Materiaalwetenschapper Nguyen Duc Hoa: 'Nanomaterialen zijn zo interessant!'

Bent u als toegepast natuurkundige ooit "gefascineerd" geweest door de romantiek en filosofie van de theoretische natuurkunde? - De praktische toepasbaarheid en haalbaarheid van een theorie zijn erg belangrijk, omdat een theorie nieuwe perspectieven kan openen op natuurkundige verschijnselen, wat kan leiden tot nieuwe technologieën die nog nooit eerder zijn bedacht. Abstracte concepten kunnen leiden tot praktische toepassingen in nanotechnologie, nieuwe materialen, geneeskunde en kwantuminformatie... Daarom is de romantiek en filosofie van de theoretische natuurkunde niet alleen aantrekkelijk, maar vult ze ook de praktische toepasbaarheid van de toegepaste natuurkunde aan, wat een spannende reis van ontdekking en creativiteit creëert. De combinatie van theoretische natuurkunde en experimentele natuurkunde zal natuurkundigen een uitgebreide en rijke ervaring opleveren. Ik ben altijd geïnteresseerd geweest in en gemotiveerd door theoretische problemen in de natuurkunde. Daarom is er in onze recente studies samenwerking geweest tussen experimentalisten en theoretische en computationele onderzoekers. De theorie belooft een volledig begrip van fundamentele principes en biedt een uitgebreide basis van waaruit nieuwe perspectieven op natuurkundige verschijnselen kunnen worden geopend.

Prof. Dr. Nguyen Duc Hoa (links) met zijn inspirerende leraar - Prof. Dr. People's Teacher Nguyen Duc Chien

Kunt u op een begrijpelijke manier een van uw belangrijkste onderzoeksonderwerpen uitleggen: waarom hebben nanomaterialen zoveel verrassende eigenschappen? - Nanomaterialen werken op atomair en moleculair niveau, waar de natuurkundige wetten die gewoonlijk bij grote deeltjesgroottes voorkomen, niet langer van toepassing zijn, waaronder grootte-effecten op nanoschaal, verschillen in oppervlakte-volumeverhouding, kwantumeffecten en sterke interacties tussen atomen op nanoschaal. Dit creëert nieuwe fysische, chemische en biologische eigenschappen, wat een breed scala aan potentiële toepassingen mogelijk maakt. Dat is de opwinding van nanomaterialen in veel vakgebieden, zoals de geneeskunde, elektronica, energie, enz. Een speciaal voorbeeld is het element goud (symbool Au): in grote deeltjesgrootte is het geel en onoplosbaar in water; maar wanneer het wordt afgebroken tot nanodeeltjes, kan het rood, blauw of een andere kleur hebben, afhankelijk van de deeltjesgrootte. Quantum dots zijn halfgeleidende nanodeeltjes met speciale optische eigenschappen: wanneer ze worden geëxciteerd, zenden ze licht uit waarvan de kleur afhangt van de deeltjesgrootte. Quantum dots worden gebruikt in tv-schermen (QLED), ledlampen en medische toepassingen, zoals het afbeelden van fluorescerende markers voor ziektediagnostiek.

Met vrienden van de Hanoi National University of Education

Wat zijn 1D- en 2D-materialen? Zijn de materialen die we zien niet 3D? - De wereld die we waarnemen is een ruimtelijke 3D-wereld. Wanneer één dimensie veel groter is dan de andere twee dimensies, kan het object als 1-dimensionaal worden beschouwd - dat wil zeggen een 1D-materiaal; of wanneer twee dimensies veel groter zijn dan de andere, is het object bijna 2-dimensionaal - dat wil zeggen 2D. Op nanoschaal hebben 1D- en 2D-materialen veel unieke eigenschappen omdat hun atomaire structuur beperkt is tot 1 of 2 dimensies. Een 1D-materiaal zoals koolstofnanobuizen (holle cilindrische buisjes met een diameter van <100 nanometer en een lengte van enkele micrometers of meer) heeft een extreem hoge specifieke treksterkte en een goede elektrische en thermische geleidbaarheid. Een nanodraad (met een diameter < 100 nm en een zeer grote lengte/diameterverhouding, kan van veel verschillende materialen worden gemaakt, zoals metalen, halfgeleiders en metaaloxiden... kan worden gebruikt in sensoren of elektronische componenten. Een 2D-materiaal zoals grafeen (met een laag koolstofatomen gerangschikt in een honingraatnetwerk) heeft zeer duurzame mechanische eigenschappen, goede elektrische en thermische geleidbaarheid en vormt de basis voor veel onderzoeken en toepassingen in elektronica, energie en transparante elektroden... Met nanotechnologie ontwikkelen 1D- en 2D-materialen zich steeds verder en hebben ze uiteenlopende toepassingen, wat bijdraagt ​​aan het vergroten van het menselijk begrip van de fysieke wereld en veelbelovende baanbrekende technologische vooruitgang in de toekomst.

Met collega's bij ITIMS

Is het waar dat hoe kleiner de deeltjes van materialen zijn, hoe meer verrassingen en potentiële toepassingen er zijn? Als we de deeltjes helemaal tot het einde opdelen, wat houden we dan over? - Deze vraag is erg interessant en helpt enkele basisprincipes in de materiaalkunde en nanotechnologie te verduidelijken. Wanneer we de deeltjes van materialen opdelen tot nanogrootte, komen er immers veel nieuwe en verrassende eigenschappen naar voren. Naarmate we de deeltjes verder opdelen, zullen we het meest basale niveau van materie naderen, namelijk atomen en subatomaire deeltjes zoals protonen, neutronen, quarks, leptonen en bosonen - momenteel de kleinste samenstellende eenheden van materialen. In de toekomst is het echter mogelijk dat er meer fundamentele deeltjes worden gevonden of dat het bestaan ​​ervan wordt voorspeld. Dat is de drijvende kracht voor materiaalwetenschappers, want wetenschap kent geen einde. Dit zijn ook de domeinen van romantiek, verbeelding en filosofie in de theoretische natuurkunde.

Sinds de oudheid hebben mensen nanodeeltjes in talloze artefacten ontdekt. ​​Wat maakt nanomaterialen zo belangrijk voor de moderne samenleving? - Nanomaterialen zijn van groot belang geworden voor de hedendaagse samenleving, niet alleen vanwege hun kleine formaat, maar vooral vanwege hun unieke eigenschappen en brede scala aan potentiële toepassingen. Hoewel nanodeeltjes al sinds de oudheid bestaan ​​(de Lycurgus Cup heeft bijvoorbeeld verschillende kleuren wanneer deze wordt bekeken onder gereflecteerd of doorvallend licht), zijn hun begrip en beheersing ervan de afgelopen decennia enorm toegenomen, wat vele nieuwe en baanbrekende toepassingen op vele gebieden mogelijk heeft gemaakt. De mogelijkheid om nanomaterialen te produceren en te beheersen is daarom cruciaal. Nanotechnologie opent niet alleen nieuwe mogelijkheden voor huidige toepassingen, maar creëert ook baanbrekende kansen voor de toekomst, wat een positieve bijdrage levert aan de wereldwijde economische en sociale ontwikkeling.

Met ITIMS-collega's in Ba Vi

Hoe zit het met supergeleidende materialen en hun toepassingen? - Supergeleidende materialen zijn, simpel gezegd, materialen die, wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat, eeuwig meegaan zonder af te nemen of energie te verliezen. Supergeleidende materialen hebben veel verschillende toepassingen in gebieden zoals geneeskunde , energieoverdracht, magnetische levitatietreinen, deeltjesversnellers, enz. Momenteel is het meest populaire apparaat dat gebruikmaakt van supergeleidende materialen Magnetic Resonance Imaging (MRI)-machines die supergeleidende magneten gebruiken om het sterke magnetische veld te creëren dat nodig is voor gedetailleerde beeldvorming in het lichaam. Dankzij supergeleidende materialen werken MRI-machines efficiënter en leveren ze beelden van hogere kwaliteit. Onlangs heeft China met succes een trein getest die reed op een magnetische levitatie van supergeleidende spoelen in een vacuümbuis, waarbij snelheden tot 623 km/u werden bereikt (de ontwerpsnelheid kan 1.000 km/u bereiken). Misschien wel de grootste uitdaging die momenteel de commercialisering en wijdverbreide toepassing van supergeleidende materialen verhindert, is de extreem lage bedrijfstemperatuur. Supergeleiding vereist het gebruik van complexe en dure koelsystemen, zoals vloeibaar helium (-269 °C) of vloeibare stikstof (-196 °C), om lage temperaturen te handhaven. Andere uitdagingen zijn de hoge productiekosten, de slechte mechanische duurzaamheid, complexe fabricagetechnieken, het vermogen om de supergeleidende toestand te handhaven in sterke magnetische velden, of de vereiste voor de supergeleidende toestand onder hoge druk.

Praten met collega's in het lab

Wat zijn de nieuwste ontwikkelingen in het onderzoek van de professor naar de toepassing van nanomaterialen? - Na ongeveer 10 jaar fundamenteel onderzoek, met bepaalde resultaten op het gebied van nanomaterialen en sensoren, besloot onze groep onderzoek te doen naar geïntegreerde nanomaterialen voor toepassingen in IoT (Internet of Things) voor ademanalyse om ziekten te diagnosticeren. Dit is een ware ontwikkelingsstap en toont duidelijk de interdisciplinaire geest van modern wetenschappelijk onderzoek. De combinatie van nanomaterialen, elektronische componenten en IoT opent niet alleen nieuwe mogelijkheden voor ziektediagnostiek, maar draagt ​​ook bij aan de ontwikkeling van geavanceerde medische technologieën of vele toepassingen in verschillende sectoren zoals industrie, milieu, veiligheid... Ons idee ontstond in 2009, verwijzend naar het onderzoekswerk in het tijdschrift Nature Nanotechnology onder leiding van Hosam Haick (Israël) over de resultaten van "Diagnosing lung cancer through breath using gold nanoparticles". Het onderzoek van deze groep toont aan dat het mogelijk is om longkankerpatiënten te identificeren door de ademanalyseresultaten van gezonde mensen en longkankerpatiënten te vergelijken.

Praat met een expert op een evenement

Ons vervolgonderzoek heeft geleid tot een halfgeleidergassensor met nanomaterialen die een betere respons en lagere detectielimieten voor gasconcentraties biedt dan goudnanomaterialen en volledig kan worden ontwikkeld voor toepassing in ademanalyse voor ziektescreening en -diagnostiek. Dit is de toegepaste onderzoeksrichting in een project dat in 2019 werd gefinancierd door de Vingroup Innovation Foundation (VinIF). Een van de redenen waarom we dit uitdagende project vol vertrouwen aan VinIF voorleggen, is het risicovolle karakter van de stichting. Dankzij dit progressieve mechanisme zijn we, in plaats van een veilige onderzoeksrichting met een betrouwbaar product voor te stellen, vastbesloten om een ​​baanbrekend onderwerp te onderzoeken, ondanks de mogelijke hoge risico's. Het principe van dit onderzoek is dat wanneer mensen lijden aan bepaalde ziekten zoals longkanker, astma, diabetes, enz., dit de stofwisseling van het lichaam beïnvloedt, waardoor er karakteristieke gassen (biologische markers) met verschillende concentraties in de adem van de patiënt ontstaan. Deze biologische markers veranderen per ziektetype. De gassensor is ontworpen om biologische markers te identificeren en te analyseren, waardoor ziekten vroegtijdig kunnen worden opgespoord zonder invasieve methoden zoals biopsie. De golf van microchips en halfgeleiderchips wordt populairder dan ooit. Volgens de professor, in welke richting moeten we deze golf benutten? - Ja, dit onderwerp is zeer actueel en staat centraal in veel onderzoek, ontwikkelingen en toepassingen van moderne technologie. De groei en vooruitgang op dit gebied bevordert niet alleen de ontwikkeling van informatie- en communicatietechnologie, maar heeft ook een grote impact op veel andere industrieën. Maar eerlijk gezegd is ons halfgeleider- en microchipteam nog steeds te klein, met beperkte expertise. Bovendien hebben we in Vietnam momenteel geen sterk genoeg halfgeleideronderzoekscentrum en ontbreekt het ons ook aan een halfgeleiderecosysteem. Naar mijn mening zou Vietnam moeten profiteren van de golf van ontwikkeling van halfgeleider- en microchiptechnologie door zich te richten op nichegebieden met concurrentiepotentieel, te investeren in R&D en personeelsopleidingen, een technologisch ecosysteem op te bouwen en industrieën te ondersteunen, en technologie toe te passen op sleutelindustrieën. Deze strategieën zullen Vietnam helpen zich duurzaam te ontwikkelen en effectief te concurreren in de snel veranderende wereldwijde technologische context. Dank u wel, professor!

Thanhnien.vn

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