Materiałoznawca Nguyen Duc Hoa: „Nanomateriały są fascynujące!”

Czy jako fizyk stosowany, kiedykolwiek byłeś zafascynowany romantyzmem i filozofią fizyki teoretycznej? - Praktyczność i wykonalność teorii są kluczowe, ponieważ teoria może otworzyć nowe perspektywy na zjawiska fizyczne, prowadząc do nowych technologii, których wcześniej nie brano pod uwagę. 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 fascynującą podróż odkryć i innowacji. Połączenie fizyki teoretycznej i eksperymentalnej zapewnia fizykom wszechstronne i wzbogacające doświadczenie. Zawsze interesowałem się problemami teoretycznymi fizyki i motywowały mnie one do działania. Dlatego nasze ostatnie badania obejmowały współpracę eksperymentatorów z badaczami teoretycznymi i obliczeniowymi. Teoria obiecuje pełne zrozumienie fundamentalnych zasad, a także stanowi kompleksowy fundament, z którego można otworzyć nowe perspektywy na zjawiska fizyczne.

Profesor dr Nguyen Duc Hoa (po lewej) ze swoim inspirującym mentorem – profesorem dr Nguyen Duc Chien

Profesorze, czy mógłby Pan wyjaśnić w prostych słowach jeden z głównych tematów Pana badań: dlaczego nanomateriały mają tak wiele nieoczekiwanych właściwości? Nanomateriały działają na poziomie atomowym i molekularnym, gdzie zwykłe prawa fizyki obowiązujące w większych rozmiarach, w tym efekty wielkości w skali nano, różnice w stosunku powierzchni do objętości, efekty kwantowe i silne oddziaływania między atomami w skali nano, już nie obowiązują. To tworzy nowe właściwości fizyczne, chemiczne i biologiczne, otwierając ogromne możliwości zastosowań. To właśnie atrakcyjność nanomateriałów w wielu dziedzinach, od medycyny i elektroniki po energetykę… Uderzającym przykładem jest pierwiastek złota (symbol Au): w większych rozmiarach jest żółty i nierozpuszczalny w wodzie; ale po rozbiciu do skali nano może przybierać kolor czerwony, niebieski lub inny, w zależności od rozmiaru cząsteczki. Kropki kwantowe to półprzewodnikowe nanocząstki o unikalnych właściwościach optycznych: po wzbudzeniu emitują światło, którego kolor zależy od rozmiaru cząsteczki. Kropki kwantowe są stosowane w wyświetlaczach telewizyjnych (QLED), diodach LED oraz w zastosowaniach medycznych, np. w obrazowaniu fluorescencyjnym służącym do diagnostyki chorób.

Razem z moimi kolegami z Uniwersytetu Pedagogicznego w Hanoi

Czym są materiały 1D i 2D? Czy wszystkie 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 wymiaru, obiekt jest prawie uważany za dwuwymiarowy - czyli 2D. W skali nano materiały 1D i 2D mają wiele unikalnych właściwości, ponieważ ich struktura atomowa jest ograniczona do jednego lub dwóch wymiarów. Materiał 1D, taki jak nanorurki węglowe (puste cylindryczne rurki o średnicy <100 nanometrów i długości, która może osiągnąć kilka mikrometrów lub więcej) ma niezwykle wysoką częściową wytrzymałość na rozciąganie i dobrą przewodność elektryczną i cieplną. Nanodruty (o średnicy < 100 nm i bardzo dużym stosunku długości do średnicy, wykonane z różnych materiałów, takich jak metale, półprzewodniki i tlenki metali) mogą być stosowane w czujnikach lub elementach elektronicznych. Materiał 2D, taki jak grafen (o grubości jednej warstwy atomów węgla ułożonych w strukturę plastra miodu), charakteryzuje się bardzo silnymi właściwościami mechanicznymi, dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym i stanowi podstawę wielu badań i zastosowań w elektronice, energetyce i przezroczystych elektrodach. Dzięki nanotechnologii materiały 1D i 2D rozwijają się coraz bardziej i znajdują różnorodne zastosowania, przyczyniając się do poszerzenia ludzkiej wiedzy o świecie fizycznym i obiecując przełomowe postępy technologiczne w przyszłości.

Wraz z kolegami z ITIMS

Czy im bardziej rozbijamy cząstki materialne, tym więcej niespodzianek i potencjalnych zastosowań odkrywamy? Co pozostaje, jeśli rozbijemy cząstki do absolutnego minimum? To fascynujące pytanie, które pomaga wyjaśnić pewne fundamentalne zasady materiałoznawstwa i nanotechnologii. Rzeczywiście, gdy rozbijamy cząstki materialne do skali nano, ujawnia się wiele nowych i nieoczekiwanych właściwości. Poprzez dalszy rozbijanie cząstek, zbliżamy się do najbardziej fundamentalnego poziomu materii, a mianowicie atomów i cząstek subatomowych, takich jak protony, neutrony, kwarki, leptony i bozony – obecnie najmniejszych jednostek składowych materiałów. Jednak w przyszłości może zostać odkrytych lub przewidywanych zostanie istnienie o wiele więcej cząstek fundamentalnych. To właśnie motywuje materiałoznawców, ponieważ nauka nie ma punktu końcowego. Są to również dziedziny romantyzmu, wyobraźni i filozofii w fizyce teoretycznej.

Nanocząstki odnajdywano w wielu artefaktach już od czasów starożytnych. Co sprawia, że ​​nanomateriały są tak ważne dla współczesnego społeczeństwa? Nanomateriały są niezwykle 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. Chociaż nanocząstki istniały już od czasów starożytnych (na przykład Puchar Likurga będzie miał różne kolory w świetle odbitym lub przechodzącym), nasza wiedza i kontrola nad nimi znacznie się rozwinęły w ostatnich dekadach, otwierając wiele nowych i przełomowych zastosowań w różnych dziedzinach. Dlatego kluczowa jest umiejętność wytwarzania i kontrolowania nanomateriałów. 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.

Wraz z kolegami z ITIMS w Ba Vi

A co z materiałami nadprzewodzącymi i ich zastosowaniami? Mówiąc najprościej, materiał nadprzewodzący to materiał, który pod wpływem przepływu prądu elektrycznego pozostaje stały bez degradacji ani utraty energii. Materiały nadprzewodzące znajdują 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 z powodzeniem przetestowały pociąg lewitacji magnetycznej z cewkami nadprzewodzącymi w rurze próżniowej, osiągając prędkość ponad 623 km/h (prędkość projektowa mogłaby osiągnąć 1000 km/h). Być może największym wyzwaniem utrudniającym obecnie komercjalizację i powszechne zastosowanie materiałów nadprzewodzących jest ich bardzo 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 wytrzymałość mechaniczna, skomplikowana technologia wytwarzania, możliwość utrzymania nadprzewodnictwa w silnych polach magnetycznych oraz wymóg nadprzewodnictwa pod wysokim ciśnieniem.

Dyskusja z kolegami w laboratorium.

Jakie są najnowsze osiągnięcia Profesora w badaniach nad zastosowaniami 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 narodził się w 2009 roku, kiedy to zapoznaliśmy się z artykułem badawczym opublikowanym w czasopiśmie Nature Nanotechnology przez Hosama Haicka (Izrael) na temat wyników „Diagnostyki raka płuc na podstawie oddechu z wykorzystaniem nanocząstek złota”. Badania tej grupy wskazują, że porównanie wyników analizy oddechu osób zdrowych i pacjentów z rakiem płuc umożliwia identyfikację pacjentów z rakiem płuc.

Interakcja z ekspertami na wydarzeniu.

Nasze dalsze badania zaowocowały stworzeniem półprzewodnikowych czujników gazu wykorzystujących nanomateriały, które oferują lepszą czułość i niższe granice detekcji stężenia gazu w porównaniu z nanocząstkami złota, a także są w pełni gotowe do zastosowania w analizie oddechu w badaniach przesiewowych i diagnostyce chorób. Jest to kierunek badań zastosowany w projekcie finansowanym przez Vingroup Innovation Foundation (VinIF) w 2019 roku. Jedną z sił napędowych naszej pewności w zaproponowaniu tego ambitnego projektu Fundacji VinIF jest jej podejście oparte na „podejmowaniu ryzyka”. Dzięki temu progresywnemu mechanizmowi, zamiast proponować bezpieczny kierunek badań z gwarantowanymi rezultatami, zdecydowaliśmy się zająć przełomowym tematem, nawet jeśli wiązał się on z wysokim ryzykiem. Zasada tych badań polega na tym, że u osób cierpiących na określone choroby, takie jak rak płuc, astma, cukrzyca itp., wpływa to na procesy metaboliczne w organizmie, tworząc w ten sposób charakterystyczne gazy (biomarkery) w oddechu pacjenta o różnych stężeniach. Biomarkery te będą się różnić w zależności od rodzaju choroby. Czujniki gazu zostały zaprojektowane do identyfikacji i analizy tych biomarkerów, pomagając we wczesnym wykrywaniu chorób bez konieczności stosowania inwazyjnych metod, takich jak biopsje. Fala mikroczipów i układów scalonych jest bardziej gorąca niż kiedykolwiek. Według profesora, w jakim kierunku powinniśmy wykorzystać tę falę? - Zgadza się, ten temat jest bardzo gorący i znajduje się w 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. Szczerze mówiąc, nasza kadra zajmująca się półprzewodnikami i mikroprocesorami jest nadal zbyt mała i ma ograniczoną wiedzę specjalistyczną. Ponadto Wietnamowi brakuje obecnie wystarczająco silnego centrum badań nad półprzewodnikami i solidnego ekosystemu półprzewodnikowego. Moim zdaniem Wietnam powinien wykorzystać boom technologiczny w dziedzinie półprzewodników i mikroprocesorów, koncentrując się na niszowych obszarach o potencjale konkurencyjnym, inwestując w badania i rozwój oraz szkolenia kadrowe, budując technologię i wspierając ekosystem przemysłowy oraz wdrażając technologię w kluczowych branżach. Strategie te pomogą Wietnamowi osiągnąć zrównoważony rozwój i skutecznie konkurować w kontekście szybko zmieniającej się globalnej technologii. Dziękuję, Profesorze!

Thanhnien.vn

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