Naukowiec zajmujący się materiałami Nguyen Duc Hoa: „Nanomateriały są naprawdę interesujące!”

Czy jako fizyk stosowany byłeś kiedyś „zafascynowany” romantyzmem i filozofią fizyki teoretycznej? – Praktyczność i wykonalność teorii są bardzo ważne, ponieważ teoria może otworzyć nowe perspektywy na zjawiska fizyczne, prowadząc do nowych technologii, o których nigdy wcześniej nie pomyślano. Abstrakcyjne koncepcje mogą prowadzić do praktycznych zastosowań w nanotechnologii, nowych materiałach, medycynie i informatyce kwantowej… Dlatego romantyzm i filozofia fizyki teoretycznej nie tylko przyciągają, ale także uzupełniają praktyczność fizyki stosowanej, tworząc ekscytującą podróż odkryć i kreatywności. Połączenie fizyki teoretycznej i eksperymentalnej przyniesie fizykom wszechstronne i bogate doświadczenie. Zawsze interesowałem się problemami teoretycznymi fizyki i motywowały mnie one do działania. Dlatego w naszych ostatnich badaniach nawiązaliśmy współpracę między eksperymentatorami a badaczami teoretycznymi i obliczeniowymi. Teoria obiecuje pełne zrozumienie fundamentalnych zasad, a także stanowi kompleksowy fundament, z którego można otworzyć nowe perspektywy na zjawiska fizyczne.

Prof. dr Nguyen Duc Hoa (po lewej) ze swoim inspirującym nauczycielem – prof. dr Nguyen Duc Chien

Czy możesz wyjaśnić w łatwy do zrozumienia sposób jeden z głównych tematów Twoich badań: dlaczego nanomateriały mają tak wiele zaskakujących właściwości? - Nanomateriały działają na poziomie atomowym i molekularnym, gdzie prawa fizyki powszechnie występujące przy dużych rozmiarach nie mają już zastosowania, w tym efekty wielkości w skali nano, różnice w stosunku powierzchni do objętości, efekty kwantowe i silne oddziaływania między atomami w skali nano. Tworzy to nowe właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne, otwierając szeroki zakres potencjalnych zastosowań. To właśnie ekscytuje nanomateriały w wielu dziedzinach, takich jak medycyna, elektronika, energetyka itp. Szczególnym przykładem jest pierwiastek złota (symbol Au): w dużych rozmiarach jest żółty i nierozpuszczalny w wodzie; ale po rozbiciu do rozmiarów nano może być czerwony, niebieski lub mieć inne kolory w zależności od rozmiaru cząsteczki. Kropki kwantowe to półprzewodnikowe nanocząstki o specjalnych właściwościach optycznych: po wzbudzeniu emitują światło, którego kolor zależy od rozmiaru cząsteczki. Kropki kwantowe wykorzystuje się w ekranach telewizorów (QLED), oświetleniu LED oraz w zastosowaniach medycznych, np. w obrazowaniu markerów fluorescencyjnych służących diagnostyce chorób.

Ze studentami Narodowego Uniwersytetu Edukacyjnego w Hanoi

Czym są materiały 1D i 2D? Czy materiały, które widzimy, nie są trójwymiarowe? - Świat, który postrzegamy, jest trójwymiarowym światem przestrzennym. Gdy jeden wymiar jest znacznie większy od dwóch pozostałych wymiarów, obiekt można uznać za jednowymiarowy - czyli materiał 1D; lub gdy dwa wymiary są znacznie większe od drugiego, obiekt jest prawie dwuwymiarowy - czyli 2D. W skali nano materiały 1D i 2D mają wiele unikalnych właściwości, ponieważ ich struktura atomowa jest ograniczona do 1 lub 2 wymiarów. Materiał 1D, taki jak nanorurki węglowe (puste cylindryczne rurki o średnicy <100 nanometrów i długości do kilku mikrometrów lub więcej) ma wyjątkowo wysoką wytrzymałość na rozciąganie i dobrą przewodność elektryczną i cieplną. Nanodrut (o średnicy < 100 nm i bardzo dużym stosunku długości do średnicy) może być wykonany z wielu różnych materiałów, takich jak metale, półprzewodniki i tlenki metali... może być stosowany w czujnikach lub elementach elektronicznych. Materiał 2D, taki jak grafen (z warstwą atomów węgla ułożonych w sieć plastra miodu), ma bardzo silne właściwości mechaniczne, dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne i stanowi podstawę wielu badań i zastosowań w elektronice, energetyce i przezroczystych elektrodach... Dzięki nanotechnologii materiały 1D i 2D rozwijają się coraz bardziej i mają różnorodne zastosowania, przyczyniając się do poszerzenia ludzkiej wiedzy o świecie fizycznym i obiecując przełomowe osiągnięcia technologiczne w przyszłości.

Z kolegami z ITIMS

Czy to prawda, że ​​im mniejsze są cząstki materiałów, tym więcej niespodzianek i potencjalnych zastosowań? Jeśli podzielimy cząstki do samego końca, co nam pozostanie? - To pytanie jest bardzo interesujące i pomaga wyjaśnić pewne podstawowe zasady nauki o materiałach i nanotechnologii. Rzeczywiście, gdy podzielimy cząstki materiałów do rozmiaru nano, pojawia się wiele nowych i zaskakujących właściwości. W miarę jak będziemy kontynuować podział cząstek, zbliżymy się do najbardziej podstawowego poziomu materii, czyli atomów i cząstek subatomowych, takich jak protony, neutrony, kwarki, leptony i bozony - które są obecnie najmniejszymi jednostkami składowymi materiałów. Jednak w przyszłości możliwe jest odkrycie lub przewidywanie istnienia bardziej fundamentalnych cząstek. To jest siła napędowa dla naukowców zajmujących się materiałami, ponieważ nauka nie ma końca. Są to również dziedziny romansu, wyobraźni i filozofii w fizyce teoretycznej.

Nanocząstki odkryto w wielu artefaktach już w starożytności. Co sprawia, że ​​nanomateriały są tak ważne dla współczesnego społeczeństwa? - Nanomateriały są tak ważne dla współczesnego społeczeństwa nie tylko ze względu na swoje niewielkie rozmiary, ale przede wszystkim ze względu na swoje unikalne właściwości i szeroki zakres potencjalnych zastosowań, jakie oferują. Chociaż nanocząstki istniały już od czasów starożytnych (np. Puchar Likurga będzie wyglądał na inny kolor w świetle odbitym lub przechodzącym), ich zrozumienie i kontrola znacznie się rozwinęły w ostatnich dekadach, otwierając wiele nowych i przełomowych zastosowań w wielu dziedzinach. Zatem zdolność do wytwarzania i kontrolowania nanomateriałów jest sekretem. Nanotechnologia nie tylko otwiera nowy potencjał dla obecnych zastosowań, ale także stwarza przełomowe możliwości w przyszłości, przyczyniając się pozytywnie do globalnego rozwoju gospodarczego i społecznego.

Z kolegami z ITIMS w Ba Vi

A co z materiałami nadprzewodzącymi i ich zastosowaniami? - Mówiąc najprościej, materiały nadprzewodzące to materiały, które po przepuszczeniu przez nie prądu elektrycznego, będą trwać wiecznie, nie zmniejszając się ani nie tracąc energii. Materiały nadprzewodzące mają wiele różnych zastosowań w takich dziedzinach jak medycyna , przesył energii, pociągi lewitacji magnetycznej, akceleratory cząstek itp. Obecnie najpopularniejszym urządzeniem wykorzystującym materiały nadprzewodzące są aparaty do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), które wykorzystują magnesy nadprzewodzące do wytworzenia silnego pola magnetycznego niezbędnego do szczegółowego obrazowania wnętrza ciała. Dzięki materiałom nadprzewodzącym aparaty MRI działają wydajniej i zapewniają obrazy wyższej jakości. Niedawno Chiny pomyślnie przetestowały pociąg poruszający się na lewitacji magnetycznej cewek nadprzewodzących w rurze próżniowej, osiągający prędkości do 623 km/h (prędkość projektowa może osiągnąć 1000 km/h). Być może największym wyzwaniem, które obecnie uniemożliwia komercjalizację i powszechne zastosowanie materiałów nadprzewodzących, jest wyjątkowo niska temperatura pracy. Nadprzewodnictwo wymaga stosowania skomplikowanych i kosztownych systemów chłodzenia, takich jak ciekły hel (-269°C) lub ciekły azot (-196°C), aby utrzymać niską temperaturę. Inne wyzwania to wysokie koszty produkcji, niska trwałość mechaniczna, skomplikowane techniki wytwarzania, możliwość utrzymania stanu nadprzewodnictwa w silnych polach magnetycznych lub konieczność utrzymania stanu nadprzewodnictwa pod wysokim ciśnieniem.

Rozmowa z kolegami w laboratorium

Jakie są nowe osiągnięcia w badaniach Profesora nad zastosowaniem nanomateriałów? – Po około 10 latach badań podstawowych, z pewnymi osiągnięciami w dziedzinie nanomateriałów i czujników, nasza grupa zdecydowała się na badania nad zintegrowanymi nanomateriałami do zastosowań w Internecie Rzeczy (IoT) do analizy oddechu w diagnostyce chorób. To prawdziwy krok naprzód i wyraźny dowód interdyscyplinarnego ducha nowoczesnych badań naukowych. Połączenie nanomateriałów, komponentów elektronicznych i Internetu Rzeczy nie tylko otwiera nowe możliwości w diagnostyce chorób, ale także przyczynia się do rozwoju zaawansowanych technologii medycznych, a także wielu zastosowań w różnych dziedzinach, takich jak przemysł, ochrona środowiska, bezpieczeństwo… Nasz pomysł zrodził się w 2009 roku, kiedy nawiązano do prac badawczych opublikowanych w czasopiśmie „Nature Nanotechnology” pod kierownictwem Hosama Haicka (Izrael), dotyczących wyników „Diagnosing lung cancer through breath using gold nanoparticles” (Diagnozowanie raka płuc poprzez oddech z wykorzystaniem nanocząsteczek złota). Badania tej grupy pokazują, że porównanie wyników analizy oddechu osób zdrowych i pacjentów z rakiem płuc umożliwia identyfikację pacjentów z rakiem płuc.

Porozmawiaj z ekspertem na wydarzeniu

Nasze dalsze badania doprowadziły do ​​stworzenia półprzewodnikowego czujnika gazu wykorzystującego nanomateriały, który zapewnia lepszą reakcję, niższe granice wykrywalności stężenia gazu niż nanocząsteczki złota i może być w pełni rozwinięty do zastosowań w analizie oddechu w badaniach przesiewowych i diagnostyce chorób. Jest to kierunek badań stosowanych w projekcie finansowanym przez Vingroup Innovation Foundation (VinIF) w 2019 roku. Jedną z motywacji, dla których śmiało proponujemy VinIF ten ambitny projekt, jest „ryzykowna” natura Fundacji. Dzięki temu progresywnemu mechanizmowi, zamiast proponować bezpieczny kierunek badań, który z pewnością doprowadzi do powstania produktu, jesteśmy zdeterminowani, aby zająć się przełomowym tematem, pomimo wysokiego potencjalnego ryzyka. Zasada tych badań polega na tym, że u osób cierpiących na określone choroby, takie jak rak płuc, astma, cukrzyca itp., wpływa to na metabolizm organizmu, tworząc w oddechu pacjenta charakterystyczne gazy (markery biologiczne) o różnych stężeniach. Te markery biologiczne będą się różnić w zależności od rodzaju choroby. Czujniki gazu zostały zaprojektowane do identyfikacji i analizy markerów biologicznych, pomagając we wczesnym wykrywaniu chorób bez inwazyjnych metod, takich jak biopsja. Fala rozwoju mikroprocesorów i układów scalonych półprzewodnikowych staje się coraz gorętsza. Według profesora, w jakim kierunku powinniśmy wykorzystać tę falę? - Tak, ten temat jest bardzo gorący i stanowi centrum wielu badań, rozwoju i zastosowań nowoczesnych technologii. Rozwój i postęp w tej dziedzinie nie tylko sprzyjają rozwojowi technologii informacyjno-komunikacyjnych, ale mają również głęboki wpływ na wiele innych branż. Ale szczerze mówiąc, nasz zespół zajmujący się półprzewodnikami i mikroprocesorami jest wciąż zbyt mały i ma ograniczoną wiedzę specjalistyczną. Ponadto w Wietnamie nie mamy obecnie wystarczająco silnego centrum badań nad półprzewodnikami, a także brakuje nam ekosystemu półprzewodników. Moim zdaniem Wietnam powinien wykorzystać falę rozwoju technologii półprzewodników i mikroprocesorów, koncentrując się na niszowych obszarach o potencjale konkurencyjnym, inwestując w badania i rozwój oraz szkolenia kadr, budując ekosystem technologiczny i wspierając branże oraz stosując technologię w kluczowych branżach. Strategie te pomogą Wietnamowi w zrównoważonym rozwoju i skutecznej konkurencji w szybko zmieniającym się globalnym kontekście technologicznym. Dziękuję, Profesorze!

Thanhnien.vn

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