Nguyen Duc Hoa, specialist în știința materialelor: „Nanomaterialele sunt fascinante!”

Ca fizician aplicat, ați fost vreodată captivat de romantismul și filosofia fizicii teoretice? - Practicitatea și fezabilitatea teoriei sunt cruciale, deoarece o teorie poate deschide noi perspective asupra fenomenelor fizice, ducând la noi tehnologii nemaiîntâlnite până acum. Conceptele abstracte pot duce la aplicații practice în nanotehnologie, materiale noi, medicină și informație cuantică... Prin urmare, romantismul și filosofia fizicii teoretice nu numai că atrag, ci și completează practicitatea fizicii aplicate, creând o călătorie fascinantă a descoperirii și inovației. Combinarea fizicii teoretice cu cea experimentală oferă o experiență cuprinzătoare și îmbogățitoare pentru fizicieni. Am fost întotdeauna interesat și motivat de problemele teoretice din fizică. De aceea, cercetările noastre recente au implicat colaborarea dintre experimentaliști și cercetători teoretici și computaționali. Teoria promite o înțelegere completă a principiilor fundamentale, precum și furnizarea unei fundații cuprinzătoare din care se pot deschide noi perspective asupra fenomenelor fizice.

Profesorul Dr. Nguyen Duc Hoa (stânga) cu mentorul său inspirator – Profesorul Dr. Nguyen Duc Chien

Domnule profesor, ați putea explica în termeni simpli unul dintre principalele dumneavoastră subiecte de cercetare: de ce au nanomaterialele atât de multe proprietăți neașteptate? Nanomaterialele funcționează la nivel atomic și molecular, unde legile fizice obișnuite aplicabile la dimensiuni mai mari nu se mai aplică, inclusiv efectele dimensiunii la nanoscară, diferențele în raporturile suprafață-volum, efectele cuantice și interacțiunile puternice dintre atomi la nanoscară. Acest lucru creează proprietăți fizice, chimice și biologice noi, deschizând vaste aplicații potențiale. Acesta este atractivitatea nanomaterialelor în multe domenii, de la medicină și electronică la energie... Un exemplu frapant este elementul aur (simbol Au): la dimensiuni mai mari, este galben și insolubil în apă; dar când este descompus la nanoscară, poate fi roșu, albastru sau alte culori, în funcție de dimensiunea particulelor. Punctele cuantice sunt nanoparticule semiconductoare cu proprietăți optice unice: atunci când sunt excitate, emit lumină a cărei culoare depinde de dimensiunea particulelor. Punctele cuantice sunt utilizate în afișaje TV (QLED), LED-uri și aplicații medicale, cum ar fi imagistica fluorescentă pentru diagnosticarea bolilor.

Împreună cu colegii mei de la Universitatea Pedagogică din Hanoi

Ce sunt materialele 1D și 2D? Nu sunt toate materialele pe care le vedem 3D? - Lumea pe care o percepem este o lume spațială 3D. Când o dimensiune este mult mai mare decât celelalte două dimensiuni, obiectul poate fi considerat unidimensional - adică un material 1D; sau când două dimensiuni sunt mult mai mari decât cealaltă dimensiune, obiectul este aproape considerat bidimensional - adică 2D. La nanoscală, materialele 1D și 2D au multe proprietăți unice, deoarece structura lor atomică este limitată la una sau două dimensiuni. Un material 1D, cum ar fi nanotuburile de carbon (tuburi cilindrice goale cu un diametru <100 nanometri și o lungime care poate ajunge la câțiva micrometri sau mai mult), are o rezistență parțială la tracțiune extrem de mare și o conductivitate electrică și termică bună. Nanofirele (cu un diametru < 100 nm și un raport lungime-diametru foarte mare, fabricate din diverse materiale, cum ar fi metale, semiconductori și oxizi metalici) pot fi aplicate în senzori sau componente electronice. Un material 2D precum grafenul (cu grosimea unui strat de atomi de carbon aranjați într-o rețea de tip fagure) posedă proprietăți mecanice foarte puternice, o bună conductivitate electrică și termică și formează baza multor cercetări și aplicații în electronică, energie și electrozi transparenți. Datorită nanotehnologiei, materialele 1D și 2D se dezvoltă din ce în ce mai mult și au aplicații diverse, contribuind la extinderea înțelegerii umane a lumii fizice și promițând progrese tehnologice inovatoare în viitor.

Împreună cu colegii de la ITIMS

Cu cât descompunem mai mult particulele materiale, cu atât descoperim mai multe surprize și aplicații potențiale? Ce rămâne dacă descompunem particulele la minimul absolut? Aceasta este o întrebare fascinantă care ajută la clarificarea unor principii fundamentale din știința materialelor și nanotehnologie. Într-adevăr, atunci când descompunem particulele materiale la scară nanometrică, apar multe proprietăți noi și neașteptate. Prin descompunerea suplimentară a particulelor, ne apropiem de cel mai fundamental nivel al materiei, și anume atomii și particulele subatomice, cum ar fi protonii, neutronii, quarcii, leptonii și bosonii - în prezent cele mai mici unități constitutive ale materialelor. Cu toate acestea, în viitor, s-ar putea descoperi sau se poate prezice că există mult mai multe particule fundamentale. Acesta este ceea ce îi motivează pe oamenii de știință din domeniul materialelor, deoarece știința nu are un punct final. Acestea sunt, de asemenea, tărâmurile romantismului, imaginației și filosofiei în fizica teoretică.

Încă din cele mai vechi timpuri, nanoparticulele au fost găsite în numeroase artefacte. Ce face ca nanomaterialele să fie atât de importante pentru societatea modernă? Nanomaterialele sunt incredibil de importante pentru societatea modernă nu numai datorită dimensiunilor lor mici, ci în primul rând datorită proprietăților lor unice și gamei largi de aplicații potențiale. Deși nanoparticulele există din cele mai vechi timpuri (de exemplu, Cupa Lycurgus va avea culori diferite atunci când este privită în lumină reflectată sau transmisă), înțelegerea și controlul nostru asupra lor au avansat dramatic în ultimele decenii, deschizând numeroase aplicații noi și inovatoare în diverse domenii. Astfel, capacitatea de a fabrica și controla nanomaterialele este cheia. Nanotehnologia nu numai că deschide un nou potențial pentru aplicațiile actuale, dar creează și oportunități inovatoare în viitor, contribuind pozitiv la dezvoltarea economică și socială globală.

Împreună cu colegii ITIMS din Ba Vi

Dar materialele supraconductoare și aplicațiile lor? Simplu spus, un material supraconductor este un material care, atunci când este traversat de un curent electric, rămâne constant fără degradare sau pierdere de energie. Materialele supraconductoare au numeroase aplicații în domenii precum medicina , transmisia de energie, trenurile de levitație magnetică, acceleratoarele de particule etc. În prezent, cel mai comun dispozitiv care utilizează materiale supraconductoare sunt aparatele de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN), care utilizează magneți supraconductori pentru a crea câmpul magnetic puternic necesar pentru imagistica detaliată a interiorului corpului. Datorită materialelor supraconductoare, aparatele RMN funcționează mai eficient și oferă imagini de calitate superioară. Recent, China a testat cu succes un tren de levitație magnetică cu bobine supraconductoare într-un tub vidat, atingând viteze de peste 623 km/h (viteza proiectată ar putea ajunge la 1.000 km/h). Poate cea mai mare provocare care împiedică în prezent comercializarea și utilizarea pe scară largă a materialelor supraconductoare este temperatura lor de funcționare foarte scăzută. Supraconductivitatea necesită utilizarea unor sisteme de răcire complexe și costisitoare, cum ar fi heliul lichid (-269°C) sau azotul lichid (-196°C) pentru a menține temperaturi scăzute. Alte provocări includ costurile de producție ridicate, rezistența mecanică slabă, tehnologia complexă de fabricație, capacitatea de a menține supraconductivitatea în câmpuri magnetice puternice și cerința de supraconductivitate sub presiune ridicată.

Discuții cu colegii din laborator.

Care sunt cele mai recente evoluții în cercetarea profesorului privind aplicațiile nanomaterialelor? - După aproximativ 10 ani de cercetare fundamentală, cu anumite realizări în domeniul nanomaterialelor și senzorilor, grupul nostru a decis să cerceteze nanomateriale integrate pentru aplicații în IoT (Internet of Things) pentru analiza respirației în diagnosticarea bolilor. Acesta este cu adevărat un pas înainte și demonstrează clar spiritul interdisciplinar din cercetarea științifică modernă. Combinarea nanomaterialelor, componentelor electronice și IoT nu numai că deschide un nou potențial pentru diagnosticarea bolilor, dar contribuie și la dezvoltarea tehnologiilor medicale avansate sau la numeroase aplicații în diverse domenii, cum ar fi industria, mediul, securitatea... Ideea noastră a apărut în 2009, când am consultat o lucrare de cercetare publicată în Nature Nanotechnology de Hosam Haick (Israel) despre rezultatele „Diagnosticării cancerului pulmonar prin respirație folosind nanoparticule de aur”. Cercetările acestui grup indică faptul că, prin compararea rezultatelor analizei respirației la persoane sănătoase și la pacienții cu cancer pulmonar, este posibilă identificarea pacienților cu cancer pulmonar.

Interacțiunea cu experți la un eveniment.

Cercetările noastre ulterioare au dus la crearea de senzori de gaz semiconductori folosind nanomateriale care oferă o reacție mai bună și limite de detecție a concentrației de gaz mai mici în comparație cu nanoparticulele de aur și sunt pe deplin capabili să fie dezvoltați pentru aplicații în analiza respirației pentru screening-ul și diagnosticarea bolilor. Aceasta este o direcție de cercetare aplicată într-un proiect finanțat de Vingroup Innovation Foundation (VinIF) în 2019. Una dintre forțele motrice din spatele încrederii noastre în a propune acest proiect provocator către VinIF Foundation este abordarea „asumării riscurilor” a Fundației. Datorită acestui mecanism progresiv, în loc să propunem o direcție de cercetare sigură cu rezultate garantate ale produsului, am decis să urmărim o temă inovatoare, chiar dacă aceasta prezenta un risc ridicat. Principiul acestei cercetări este că atunci când oamenii suferă de anumite boli, cum ar fi cancerul pulmonar, astmul, diabetul etc., acestea afectează procesele metabolice din organism, creând astfel gaze caracteristice (biomarkeri) în respirația pacientului la diferite concentrații. Acești biomarkeri se vor schimba diferit pentru fiecare tip de boală. Senzorii de gaz sunt concepuți pentru a identifica și analiza acești biomarkeri, ajutând la detectarea precoce a bolilor fără metode invazive, cum ar fi biopsiile. Valul de microcipuri și cipuri semiconductoare este mai fierbinte ca niciodată. Potrivit profesorului, în ce direcție ar trebui să profităm de acest val? - Așa este, acest subiect este foarte fierbinte și se află în centrul multor cercetări, dezvoltări și aplicații ale tehnologiei moderne. Creșterea și progresul în acest domeniu nu numai că promovează dezvoltarea tehnologiei informației și comunicațiilor, dar are și un impact profund asupra multor alte industrii. Dar, sincer, forța noastră de muncă în domeniul semiconductorilor și microcipurilor este încă prea mică, cu expertiză limitată. În plus, Vietnamului îi lipsește în prezent un centru de cercetare în semiconductori suficient de puternic și un ecosistem robust al semiconductorilor. În opinia mea, Vietnamul ar trebui să profite de boom-ul tehnologiei semiconductorilor și microcipurilor concentrându-se pe domenii de nișă cu potențial competitiv, investind în cercetare și dezvoltare și formarea resurselor umane, construind un ecosistem tehnologic și susținând tehnologia și aplicând tehnologia în industriile cheie. Aceste strategii vor ajuta Vietnamul să realizeze o dezvoltare durabilă și să concureze eficient în contextul tehnologiei globale în rapidă schimbare. Mulțumesc, domnule profesor!

Thanhnien.vn

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