Cientista de materiais Nguyen Duc Hoa: 'Nanomateriais são tão interessantes!'

Como físico aplicado, você já se sentiu "fascinado" pelo romantismo e pela filosofia da física teórica? - A praticidade e a viabilidade da teoria são muito importantes, pois uma teoria pode abrir novas perspectivas sobre fenômenos físicos, levando a novas tecnologias nunca antes imaginadas. Conceitos abstratos podem levar a aplicações práticas em nanotecnologia, novos materiais, medicina e informação quântica... Portanto, o romantismo e a filosofia da física teórica não apenas atraem, mas também complementam a praticidade da física aplicada, criando uma jornada emocionante de descoberta e criatividade. Combinar física teórica e física experimental proporcionará uma experiência abrangente e rica aos físicos. Sempre me interessei e me motivei por problemas teóricos em física. É por isso que, em nossos estudos recentes, houve colaboração entre experimentalistas e pesquisadores teóricos e computacionais. A teoria promete uma compreensão completa dos princípios fundamentais, além de fornecer uma base abrangente a partir da qual novas perspectivas sobre fenômenos físicos podem ser abertas.

Prof. Dr. Nguyen Duc Hoa (à esquerda) com seu professor inspirador - Prof. Dr. Professor do Povo Nguyen Duc Chien

Você pode explicar de forma fácil de entender um dos seus principais temas de pesquisa: por que os nanomateriais têm tantas propriedades surpreendentes? - Os nanomateriais operam no nível atômico e molecular, onde as leis físicas comumente encontradas em tamanhos grandes não se aplicam mais, incluindo efeitos de tamanho na nanoescala, diferenças na razão superfície/volume, efeitos quânticos e fortes interações entre átomos na nanoescala. Isso cria novas propriedades físicas, químicas e biológicas, abrindo uma ampla gama de aplicações potenciais. Essa é a empolgação dos nanomateriais em muitos campos, como medicina, eletrônica, energia, etc. Um exemplo especial é o elemento ouro (símbolo Au): quando em tamanhos grandes, é amarelo e insolúvel em água; mas quando decomposto em tamanho nano, pode ser vermelho, azul ou outras cores, dependendo do tamanho da partícula. Pontos quânticos são nanopartículas semicondutoras com propriedades ópticas especiais: quando excitadas, elas emitem luz cuja cor depende do tamanho da partícula. Pontos quânticos são usados ​​em telas de TV (QLED), luzes LED e aplicações médicas, como marcadores fluorescentes de imagem para diagnóstico de doenças.

Com amigos da Universidade Nacional de Educação de Hanói

O que são materiais 1D e 2D? Os materiais que vemos não são 3D? - O mundo que percebemos é um mundo espacial tridimensional. Quando uma dimensão é muito maior que as outras duas dimensões, o objeto pode ser considerado unidimensional — ou seja, um material unidimensional; ou quando duas dimensões são muito maiores que a outra, o objeto é quase bidimensional — ou seja, bidimensional. Na nanoescala, os materiais unidimensionais e bidimensionais têm muitas propriedades únicas, pois sua estrutura atômica é limitada a uma ou duas dimensões. Um material unidimensional, como os nanotubos de carbono (tubos cilíndricos ocos com diâmetros <100 nanômetros e comprimentos de até vários micrômetros ou mais), possui resistência à tração específica extremamente alta e boa condutividade elétrica e térmica. Um nanofio (com um diâmetro < 100 nm e uma relação comprimento/diâmetro muito grande, pode ser feito de muitos materiais diferentes, como metais, semicondutores e óxidos metálicos... pode ser usado em sensores ou componentes eletrônicos. Um material 2D como o grafeno (com uma camada de átomos de carbono dispostos em uma rede de favo de mel) tem propriedades mecânicas muito duráveis, boa condutividade elétrica e térmica e é a base para muitos estudos e aplicações em eletrônica, energia e eletrodos transparentes... Com a nanotecnologia, os materiais 1D e 2D estão se desenvolvendo cada vez mais e têm diversas aplicações, contribuindo para expandir a compreensão humana do mundo físico e prometendo avanços tecnológicos revolucionários no futuro.

Com colegas do ITIMS

É verdade que quanto menores as partículas dos materiais, mais surpresas e potenciais aplicações existem? Se dividirmos as partículas até o fim, o que nos resta? - Esta questão é muito interessante e ajuda a esclarecer alguns princípios básicos da ciência dos materiais e da nanotecnologia. De fato, quando dividimos as partículas dos materiais até o tamanho nano, muitas propriedades novas e surpreendentes aparecem. À medida que continuamos a dividir as partículas, nos aproximaremos do nível mais básico da matéria, ou seja, átomos e partículas subatômicas, como prótons, nêutrons, quarks, léptons e bósons - que são atualmente as menores unidades constituintes dos materiais. No entanto, no futuro, é possível que partículas mais fundamentais sejam encontradas ou que se preveja que existam. Essa é a força motriz para os cientistas dos materiais, porque a ciência não tem fim. Esses também são os reinos do romance, da imaginação e da filosofia na física teórica.

Desde a antiguidade, as pessoas têm descoberto nanopartículas em muitos artefatos. O que torna os nanomateriais tão importantes para a sociedade moderna? - Os nanomateriais tornaram-se extremamente importantes para a sociedade atual não apenas devido ao seu pequeno tamanho, mas principalmente devido às suas propriedades únicas e à ampla gama de aplicações potenciais. Embora as nanopartículas existam desde a antiguidade (por exemplo, a Taça de Licurgo terá cores diferentes quando vista sob luz refletida ou transmitida), sua compreensão e controle progrediram muito nas últimas décadas, abrindo muitas aplicações novas e inovadoras em muitos campos. Portanto, a capacidade de fabricar e controlar nanomateriais é a chave. A nanotecnologia não apenas abre novos potenciais para aplicações atuais, mas também cria oportunidades inovadoras no futuro, contribuindo positivamente para o desenvolvimento econômico e social global.

Com colegas do ITIMS em Ba Vi

E quanto aos materiais supercondutores e suas aplicações? - Materiais supercondutores, em termos simples, são materiais que, quando uma corrente elétrica passa por eles, a corrente dura para sempre sem diminuir ou perder energia. Materiais supercondutores têm muitas aplicações diferentes em campos como medicina , transmissão de energia, trens de levitação magnética, aceleradores de partículas, etc. Atualmente, o dispositivo mais popular que usa materiais supercondutores são as máquinas de ressonância magnética (MRI) que usam ímãs supercondutores para criar o forte campo magnético necessário para imagens detalhadas dentro do corpo. Graças aos materiais supercondutores, as máquinas de MRI operam com mais eficiência e fornecem imagens de maior qualidade. Recentemente, a China testou com sucesso um trem funcionando em uma levitação magnética de bobinas supercondutoras em um tubo de vácuo, atingindo velocidades de até 623 km/h (a velocidade de projeto pode chegar a 1.000 km/h). Talvez o maior desafio atualmente impedindo a comercialização e o uso generalizado de materiais supercondutores seja a temperatura de operação extremamente baixa. A supercondutividade requer o uso de sistemas de resfriamento complexos e caros, como hélio líquido (-269 °C) ou nitrogênio líquido (-196 °C), para manter baixas temperaturas. Outros desafios incluem altos custos de produção, baixa durabilidade mecânica, técnicas complexas de fabricação, a capacidade de manter o estado supercondutor em campos magnéticos fortes ou a necessidade de manter o estado supercondutor sob alta pressão.

Conversando com colegas no laboratório

Quais são os novos desenvolvimentos na pesquisa do Professor sobre a aplicação de nanomateriais? - Após cerca de 10 anos de pesquisa básica, com algumas conquistas na área de nanomateriais e sensores, nosso grupo decidiu pesquisar nanomateriais integrados para aplicações em IoT (Internet das Coisas) para análise da respiração e diagnóstico de doenças. Este é realmente um passo em direção ao desenvolvimento e demonstra claramente o espírito interdisciplinar na pesquisa científica moderna. A combinação de nanomateriais, componentes eletrônicos e IoT não apenas abre novos potenciais para o diagnóstico de doenças, mas também contribui para o desenvolvimento de tecnologias médicas avançadas, com muitas aplicações em diferentes áreas, como indústria, meio ambiente, segurança... Nossa ideia surgiu em 2009, ao nos referirmos ao trabalho de pesquisa publicado na revista Nature Nanotechnology, liderado por Hosam Haick (Israel), sobre os resultados do "Diagnosticando câncer de pulmão pela respiração usando nanopartículas de ouro". A pesquisa deste grupo mostra que, ao comparar os resultados da análise da respiração de pessoas saudáveis ​​e pacientes com câncer de pulmão, é possível identificar pacientes com câncer de pulmão.

Fale com um especialista em um evento

Nossa pesquisa subsequente criou um sensor de gás semicondutor usando nanomateriais que pode fornecer melhor resposta, limites de detecção de concentração de gás mais baixos do que o nano ouro e pode ser totalmente desenvolvido para aplicação em análise de respiração para triagem e diagnóstico de doenças. Esta é a direção da pesquisa aplicada em um projeto financiado pela Vingroup Innovation Foundation (VinIF) em 2019. Uma das motivações para propormos com confiança este projeto desafiador à VinIF é a natureza de "assunção de riscos" da fundação. Graças a esse mecanismo progressivo, em vez de propor uma direção de pesquisa segura, com um produto garantido, estamos determinados a desenvolver um tópico inovador, apesar do alto risco potencial. O princípio desta pesquisa é que, quando as pessoas sofrem de certas doenças, como câncer de pulmão, asma, diabetes, etc., isso afeta o metabolismo do corpo, criando gases característicos (marcadores biológicos) com diferentes concentrações na respiração do paciente. Esses marcadores biológicos mudam de forma diferente para cada tipo de doença. O sensor de gás foi projetado para identificar e analisar marcadores biológicos, ajudando a detectar doenças precocemente sem métodos invasivos, como a biópsia. A onda de microchips e chips semicondutores está se tornando mais quente do que nunca. Segundo o professor, em que direção devemos aproveitar essa onda? - Sim, este tópico é muito quente e é o centro de muitas pesquisas, desenvolvimentos e aplicações da tecnologia moderna. O crescimento e o progresso neste campo não apenas promovem o desenvolvimento da tecnologia da informação e comunicação, mas também têm um impacto profundo em muitas outras indústrias. Mas, para ser honesto, nossa equipe de semicondutores e microchips ainda é muito pequena, com expertise limitada. Além disso, no Vietnã hoje, não temos um centro de pesquisa de semicondutores forte o suficiente e também carecemos de um ecossistema de semicondutores. Na minha opinião, o Vietnã deveria aproveitar a onda de desenvolvimento da tecnologia de semicondutores e microchips, concentrando-se em áreas de nicho com potencial competitivo, investindo em P&D e treinamento de recursos humanos, construindo um ecossistema tecnológico e apoiando indústrias, e aplicando tecnologia em indústrias-chave. Essas estratégias ajudarão o Vietnã a se desenvolver de forma sustentável e competir efetivamente no contexto tecnológico global em rápida mudança. Obrigado, Professor!

Thanhnien.vn

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