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.

С древних времён люди обнаруживали наночастицы во многих артефактах. Почему наноматериалы так важны для современного общества? Наноматериалы приобрели чрезвычайную важность для современного общества не только благодаря своим малым размерам, но, главным образом, благодаря своим уникальным свойствам и широкому спектру потенциальных применений. Хотя наночастицы существуют с древних времён (например, кубок Ликурга может иметь разные цвета 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, способность производить и контролировать наноматериалы является ключом к успеху. 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 энергию. 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 сильного магнитного поля, необходимого 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 применения в Интернете 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 IoT не только открывает новые возможности в диагностике 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 ознакомления с исследовательской работой в журнале Nature Nanotechnology под руководством Хосама Хайка (Израиль), опубликованной в статье «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 с гарантированным продуктом, мы полны решимости работать над прорывной темой, несмотря на потенциально высокий 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