Материаловед Нгуен Дык Хоа: «Наноматериалы такие интересные!»

Будучи физиком-прикладником, вы когда-нибудь были «очарованы» романтикой и философией теоретической физики? — Практичность и осуществимость теории очень важны, поскольку теория может открыть новые перспективы в физических явлениях, приводя к появлению новых технологий, о которых раньше и не подозревали. Абстрактные концепции могут привести к практическим приложениям в нанотехнологиях, новых материалах, медицине и квантовой информатики... Таким образом, романтика и философия теоретической физики не только привлекают, но и дополняют практичность прикладной физики, создавая захватывающее путешествие открытий и творчества. Сочетание теоретической и экспериментальной физики принесёт физикам всесторонний и богатый опыт. Меня всегда интересовали и вдохновляли теоретические проблемы в физике. Именно поэтому в наших последних исследованиях мы сотрудничаем с экспериментаторами и теоретиками и вычислительными специалистами. Теория обещает полное понимание фундаментальных принципов, а также предоставляет всеобъемлющую основу, на которой можно открыть новые перспективы в физических явлениях.

Профессор, доктор Нгуен Дык Хоа (слева) со своим вдохновляющим учителем – профессором, доктором, народным учителем Нгуен Дык Чиеном

Можете ли вы объяснить простым языком одну из ваших основных тем исследований: почему наноматериалы обладают таким количеством удивительных свойств? — Наноматериалы действуют на атомном и молекулярном уровне, где физические законы, обычно наблюдаемые при больших размерах, больше не действуют, включая размерные эффекты в наномасштабе, различия в соотношении поверхности к объёму, квантовые эффекты и сильные взаимодействия между атомами в наномасштабе. Это создаёт новые физические, химические и биологические свойства, открывая широкий спектр потенциальных применений. В этом и заключается привлекательность наноматериалов во многих областях, таких как медицина, электроника, энергетика и т. д. Особым примером является элемент золото (символ Au): в больших размерах оно жёлтое и нерастворимо в воде; но при измельчении до наноразмеров оно может быть красным, синим или других цветов в зависимости от размера частиц. Квантовые точки — это полупроводниковые наночастицы с особыми оптическими свойствами: при возбуждении они излучают свет, цвет которого зависит от размера частиц. Квантовые точки используются в телевизионных экранах (QLED), светодиодных лампах и медицинских приложениях, таких как флуоресцентные маркеры визуализации для диагностики заболеваний.

С друзьями из Ханойского национального педагогического университета

Что такое одномерные и двумерные материалы? Разве материалы, которые мы видим, не трёхмерны? — Воспринимаемый нами мир — это трёхмерный пространственный мир. Когда одно измерение значительно больше двух других, объект можно считать одномерным, то есть одномерным материалом; или когда два измерения значительно больше третьего, объект практически двумерен, то есть двумерен. В наномасштабе одномерные и двумерные материалы обладают множеством уникальных свойств, поскольку их атомная структура ограничена одним или двумя измерениями. Одномерный материал, такой как углеродные нанотрубки (полые цилиндрические трубки диаметром <100 нанометров и длиной до нескольких микрометров и более), обладает чрезвычайно высокой удельной прочностью на разрыв и хорошей электро- и теплопроводностью. Нанопроволоку (с диаметром < 100 нм и очень большим соотношением длины к диаметру) можно изготавливать из множества различных материалов, таких как металлы, полупроводники и оксиды металлов... можно использовать в датчиках или электронных компонентах. Двумерный материал, такой как графен (со слоем атомов углерода, организованным в сотовую сеть), обладает очень прочными механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью и является основой для многих исследований и приложений в электронике, энергетике и прозрачных электродах... Благодаря нанотехнологиям одномерные и двумерные материалы все больше развиваются и находят разнообразное применение, способствуя расширению человеческого понимания физического мира и обещая прорывные технологические достижения в будущем.

С коллегами из ITIMS

Правда ли, что чем мельче частицы материалов, тем больше сюрпризов и потенциальных применений? Что останется, если мы разделим частицы до самого конца? — Этот вопрос очень интересен и помогает прояснить некоторые базовые принципы материаловедения и нанотехнологий. Действительно, при разделении частиц материалов до наноразмеров появляется множество новых и удивительных свойств. Продолжая разделять частицы, мы приближаемся к самому базовому уровню материи, то есть к атомам и субатомным частицам, таким как протоны, нейтроны, кварки, лептоны и бозоны, которые в настоящее время являются мельчайшими составными частями материалов. Однако в будущем, возможно, будут обнаружены или предсказаны новые фундаментальные частицы. Это движущая сила для материаловедов, потому что наука бесконечна. Это также сфера романтики, воображения и философии в теоретической физике.

Наночастицы находили во многих артефактах с древних времён. Почему наноматериалы так важны для современного общества? Наноматериалы так важны для современного общества не только из-за своего малого размера, но, главным образом, из-за своих уникальных свойств и широкого спектра потенциальных применений. Хотя наночастицы существуют с древних времён (например, кубок Ликурга будет выглядеть по-разному в отражённом и проходящем свете), их понимание и контроль значительно продвинулись в последние десятилетия, открыв множество новых и революционных приложений во многих областях. Таким образом, секрет заключается в способности производить и контролировать наноматериалы. Нанотехнологии не только открывают новые возможности для текущих приложений, но и создают прорывные возможности в будущем, внося позитивный вклад в глобальное экономическое и социальное развитие.

С коллегами ITIMS в Ба Ви

А как насчет сверхпроводящих материалов и их применения? - Сверхпроводящие материалы, проще говоря, это материалы, которые при пропускании через них электрического тока будут существовать вечно, не уменьшаясь и не теряя энергии. Сверхпроводящие материалы имеют множество различных применений в таких областях, как медицина , передача энергии, поезда на магнитной подушке, ускорители частиц и т. д. В настоящее время наиболее популярным устройством, использующим сверхпроводящие материалы, являются аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые используют сверхпроводящие магниты для создания сильных магнитных полей, необходимых для детальной визуализации внутренних органов. Благодаря сверхпроводящим материалам аппараты МРТ работают более эффективно и обеспечивают более высокое качество изображений. Недавно в Китае были успешно испытаны поезд, работающий на магнитной подушке из сверхпроводящих катушек в вакуумной трубке, достигнув скорости до 623 км/ч (расчетная скорость может достигать 1000 км/ч). Возможно, самой большой проблемой, которая в настоящее время препятствует коммерциализации и широкому использованию сверхпроводящих материалов, является чрезвычайно низкая рабочая температура. Сверхпроводимость требует использования сложных и дорогостоящих систем охлаждения, таких как жидкий гелий (-269°C) или жидкий азот (-196°C) для поддержания низких температур. К другим проблемам относятся высокая стоимость производства, низкая механическая прочность, сложные технологии изготовления, способность поддерживать сверхпроводящее состояние в сильных магнитных полях или необходимость поддержания сверхпроводящего состояния при высоком давлении.

Разговор с коллегами в лаборатории

Каковы новые разработки профессора в области применения наноматериалов? — После примерно 10 лет фундаментальных исследований, в ходе которых были достигнуты определённые успехи в области наноматериалов и датчиков, наша группа решила исследовать интегрированные наноматериалы для приложений Интернета вещей (IoT) для анализа дыхания с целью диагностики заболеваний. Это поистине важный шаг в развитии, наглядно демонстрирующий междисциплинарный дух современных научных исследований. Сочетание наноматериалов, электронных компонентов и Интернета вещей не только открывает новые возможности для диагностики заболеваний, но и способствует развитию передовых медицинских технологий и их применению в различных областях, таких как промышленность, охрана окружающей среды, безопасность... Наша идея возникла в 2009 году после публикации в журнале Nature Nanotechnology исследовательской работы под руководством Хосама Хайка (Израиль) «Диагностика рака лёгких по дыханию с использованием золотых наночастиц». Исследование этой группы показывает, что, сравнивая результаты анализа дыхания здоровых людей и больных раком лёгких, можно идентифицировать больных раком лёгких.

Поговорите с экспертом на мероприятии

В результате наших последующих исследований был создан полупроводниковый газовый сенсор с использованием наноматериалов, который обеспечивает более высокую чувствительность, более низкие пределы обнаружения концентрации газа по сравнению с золотыми наноматериалами и может быть полностью доработан для применения в анализе выдыхаемого воздуха для скрининга и диагностики заболеваний. Это прикладное направление исследований в проекте, финансируемом Vingroup Innovation Foundation (VinIF) в 2019 году. Одной из причин, по которой мы с уверенностью предлагаем этот сложный проект VinIF, является «рискованный» характер Фонда. Благодаря этому прогрессивному подходу, вместо того, чтобы предлагать безопасное направление исследований, гарантированно приводящее к созданию продукта, мы полны решимости заняться прорывной темой, несмотря на высокий потенциальный риск. Принцип данного исследования заключается в том, что при наличии у человека определенных заболеваний, таких как рак легких, астма, диабет и т. д., это влияет на метаболизм организма, тем самым создавая характерные газы (биологические маркеры) с различной концентрацией в выдыхаемом воздухе. Эти биологические маркеры будут изменяться по-разному для каждого типа заболевания. Газовый сенсор предназначен для идентификации и анализа биологических маркеров, помогая выявлять заболевания на ранней стадии без инвазивных методов, таких как биопсия. Волна микросхем и полупроводниковых чипов становится всё более горячей. По мнению профессора, в каком направлении нам следует использовать эту волну? — Да, эта тема очень актуальна и находится в центре многих исследований, разработок и приложений современных технологий. Рост и прогресс в этой области не только способствуют развитию информационно-коммуникационных технологий, но и оказывают глубокое влияние на многие другие отрасли. Но, честно говоря, наша команда, занимающаяся полупроводниками и микросхемами, всё ещё слишком мала и обладает ограниченным опытом. Кроме того, сегодня во Вьетнаме нет достаточно сильного центра исследований полупроводников и отсутствует экосистема полупроводниковой промышленности. По моему мнению, Вьетнам должен воспользоваться волной развития технологий полупроводников и микросхем, сосредоточившись на нишевых областях с конкурентоспособным потенциалом, инвестируя в НИОКР и обучение персонала, создавая технологическую экосистему и поддерживая отрасли, а также внедряя технологии в ключевые отрасли. Эти стратегии помогут Вьетнаму устойчиво развиваться и эффективно конкурировать в быстро меняющемся глобальном технологическом контексте. Спасибо, профессор!

Thanhnien.vn

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