung tâm tài chính quốc tế. Và với “tầm vóc” ấy, không thể thiếu sự góp mặt của những định chế tài chính lớn như LPBank. Tiên phong kiến tạo Theo kế hoạch, “thành phố đáng sống” sẽ được nâng hạng để tận dụng những lợi thế sẵn có, không chỉ với khu vực miền Trung - Tây Nguyên, mà cả trên phạm vi cả nước và quốc tế. Trung...

Những thông tin cần thiết cho chuyến du lịch Pù Luông

Pù Luông, Thanh Hóa đang là một trong những điểm đến hot nhất gần đây. Trước những xô bồ của cuộc sống, du lịch Pù Luông chính là lựa chọn hoàn hảo để bạn được hòa mình với thiên nhiên trong lành, mát dịu và mang đến cảm giác bình yên nhất.  Thông tin về Pù Luông Pù Luông là khu bảo tồn thiên nhiên có diện tích 17.600 ha, nằm ở phía Tây Bắc tỉnh Thanh Hóa thuộc 2 huyện...

Thủ tướng dự lễ Kỷ niệm 420 năm hình thành tỉnh Quảng Bình

Tối 2/6, Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính thay mặt lãnh đạo Đảng, Nhà nước dự và phát biểu tại lễ Kỷ niệm 420 năm hình thành tỉnh Quảng Bình, 75 năm Ngày Quảng Bình quật khởi và 35 năm Ngày tái lập tỉnh. Tổng Bí thư Nguyễn Phú Trọng, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi lẵng hoa chúc mừng lễ Kỷ niệm. Vnews Nguồn:https://vnews.gov.vn/video/thu-tuong-du-le-ky-niem-420-nam-hinh-thanh-tinh-quang-binhmp4-123026.htm

Cùng chuyên mục

Bất cập về độ tuổi công tác, phụ cấp nhà ở, tiền lương với sĩ quan quân đội

Bên cạnh các bất cập về độ tuổi công tác, phụ cấp nhà ở đối với sĩ quan; quy định tiền lương của sĩ quan chưa được điều chỉnh kịp thời với mức tăng sinh hoạt, tăng trưởng chung của nền kinh tế, thấp hơn so với mức tiền lương, tiền thưởng của người lao động trong các doanh nghiệp, chưa tương xứng với tính chất đặc thù của Quân đội là ngành lao động đặc biệt; quy...

Cheo leo trên độ cao kéo đường dây 500kV mạch 3 qua Thanh Hóa

Nguồn: https://vietnamnet.vn/cheo-leo-tren-do-cao-keo-duong-day-500kv-mach-3-qua-thanh-hoa-2287347.html

Lễ hội đua ngựa ở Bắc Hà

Nhắc đến Bắc Hà, Lào Cai, chắc hẳn du khách sẽ nghĩ ngay đến Lễ hội đua ngựa truyền thống. Lễ hội này từ lâu đã trở thành thương hiệu gắn liền với địa danh "cao nguyên trắng." Tác giả Hanh Vu với bộ ảnh "Lễ hội đua ngựa Bắc Hà", ghi lại những hình ảnh đẹp tại lễ hội đua ngựa Bắc Hà. Lễ hội đã được ghi nhận là Di sản Văn hóa Phi vật thể Quốc gia,...

SeABank hoàn tất tăng vốn điều lệ lên 24.957 tỷ đồng

SeABank chính thức hoàn tất việc tăng vốn điều lệ lên 24.957 tỷ đồng thông qua đợt phát hành 42 triệu cổ phiếu. Được sự chấp thuận của Ngân hàng Nhà nước Việt Nam, Ngân hàng TMCP Đông Nam Á (SeABank, Hose: SSB) chính thức hoàn tất việc tăng vốn điều lệ lên 24.957 tỷ đồng thông qua đợt phát hành 42 triệu cổ phiếu theo Chương trình lựa chọn dành cho người lao động (ESOP) năm 2023 cho hơn 2.000 cán...

Mới nhất

Ông Donald Trump đưa ra cảnh báo nếu bị bỏ tù

Chia sẻ về khả năng nhận án tù, cựu Tổng thống nói: "Tôi không chắc công chúng sẽ ủng hộ điều đó. Tôi nghĩ công chúng sẽ khó chấp nhận....

CMC Telecom mang tới các giải pháp bảo mật cho hạ tầng số và Cloud tại Vietnam Security Summit 2024

Ngày 30/5, CMC Telecom đã mang đến các bảo mật hiện đại như CMC Managed Security Service và giải pháp bảo mật trên nền CMC Cloud - CMC Cloud Security Platform tới Security Summit 2024. Sự hiện diện của CMC Telecom tại hội thảo về an toàn, bảo mật lớn nhất tại Việt Nam thu hút sự chú ý mạnh...

Krungsri đồng hành SHBFinance ra mắt thẻ tín dụng “Sung túc” tại Việt Nam

Vừa qua, SHBFinance ra mắt thẻ tín dụng “Sung túc” tại Việt Nam cùng sự đồng hành của Krungsri (Ngân hàng Ayudhya PLC). Sự kiện phản ánh cam kết vững chắc của Krungsri đối với thị trường Việt Nam cũng như tham vọng mở rộng phạm vi cung cấp dịch vụ tài chính cho những khách hàng chưa được tiếp cận với...

Sinh động những lưới đánh cá đầy sắc màu ở biển Phú Yên

Dọc các bãi biển ở Phú Yên, không chỉ đẹp mê hồn bởi khung cảnh hoang sơ mà còn là một tuyệt tác nghệ thuật độc đáo vào mỗi mùa lưới vây về.  Những bức ảnh cho thấy khung cảnh ngoạn mục trên vùng biển Việt Nam được Nhiếp ảnh gia Benjamin Tortorelli chia sẻ thông qua bộ tác phẩm...

Mới nhất