นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุเหงียน ดึ๊ก ฮวา: 'วัสดุนาโนน่าสนใจมาก!'

ในฐานะนักฟิสิกส์ประยุกต์ คุณเคย "หลงใหล" ในความโรแมนติกและปรัชญาของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีหรือไม่? - ความสามารถในการนำไปใช้ได้จริงและความเป็นไปได้ของทฤษฎีมีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะทฤษฎีสามารถเปิดมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพ นำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีใครคิดถึงมาก่อน แนวคิดเชิงนามธรรมสามารถนำไปสู่การประยุกต์ใช้จริงในนาโนเทคโนโลยี วัสดุใหม่ๆ การแพทย์ และข้อมูลควอนตัม... ดังนั้น ความโรแมนติกและปรัชญาของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจึงไม่เพียงแต่ดึงดูด แต่ยังเสริมความสามารถในการนำไปใช้ได้จริงของฟิสิกส์ประยุกต์ ก่อให้เกิดการเดินทางอันน่าตื่นเต้น แห่งการค้นพบ และความคิดสร้างสรรค์ การผสมผสานฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเข้ากับฟิสิกส์เชิงทดลองจะนำมาซึ่งประสบการณ์ที่ครอบคลุมและเข้มข้นแก่นักฟิสิกส์ ผมสนใจและมีแรงจูงใจจากปัญหาทางทฤษฎีในฟิสิกส์มาโดยตลอด นั่นคือเหตุผลที่ในการศึกษาล่าสุดของเรา จึงมีความร่วมมือระหว่างนักทดลองและนักวิจัยด้านทฤษฎีและการคำนวณ ทฤษฎีนี้ให้คำมั่นสัญญาว่าจะให้ความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในหลักการพื้นฐาน ตลอดจนสร้างรากฐานที่ครอบคลุมซึ่งจะสามารถเปิดมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพได้

ศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดึ๊ก ฮัว (ซ้าย) กับอาจารย์ผู้สร้างแรงบันดาลใจของเขา - ศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดึ๊ก เจียน ครูของประชาชน

คุณช่วยอธิบายหัวข้อวิจัยหลักของคุณข้อหนึ่งให้เข้าใจง่ายได้ไหมว่า ทำไมนาโนวัสดุจึงมีคุณสมบัติที่น่าประหลาดใจมากมาย - นาโนวัสดุทำงานในระดับอะตอมและโมเลกุล ซึ่งกฎทางฟิสิกส์ที่มักพบในขนาดใหญ่ใช้ไม่ได้อีกต่อไปแล้ว ซึ่งรวมถึงผลกระทบของขนาดในระดับนาโน ความแตกต่างของอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตร ผลกระทบเชิงควอนตัม และปฏิกิริยาระหว่างอะตอมที่รุนแรงในระดับนาโน สิ่งนี้ก่อให้เกิดคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และชีวภาพใหม่ๆ ซึ่งเปิดโอกาสให้นำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลาย นั่นคือความน่าสนใจของนาโนวัสดุในหลายสาขา เช่น การแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน เป็นต้น ตัวอย่างพิเศษคือธาตุทองคำ (สัญลักษณ์ Au) เมื่อมีขนาดใหญ่จะมีสีเหลืองและไม่ละลายน้ำ แต่เมื่อแตกตัวเป็นขนาดนาโน อาจมีสีแดง สีน้ำเงิน หรือสีอื่นๆ ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค จุดควอนตัมเป็นอนุภาคนาโนสารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติทางแสงพิเศษ เมื่อถูกกระตุ้น มันจะเปล่งแสงที่มีสีขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค จุดควอนตัมใช้ในหน้าจอทีวี (QLED) ไฟ LED และการใช้งานทางการแพทย์ เช่น เครื่องหมายเรืองแสงในการถ่ายภาพเพื่อการวินิจฉัยโรค

ร่วมกับเพื่อนจากมหาวิทยาลัยการศึกษาแห่งชาติฮานอย

วัสดุ 1 มิติ และ 2 มิติคืออะไร? วัสดุที่เราเห็นไม่ใช่ 3 มิติหรือ? -โลก ที่เรารับรู้คือโลกเชิงพื้นที่ 3 มิติ เมื่อมิติหนึ่งมีขนาดใหญ่กว่าอีกสองมิติมาก วัตถุนั้นอาจถือว่าเป็น 1 มิติ นั่นคือวัสดุ 1 มิติ หรือเมื่อสองมิติมีขนาดใหญ่กว่าอีกมิติหนึ่งมาก วัตถุนั้นแทบจะเป็น 2 มิติ นั่นคือ 2 มิติ ในระดับนาโน วัสดุ 1 มิติ และ 2 มิติมีคุณสมบัติเฉพาะตัวมากมาย เนื่องจากโครงสร้างอะตอมของมันถูกจำกัดให้เหลือเพียง 1 หรือ 2 มิติ วัสดุ 1 มิติ เช่น คาร์บอนนาโนทิวบ์ (ท่อทรงกระบอกกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 100 นาโนเมตร และมีความยาวสูงสุดถึงหลายไมโครเมตรหรือมากกว่า) มีความแข็งแรงแรงดึงจำเพาะสูงมาก และมีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี นาโนไวร์ (ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง < 100 นาโนเมตร และอัตราส่วนความยาว/เส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่เป็นพิเศษ) สามารถผลิตได้จากวัสดุหลายชนิด เช่น โลหะ เซมิคอนดักเตอร์ และออกไซด์ของโลหะ... สามารถนำมาใช้ในเซ็นเซอร์หรือส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ วัสดุ 2 มิติ เช่น กราฟีน (ที่มีชั้นของอะตอมคาร์บอนเรียงตัวเป็นโครงข่ายรังผึ้ง) มีคุณสมบัติทางกลที่ทนทานมาก นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี และเป็นรากฐานสำหรับการศึกษาและการประยุกต์ใช้มากมายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน และอิเล็กโทรดโปร่งใส... ด้วยนาโนเทคโนโลยี วัสดุ 1 มิติ และ 2 มิติจึงได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและมีการประยุกต์ใช้ที่หลากหลาย ส่งผลให้มนุษย์เข้าใจโลกทางกายภาพมากขึ้น และมีแนวโน้มว่าจะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำในอนาคต

กับเพื่อนร่วมงานที่ ITIMS

จริงหรือไม่ที่ยิ่งอนุภาคของวัสดุมีขนาดเล็กลงเท่าใด ก็ยิ่งมีสิ่งน่าประหลาดใจและศักยภาพในการประยุกต์ใช้มากขึ้นเท่านั้น หากเราแบ่งอนุภาคออกเป็นส่วนๆ จนถึงขนาดสุดท้าย เราจะเหลืออะไร? คำถามนี้น่าสนใจมากและช่วยชี้แจงหลักการพื้นฐานบางประการใน ศาสตร์ วัสดุศาสตร์และนาโนเทคโนโลยี อันที่จริง เมื่อเราแบ่งอนุภาคของวัสดุออกเป็นขนาดนาโน จะพบคุณสมบัติใหม่ๆ ที่น่าประหลาดใจมากมาย เมื่อเราแบ่งอนุภาคออกไปเรื่อยๆ เราจะเข้าใกล้ระดับพื้นฐานที่สุดของสสาร นั่นคือ อะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม เช่น โปรตอน นิวตรอน ควาร์ก เลปตอน และโบซอน ซึ่งปัจจุบันเป็นหน่วยย่อยของวัสดุที่เล็กที่สุด อย่างไรก็ตาม ในอนาคต อาจเป็นไปได้ว่าจะมีอนุภาคพื้นฐานมากขึ้น หรืออาจมีการทำนายว่าจะมีอนุภาคเหล่านี้อยู่จริง นั่นคือแรงผลักดันสำหรับนักวิทยาศาสตร์วัสดุศาสตร์ เพราะวิทยาศาสตร์ไม่มีที่สิ้นสุด สิ่งเหล่านี้ยังเป็นอาณาจักรของความโรแมนติก จินตนาการ และปรัชญาในฟิสิกส์เชิงทฤษฎีอีกด้วย

อนุภาคนาโนถูกค้นพบในโบราณวัตถุมากมายตั้งแต่สมัยโบราณ อะไรที่ทำให้นาโนวัสดุมีความสำคัญต่อสังคมสมัยใหม่? - วัสดุนาโน มีความสำคัญต่อสังคมสมัยใหม่ไม่เพียงแต่เพราะมีขนาดเล็กเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติเฉพาะตัวและศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย แม้ว่าอนุภาคนาโนจะมีมาตั้งแต่สมัยโบราณ (เช่น ถ้วยไลเคอร์กัสจะมีสีแตกต่างกันเมื่อมองภายใต้แสงสะท้อนหรือแสงส่องผ่าน) แต่ความเข้าใจและการควบคุมอนุภาคนาโนได้ก้าวหน้าไปอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ก่อให้เกิดการประยุกต์ใช้งานใหม่ๆ ที่ก้าวล้ำในหลากหลายสาขา ดังนั้น ความสามารถในการผลิตและควบคุมนาโนวัสดุจึงเป็นกุญแจสำคัญ นาโนเทคโนโลยีไม่เพียงแต่เปิดศักยภาพใหม่ๆ สำหรับการใช้งานในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังสร้างโอกาสอันล้ำสมัยในอนาคต ซึ่งส่งผลดีต่อการพัฒนา เศรษฐกิจ และสังคมโลก

กับเพื่อนร่วมงาน ITIMS ใน Ba Vi

แล้ววัสดุตัวนำยิ่งยวดและการประยุกต์ใช้ล่ะ? - พูดง่ายๆ คือ วัสดุตัวนำยิ่งยวด คือวัสดุที่เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าจะคงอยู่ตลอดไปโดยไม่สูญเสียหรือลดลง วัสดุตัวนำยิ่งยวดมีการใช้งานที่หลากหลายในสาขาต่างๆ เช่น การแพทย์ การส่งกำลังไฟฟ้า รถไฟแม่เหล็กลอยตัว เครื่องเร่งอนุภาค เป็นต้น ปัจจุบัน อุปกรณ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่ใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดคือเครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ซึ่งใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงที่จำเป็นสำหรับการถ่ายภาพอย่างละเอียดภายในร่างกาย วัสดุตัวนำยิ่งยวดช่วยให้เครื่อง MRI ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและให้ภาพที่มีคุณภาพสูงขึ้น เมื่อเร็วๆ นี้ จีนประสบความสำเร็จในการทดสอบรถไฟที่วิ่งบนขดลวดตัวนำยิ่งยวดที่ลอยตัวด้วยแม่เหล็กในหลอดสุญญากาศ โดยมีความเร็วสูงสุดถึง 623 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ความเร็วที่ออกแบบไว้สามารถสูงถึง 1,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันที่ขัดขวางการนำวัสดุตัวนำยิ่งยวดไปใช้ในเชิงพาณิชย์และการใช้งานอย่างแพร่หลายคืออุณหภูมิในการทำงานที่ต่ำมาก สภาพนำยิ่งยวดจำเป็นต้องใช้ระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อนและมีราคาแพง เช่น ฮีเลียมเหลว (-269°C) หรือไนโตรเจนเหลว (-196°C) เพื่อรักษาอุณหภูมิให้ต่ำ ความท้าทายอื่นๆ ได้แก่ ต้นทุนการผลิตที่สูง ความทนทานเชิงกลต่ำ เทคนิคการผลิตที่ซับซ้อน ความสามารถในการรักษาสถานะตัวนำยิ่งยวดในสนามแม่เหล็กแรงสูง หรือข้อกำหนดในการคงสถานะตัวนำยิ่งยวดภายใต้แรงดันสูง

พูดคุยกับเพื่อนร่วมงานในห้องแล็ป

ความก้าวหน้าใหม่ๆ ในงานวิจัยของศาสตราจารย์เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้นาโนวัสดุมีอะไรบ้าง? - หลังจากการวิจัยพื้นฐานมาประมาณ 10 ปี ด้วยความสำเร็จในด้านนาโนวัสดุและเซ็นเซอร์ กลุ่มของเราจึงตัดสินใจวิจัยนาโนวัสดุแบบบูรณาการสำหรับแอปพลิเคชัน IoT (Internet of Things) สำหรับการวิเคราะห์ลมหายใจเพื่อวินิจฉัยโรค นี่ถือเป็นก้าวสำคัญของการพัฒนาอย่างแท้จริงและแสดงให้เห็นถึงจิตวิญญาณสหวิทยาการในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่อย่างชัดเจน การผสมผสานระหว่างนาโนวัสดุ ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และ IoT ไม่เพียงแต่เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการวินิจฉัยโรคเท่านั้น แต่ยังมีส่วนช่วยในการพัฒนาเทคโนโลยีทางการแพทย์ขั้นสูง หรือการประยุกต์ใช้งานในหลากหลายสาขา เช่น อุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม ความปลอดภัย... แนวคิดของเราเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2552 จากงานวิจัยในวารสาร Nature Nanotechnology นำโดย Hosam Haick (อิสราเอล) ซึ่งตีพิมพ์เกี่ยวกับผลการวิจัย "การวินิจฉัยมะเร็งปอดผ่านลมหายใจโดยใช้อนุภาคนาโนทองคำ" งานวิจัยของกลุ่มนี้แสดงให้เห็นว่าการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ลมหายใจระหว่างคนปกติและผู้ป่วยมะเร็งปอด ช่วยให้สามารถระบุตัวผู้ป่วยมะเร็งปอดได้

พูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญในงานกิจกรรม

งานวิจัยต่อเนื่องของเราได้สร้างเซ็นเซอร์ก๊าซเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้วัสดุนาโน ซึ่งให้การตอบสนองที่ดีกว่า ขีดจำกัดความเข้มข้นของก๊าซที่ต่ำกว่านาโนทองคำ และสามารถพัฒนาได้อย่างสมบูรณ์เพื่อการประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ลมหายใจเพื่อคัดกรองและวินิจฉัยโรค นี่คือแนวทางการวิจัยประยุกต์ในโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธินวัตกรรม วินกรุ๊ป (VinIF) ในปี พ.ศ. 2562 หนึ่งในแรงจูงใจที่ทำให้เรามั่นใจที่จะเสนอโครงการที่ท้าทายนี้ต่อ VinIF คือลักษณะ "การกล้าเสี่ยง" ของมูลนิธิ ด้วยกลไกที่ก้าวหน้านี้ แทนที่จะเสนอแนวทางการวิจัยที่ปลอดภัยและมั่นใจว่าจะผลิตผลิตภัณฑ์ได้ เรามุ่งมั่นที่จะทำหัวข้อที่ก้าวล้ำ แม้ว่าจะมีความเสี่ยงสูงก็ตาม หลักการของการวิจัยนี้คือ เมื่อผู้คนป่วยเป็นโรคบางชนิด เช่น มะเร็งปอด โรคหอบหืด โรคเบาหวาน เป็นต้น จะส่งผลกระทบต่อการเผาผลาญของร่างกาย ทำให้เกิดก๊าซที่มีลักษณะเฉพาะ (เครื่องหมายทางชีวภาพ) ที่มีความเข้มข้นแตกต่างกันในลมหายใจของผู้ป่วย เครื่องหมายทางชีวภาพเหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละประเภทของโรค เซ็นเซอร์ก๊าซถูกออกแบบมาเพื่อระบุและวิเคราะห์เครื่องหมายทางชีวภาพ ช่วยให้ตรวจพบโรคได้ตั้งแต่เนิ่นๆ โดยไม่ต้องใช้วิธีการรุกราน เช่น การตรวจ ชิ้นเนื้อ กระแสไมโครชิปและชิปเซมิคอนดักเตอร์กำลังร้อนแรงขึ้นกว่าที่เคย ศาสตราจารย์กล่าวว่า เราควรใช้ประโยชน์จากกระแสนี้ไปในทิศทางใด? - ใช่ หัวข้อนี้กำลังได้รับความนิยมอย่างมากและเป็นศูนย์กลางของการวิจัย การพัฒนา และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย การเติบโตและความก้าวหน้าในสาขานี้ไม่เพียงแต่ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารเท่านั้น แต่ยังส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่ออุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมาย แต่พูดตามตรง ทีมเซมิคอนดักเตอร์และไมโครชิปของเรายังมีขนาดเล็กเกินไปและมีความเชี่ยวชาญจำกัด นอกจากนี้ ในเวียดนามปัจจุบัน เรายังไม่มีศูนย์วิจัยเซมิคอนดักเตอร์ที่แข็งแกร่งเพียงพอ และยังขาดระบบนิเวศเซมิคอนดักเตอร์อีกด้วย ในความเห็นของผม เวียดนามควรใช้ประโยชน์จากกระแสการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์และไมโครชิป โดยมุ่งเน้นไปที่พื้นที่เฉพาะที่มีศักยภาพในการแข่งขัน การลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาและการฝึกอบรมบุคลากร การสร้างระบบนิเวศเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมสนับสนุน และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีกับอุตสาหกรรมหลัก กลยุทธ์เหล่านี้จะช่วยให้เวียดนามพัฒนาอย่างยั่งยืนและสามารถแข่งขันได้อย่างมีประสิทธิภาพในบริบทของเทคโนโลยีโลกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ขอบคุณครับอาจารย์!

Thanhnien.vn

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