O cientista de materiais Nguyen Duc Hoa: 'Os nanomateriais são fascinantes!'

Como físico aplicado, você já se sentiu cativado pelo romantismo e pela filosofia da física teórica? - A praticidade e a viabilidade da teoria são cruciais, pois uma teoria pode abrir novas perspectivas sobre fenômenos físicos, levando a novas tecnologias nunca antes consideradas. 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 fascinante de descoberta e inovação. Combinar física teórica e experimental proporciona uma experiência abrangente e enriquecedora para os físicos. Sempre me interessei e me senti motivado por problemas teóricos em física. É por isso que nossa pesquisa recente envolveu a colaboração entre experimentalistas e pesquisadores teóricos e computacionais. A teoria promete uma compreensão completa dos princípios fundamentais, além de fornecer uma base sólida a partir da qual novas perspectivas sobre fenômenos físicos podem ser abertas.

O Professor Dr. Nguyen Duc Hoa (à esquerda) com seu inspirador mentor – o Professor Dr. Nguyen Duc Chien.

Professor, poderia explicar em termos simples um dos seus principais temas de pesquisa: por que os nanomateriais possuem tantas propriedades inesperadas? Os nanomateriais operam em níveis atômicos e moleculares, onde as leis físicas usuais aplicáveis ​​em escalas maiores deixam de valer, incluindo efeitos de tamanho na nanoescala, diferenças nas relações superfície/volume, efeitos quânticos e fortes interações entre átomos nessa escala. Isso cria novas propriedades físicas, químicas e biológicas, abrindo um vasto leque de aplicações potenciais. Esse é o fascínio dos nanomateriais em diversas áreas, da medicina e eletrônica à energia… Um exemplo marcante é o elemento ouro (símbolo Au): em tamanhos maiores, ele é amarelo e insolúvel em água; mas quando reduzido à nanoescala, pode ser vermelho, azul ou de outras cores, dependendo do tamanho da partícula. Os pontos quânticos são nanopartículas semicondutoras com propriedades ópticas únicas: quando excitados, emitem luz cuja cor depende do tamanho da partícula. Os pontos quânticos são usados ​​em telas de TV (QLEDs), LEDs e em aplicações médicas, como imagens de fluorescência para diagnóstico de doenças.

Juntamente com meus colegas da Universidade Pedagógica de Hanói.

O que são materiais 1D e 2D? Todos os materiais que vemos não são 3D? - O mundo que percebemos é um mundo espacial 3D. Quando uma dimensão é muito maior que as outras duas, o objeto pode ser considerado unidimensional – ou seja, um material 1D; ou quando duas dimensões são muito maiores que a outra, o objeto é quase considerado bidimensional – ou seja, 2D. Na nanoescala, os materiais 1D e 2D possuem muitas propriedades únicas porque sua estrutura atômica é limitada a uma ou duas dimensões. Um material 1D, como os nanotubos de carbono (tubos cilíndricos ocos com diâmetro <100 nanômetros e comprimento que pode chegar a alguns micrômetros ou mais), possui resistência à tração parcial extremamente alta e boa condutividade elétrica e térmica. Nanofios (com diâmetro <100 nm e uma relação comprimento/diâmetro muito grande, feitos de diversos materiais como metais, semicondutores e óxidos metálicos) podem ser aplicados em sensores ou componentes eletrônicos. Um material bidimensional como o grafeno (com uma camada de átomos de carbono dispostos em uma estrutura hexagonal) possui propriedades mecânicas muito fortes, boa condutividade elétrica e térmica, e constitui a base para muitas pesquisas e aplicações em eletrônica, energia e eletrodos transparentes. Com a nanotecnologia, os materiais unidimensionais e bidimensionais estão sendo cada vez mais desenvolvidos e apresentando diversas aplicações, contribuindo para expandir a compreensão humana do mundo físico e prometendo avanços tecnológicos inovadores no futuro.

Em conjunto com colegas do ITIMS

Quanto mais decompomos as partículas da matéria, mais surpresas e aplicações potenciais descobrimos? O que resta se decompusermos as partículas ao mínimo absoluto? Esta é uma questão fascinante que ajuda a esclarecer alguns princípios fundamentais da ciência dos materiais e da nanotecnologia. De fato, quando decompomos as partículas da matéria em nanoescala, muitas propriedades novas e inesperadas emergem. Ao decompor ainda mais as partículas, aproximamo-nos do nível mais fundamental da matéria, ou seja, átomos e partículas subatômicas como prótons, nêutrons, quarks, léptons e bósons – atualmente as menores unidades constituintes dos materiais. Contudo, no futuro, muitas outras partículas fundamentais poderão ser descobertas ou previstas. É isso que motiva os cientistas de materiais, porque a ciência não tem fim. Esses também são os domínios do romantismo, da imaginação e da filosofia na física teórica.

Desde a antiguidade, nanopartículas têm sido encontradas em diversos artefatos. O que torna os nanomateriais tão importantes para a sociedade moderna? Os nanomateriais são incrivelmente importantes para a sociedade moderna não apenas por seu tamanho diminuto, mas principalmente por suas propriedades únicas e ampla gama de aplicações potenciais. Embora as nanopartículas existam desde a antiguidade (por exemplo, a Taça de Licurgo apresenta cores diferentes quando vista sob luz refletida ou transmitida), nossa compreensão e controle sobre elas avançaram drasticamente nas últimas décadas, abrindo caminho para muitas aplicações novas e inovadoras em diversos campos. Assim, a capacidade de fabricar e controlar nanomateriais é fundamental. A nanotecnologia não apenas abre novas possibilidades para aplicações atuais, mas também cria oportunidades revolucionárias para o futuro, contribuindo positivamente para o desenvolvimento econômico e social global.

Em conjunto com os colegas do ITIMS em Ba Vi

E quanto aos materiais supercondutores e suas aplicações? Simplificando, um material supercondutor é um material que, quando uma corrente elétrica flui através dele, permanece constante sem degradação ou perda de energia. Os materiais supercondutores têm diversas aplicações em áreas como medicina , transmissão de energia, trens de levitação magnética, aceleradores de partículas, etc. Atualmente, o dispositivo mais comum que utiliza materiais supercondutores são as máquinas de ressonância magnética (RM), que usam ímãs supercondutores para criar o forte campo magnético necessário para imagens detalhadas do interior do corpo. Graças aos materiais supercondutores, as máquinas de RM operam com mais eficiência e fornecem imagens de maior qualidade. Recentemente, a China testou com sucesso um trem de levitação magnética com bobinas supercondutoras em um tubo de vácuo, atingindo velocidades superiores a 623 km/h (a velocidade projetada pode chegar a 1.000 km/h). Talvez o maior desafio que atualmente impede a comercialização e o uso generalizado de materiais supercondutores seja sua baixíssima temperatura de operação. A supercondutividade exige 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 resistência mecânica, tecnologia de fabricação complexa, a capacidade de manter a supercondutividade em campos magnéticos intensos e a necessidade de supercondutividade sob alta pressão.

Em conversa com os colegas do laboratório.

Quais são os últimos desenvolvimentos na pesquisa do Professor sobre aplicações 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 aplicação em IoT (Internet das Coisas) para análise do hálito no diagnóstico de doenças. Este é um verdadeiro passo adiante e demonstra claramente o espírito interdisciplinar na pesquisa científica moderna. A combinação de nanomateriais, componentes eletrônicos e IoT não só abre um novo potencial para o diagnóstico de doenças, como também contribui para o desenvolvimento de tecnologias médicas avançadas, ou muitas aplicações em diversas áreas, como indústria, meio ambiente, segurança, etc. Nossa ideia surgiu em 2009, quando consultamos um artigo de pesquisa publicado na Nature Nanotechnology por Hosam Haick (Israel) sobre os resultados de "Diagnóstico de câncer de pulmão através do hálito usando nanopartículas de ouro". A pesquisa deste grupo indica que, comparando os resultados da análise do hálito de indivíduos saudáveis ​​e pacientes com câncer de pulmão, é possível identificar pacientes com a doença.

Interagir com especialistas em um evento.

Nossa pesquisa subsequente resultou na criação de sensores de gás semicondutores utilizando nanomateriais que oferecem melhor responsividade e limites de detecção de concentração de gás mais baixos em comparação com nanopartículas de ouro, e são totalmente capazes de serem desenvolvidos para aplicações em análise do hálito para triagem e diagnóstico de doenças. Esta é uma linha de pesquisa aplicada em um projeto financiado pela Fundação de Inovação Vingroup (VinIF) em 2019. Uma das principais razões para nossa confiança em propor este projeto desafiador à Fundação VinIF é a abordagem de "assunção de riscos" da Fundação. Graças a esse mecanismo progressivo, em vez de propor uma linha de pesquisa segura com resultados garantidos, decidimos explorar um tema inovador, mesmo que envolvesse alto risco. O princípio desta pesquisa é que, quando as pessoas sofrem de certas doenças, como câncer de pulmão, asma, diabetes, etc., isso afeta os processos metabólicos do corpo, criando gases característicos (biomarcadores) no hálito do paciente em diferentes concentrações. Esses biomarcadores variam de acordo com o tipo de doença. Sensores de gás são projetados para identificar e analisar esses biomarcadores, auxiliando na detecção precoce de doenças sem métodos invasivos, como biópsias. A onda dos microchips e semicondutores está mais forte do que nunca. De acordo com o professor, em que direção devemos aproveitar essa onda? - Exatamente, este tema está em alta e é o foco de muitas pesquisas, desenvolvimento e aplicações da tecnologia moderna. O crescimento e o progresso nessa área não apenas impulsionam o desenvolvimento da tecnologia da informação e comunicação, mas também têm um impacto profundo em muitos outros setores. Mas, francamente, nossa força de trabalho em semicondutores e microchips ainda é muito pequena, com expertise limitada. Além disso, o Vietnã atualmente carece de um centro de pesquisa em semicondutores suficientemente forte e de um ecossistema robusto para o setor. Na minha opinião, o Vietnã deve capitalizar o boom da tecnologia de semicondutores e microchips, concentrando-se em nichos de mercado com potencial competitivo, investindo em P&D e treinamento de recursos humanos, construindo um ecossistema tecnológico e industrial de apoio e aplicando a tecnologia a setores-chave. Essas estratégias ajudarão o Vietnã a alcançar o desenvolvimento sustentável e a competir efetivamente no contexto da rápida evolução tecnológica global. Obrigado, professor!

Thanhnien.vn

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