นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุศาสตร์ เหงียน ดึ๊ก ฮวา: 'วัสดุนาโนน่าทึ่งมาก!'

ในฐานะนักฟิสิกส์ประยุกต์ คุณเคยหลงใหลในความโรแมนติกและปรัชญาของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีบ้างไหม? - ความเป็นไปได้และประโยชน์ใช้สอยของทฤษฎีนั้นสำคัญมาก เพราะทฤษฎีสามารถเปิดมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ นำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน แนวคิดเชิงนามธรรมสามารถนำไปสู่การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ เช่น นาโนเทคโนโลยี วัสดุใหม่ การแพทย์ และข้อมูลควอนตัม... ดังนั้น ความโรแมนติกและปรัชญาของฟิสิกส์เชิงทฤษฎีไม่เพียงแต่ดึงดูด แต่ยังเติมเต็มประโยชน์ใช้สอยของฟิสิกส์ประยุกต์ สร้างการเดินทาง แห่งการค้นพบ และนวัตกรรมที่น่าสนใจ การผสมผสานฟิสิกส์เชิงทฤษฎีและเชิงทดลองมอบประสบการณ์ที่ครอบคลุมและ enriching สำหรับนักฟิสิกส์ ผมสนใจและได้รับแรงบันดาลใจจากปัญหาเชิงทฤษฎีในฟิสิกส์มาโดยตลอด นั่นคือเหตุผลที่งานวิจัยล่าสุดของเราจึงเกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันระหว่างนักทดลอง นักวิจัยเชิงทฤษฎี และนักวิจัยเชิงคำนวณ ทฤษฎีสัญญาว่าจะให้ความเข้าใจอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับหลักการพื้นฐาน รวมถึงการวางรากฐานที่ครอบคลุมซึ่งสามารถเปิดมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ได้

ศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดึ๊ก ฮวา (ซ้าย) กับอาจารย์ที่สร้างแรงบันดาลใจของเขา – ศาสตราจารย์ ดร. เหงียน ดึ๊ก เชียน

ศาสตราจารย์ครับ ช่วยอธิบายหัวข้อวิจัยหลักของคุณข้อหนึ่งด้วยคำง่ายๆ ได้ไหมครับ ว่าทำไมวัสดุนาโนจึงมีคุณสมบัติที่คาดไม่ถึงมากมาย วัสดุนาโนทำงานในระดับอะตอมและโมเลกุล ซึ่งกฎทางฟิสิกส์ทั่วไปที่ใช้ได้ในขนาดที่ใหญ่กว่านั้นใช้ไม่ได้อีกต่อไป รวมถึงผลกระทบจากขนาดในระดับนาโน ความแตกต่างของอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตร ผลกระทบทางควอนตัม และปฏิกิริยาที่รุนแรงระหว่างอะตอมในระดับนาโน สิ่งเหล่านี้สร้างคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และชีวภาพใหม่ๆ เปิดโอกาสในการใช้งานที่หลากหลาย นั่นคือเสน่ห์ของวัสดุนาโนในหลายๆ สาขา ตั้งแต่การแพทย์และอิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงพลังงาน... ตัวอย่างที่โดดเด่นคือธาตุทองคำ (สัญลักษณ์ Au): ในขนาดที่ใหญ่กว่านั้น ทองคำจะมีสีเหลืองและไม่ละลายในน้ำ แต่เมื่อแตกตัวลงในระดับนาโน มันอาจมีสีแดง สีน้ำเงิน หรือสีอื่นๆ ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค จุดควอนตัมเป็นอนุภาคนาโนเซมิคอนดักเตอร์ที่มีคุณสมบัติทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์: เมื่อถูกกระตุ้น พวกมันจะปล่อยแสงที่มีสีขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค จุดควอนตัมถูกนำไปใช้ในจอแสดงผลทีวี (QLEDs) LED และการใช้งานทางการแพทย์ เช่น การถ่ายภาพฟลูออเรสเซนซ์เพื่อวินิจฉัยโรค

ร่วมกับเพื่อนร่วมชั้นจากมหาวิทยาลัยครุศาสตร์ฮานอย

วัสดุ 1 มิติและ 2 มิติคืออะไร? วัสดุที่เราเห็นทั้งหมดไม่ใช่ 3 มิติหรือ? - โลก ที่เรามองเห็นเป็นโลกสามมิติ เมื่อมิติหนึ่งใหญ่กว่าอีกสองมิติมาก วัตถุนั้นสามารถถือได้ว่าเป็นวัสดุหนึ่งมิติ หรือเมื่อสองมิติใหญ่กว่าอีกมิติมาก วัตถุนั้นเกือบจะถือได้ว่าเป็นวัสดุสองมิติ ในระดับนาโน วัสดุ 1 มิติและ 2 มิติมีคุณสมบัติเฉพาะตัวมากมาย เนื่องจากโครงสร้างอะตอมของพวกมันจำกัดอยู่ที่หนึ่งหรือสองมิติ วัสดุ 1 มิติ เช่น ท่อนาโนคาร์บอน (ท่อทรงกระบอกกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง <100 นาโนเมตร และความยาวที่สามารถยาวได้ถึงไม่กี่ไมโครเมตรหรือมากกว่านั้น) มีความแข็งแรงดึงเฉพาะส่วนสูงมาก และมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี นาโนไวร์ (ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง < 100 นาโนเมตร และอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูงมาก ผลิตจากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น โลหะ สารกึ่งตัวนำ และโลหะออกไซด์) สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในเซ็นเซอร์หรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้ วัสดุ 2 มิติ เช่น กราฟีน (ที่มีความหนาเพียงชั้นเดียวของอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวเป็นโครงสร้างรังผึ้ง) มีคุณสมบัติทางกลที่แข็งแรงมาก การนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดี และเป็นพื้นฐานสำหรับการวิจัยและการประยุกต์ใช้งานมากมายในด้านอิเล็กทรอนิกส์ พลังงาน และอิเล็กโทรดโปร่งใส ด้วยนาโนเทคโนโลยี วัสดุ 1 มิติและ 2 มิติ กำลังพัฒนาและมีการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น ซึ่งมีส่วนช่วยในการขยายความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับโลกทางกายภาพ และสัญญาว่าจะนำไปสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำในอนาคต

ร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่ ITIMS

ยิ่งเราแยกย่อยอนุภาคของวัสดุลงไปมากเท่าไหร่ เราก็จะยิ่งค้นพบสิ่งที่น่าประหลาดใจและศักยภาพในการประยุกต์ใช้มากขึ้นเท่านั้นหรือไม่? แล้วถ้าเราแยกย่อยอนุภาคลงไปจนถึงระดับที่เล็กที่สุด จะเหลืออะไรอยู่? นี่เป็นคำถามที่น่าสนใจซึ่งช่วยให้เข้าใจหลักการพื้นฐานบางอย่างใน วิทยาศาสตร์ วัสดุและนาโนเทคโนโลยีได้ชัดเจนขึ้น แท้จริงแล้ว เมื่อเราแยกย่อยอนุภาคของวัสดุลงไปถึงระดับนาโนเมตร คุณสมบัติใหม่ๆ ที่ไม่คาดคิดมากมายก็จะปรากฏขึ้น โดยการแยกย่อยอนุภาคลงไปอีก เราจะเข้าใกล้ระดับพื้นฐานที่สุดของสสาร นั่นคืออะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอม เช่น โปรตอน นิวตรอน ควาร์ก เลปตอน และโบซอน ซึ่งปัจจุบันเป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุดของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ในอนาคต อาจมีการค้นพบหรือคาดการณ์ว่าจะมีอนุภาคพื้นฐานอื่นๆ อีกมากมาย นี่คือสิ่งที่กระตุ้นนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ เพราะวิทยาศาสตร์ไม่มีจุดสิ้นสุด สิ่งเหล่านี้ยังเป็นขอบเขตของความโรแมนติก จินตนาการ และปรัชญาในฟิสิกส์เชิงทฤษฎีด้วย

นับตั้งแต่สมัยโบราณ มีการค้นพบอนุภาคนาโนในสิ่งประดิษฐ์มากมาย อะไรทำให้วัสดุนาโนมีความสำคัญต่อสังคมสมัยใหม่? วัสดุนาโนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสังคมสมัยใหม่ ไม่เพียงเพราะขนาดที่เล็ก แต่เป็นเพราะคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์และศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย แม้ว่าอนุภาคนาโนจะมีมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว (ตัวอย่างเช่น ถ้วยไลเคอร์กัสจะมีสีที่แตกต่างกันเมื่อมองภายใต้แสงสะท้อนหรือแสงส่องผ่าน) แต่ความเข้าใจและการควบคุมอนุภาคนาโนของเราได้ก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา เปิดโอกาสให้เกิดการใช้งานใหม่ๆ ที่ก้าวล้ำในหลากหลายสาขา ดังนั้น ความสามารถในการผลิตและควบคุมวัสดุนาโนจึงเป็นกุญแจสำคัญ เทคโนโลยีนาโนไม่เพียงแต่เปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการใช้งานในปัจจุบัน แต่ยังสร้างโอกาสที่ก้าวล้ำในอนาคต ซึ่งมีส่วนช่วยในเชิงบวกต่อการพัฒนา เศรษฐกิจ และสังคมโลก

ร่วมกับเพื่อนร่วมงานจาก ITIMS ในเมืองบาวี

แล้ววัสดุตัวนำยิ่งยวดและการประยุกต์ใช้ล่ะ? กล่าวโดยง่าย วัสดุตัวนำยิ่งยวดคือวัสดุที่เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน จะคงสภาพเดิมโดยไม่เสื่อมสภาพหรือสูญเสียพลังงาน วัสดุตัวนำยิ่งยวดมีการประยุกต์ใช้มากมายในสาขาต่างๆ เช่น การแพทย์ การส่งกำลังไฟฟ้า รถไฟแม่เหล็ก เครื่องเร่งอนุภาค เป็นต้น ปัจจุบัน อุปกรณ์ที่ใช้วัสดุตัวนำยิ่งยวดที่พบมากที่สุดคือเครื่องสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) ซึ่งใช้แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดในการสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงที่จำเป็นสำหรับการสร้างภาพภายในร่างกายอย่างละเอียด ด้วยวัสดุตัวนำยิ่งยวด ทำให้เครื่อง MRI ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและให้ภาพที่มีคุณภาพสูงขึ้น เมื่อเร็วๆ นี้ จีนประสบความสำเร็จในการทดสอบรถไฟแม่เหล็กที่มีขดลวดตัวนำยิ่งยวดในท่อสุญญากาศ โดยทำความเร็วได้มากกว่า 623 กม./ชม. (ความเร็วในการออกแบบอาจสูงถึง 1,000 กม./ชม.) บางทีความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่ขัดขวางการนำวัสดุตัวนำยิ่งยวดมาใช้ในเชิงพาณิชย์และการใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบันก็คือ อุณหภูมิการทำงานที่ต่ำมากของมัน การนำไฟฟ้าเหนือยวดยิ่งจำเป็นต้องใช้ระบบทำความเย็นที่ซับซ้อนและมีราคาแพง เช่น ฮีเลียมเหลว (-269°C) หรือไนโตรเจนเหลว (-196°C) เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิต่ำ ความท้าทายอื่นๆ ได้แก่ ต้นทุนการผลิตสูง ความแข็งแรงเชิงกลต่ำ เทคโนโลยีการผลิตที่ซับซ้อน ความสามารถในการรักษาการนำไฟฟ้าเหนือยวดยิ่งในสนามแม่เหล็กแรงสูง และข้อกำหนดสำหรับการนำไฟฟ้าเหนือยวดยิ่งภายใต้ความดันสูง

ปรึกษาหารือกับเพื่อนร่วมงานในห้องปฏิบัติการ

ความคืบหน้าล่าสุดในการวิจัยด้านการประยุกต์ใช้วัสดุนาโนของศาสตราจารย์เป็นอย่างไร? - หลังจากทำการวิจัยพื้นฐานมาประมาณ 10 ปี โดยมีความสำเร็จบางส่วนในด้านวัสดุนาโนและเซ็นเซอร์ กลุ่มวิจัยของเราตัดสินใจที่จะวิจัยวัสดุนาโนแบบบูรณาการเพื่อประยุกต์ใช้ใน IoT (Internet of Things) สำหรับการวิเคราะห์ลมหายใจในการวินิจฉัยโรค นี่เป็นก้าวสำคัญและแสดงให้เห็นถึงจิตวิญญาณของการวิจัยแบบสหวิทยาการในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ การผสมผสานระหว่างวัสดุนาโน ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และ IoT ไม่เพียงแต่เปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการวินิจฉัยโรคเท่านั้น แต่ยังช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีทางการแพทย์ขั้นสูง หรือการประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา เช่น อุตสาหกรรม สิ่งแวดล้อม ความปลอดภัย... แนวคิดของเราเริ่มต้นในปี 2009 เมื่อเราได้ศึกษาเอกสารงานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน Nature Nanotechnology โดย Hosam Haick (อิสราเอล) เกี่ยวกับผลการวิจัยเรื่อง "การวินิจฉัยมะเร็งปอดผ่านลมหายใจโดยใช้อนุภาคนาโนทองคำ" งานวิจัยของกลุ่มนี้ชี้ให้เห็นว่า การเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ลมหายใจของบุคคลที่มีสุขภาพดีและผู้ป่วยมะเร็งปอด สามารถระบุผู้ป่วยมะเร็งปอดได้

การมีปฏิสัมพันธ์กับผู้เชี่ยวชาญในงานอีเวนต์

งานวิจัยต่อมาของเราส่งผลให้เกิดการสร้างเซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซแบบเซมิคอนดักเตอร์โดยใช้วัสดุนาโน ซึ่งให้การตอบสนองที่ดีกว่าและขีดจำกัดการตรวจจับความเข้มข้นของก๊าซที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนทองคำ และสามารถพัฒนาเพื่อนำไปประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ลมหายใจเพื่อคัดกรองและวินิจฉัยโรคได้อย่างเต็มที่ นี่คือทิศทางการวิจัยที่นำไปใช้ในโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิ Vingroup Innovation Foundation (VinIF) ในปี 2019 หนึ่งในแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังความมั่นใจของเราในการเสนอโครงการที่ท้าทายนี้ต่อมูลนิธิ VinIF คือแนวทางการ "รับความเสี่ยง" ของมูลนิธิ ด้วยกลไกที่ก้าวหน้าเช่นนี้ แทนที่จะเสนอทิศทางการวิจัยที่ปลอดภัยและรับประกันผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์ เราจึงตัดสินใจที่จะดำเนินการในหัวข้อที่ก้าวล้ำ แม้ว่าจะมีความเสี่ยงสูงก็ตาม หลักการของการวิจัยนี้คือ เมื่อผู้คนป่วยเป็นโรคบางอย่าง เช่น มะเร็งปอด โรคหอบหืด โรคเบาหวาน เป็นต้น มันจะส่งผลกระทบต่อกระบวนการเผาผลาญในร่างกาย ทำให้เกิดก๊าซลักษณะเฉพาะ (ไบโอมาร์กเกอร์) ในลมหายใจของผู้ป่วยในความเข้มข้นที่แตกต่างกัน ไบโอมาร์กเกอร์เหล่านี้จะเปลี่ยนแปลงไปแตกต่างกันไปตามประเภทของโรค เซ็นเซอร์ก๊าซได้รับการออกแบบมาเพื่อระบุและวิเคราะห์ไบโอมาร์กเกอร์เหล่านี้ ช่วยให้ตรวจพบโรคได้ตั้งแต่เนิ่นๆ โดยไม่ต้องใช้วิธีการที่รุกราน เช่น การตรวจ ชิ้นเนื้อ กระแสของไมโครชิปและชิปเซมิคอนดักเตอร์กำลังมาแรงกว่าที่เคย อาจารย์ครับ เราควรใช้ประโยชน์จากกระแสนี้ไปในทิศทางใด? -ถูกต้องครับ หัวข้อนี้กำลังมาแรงมากและเป็นศูนย์กลางของการวิจัย พัฒนา และการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย การเติบโตและความก้าวหน้าในสาขานี้ไม่เพียงแต่ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารเท่านั้น แต่ยังมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่ออุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมาย แต่พูดตามตรงแล้ว บุคลากรด้านเซมิคอนดักเตอร์และไมโครชิปของเรายังมีน้อยเกินไปและมีความเชี่ยวชาญจำกัด ยิ่งไปกว่านั้น ปัจจุบันเวียดนามยังขาดศูนย์วิจัยเซมิคอนดักเตอร์ที่แข็งแกร่งเพียงพอและระบบนิเวศเซมิคอนดักเตอร์ที่มั่นคง ในความคิดของผม เวียดนามควรใช้ประโยชน์จากความเฟื่องฟูของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์และไมโครชิปโดยมุ่งเน้นไปที่พื้นที่เฉพาะที่มีศักยภาพในการแข่งขัน ลงทุนในการวิจัยและพัฒนาและการฝึกอบรมทรัพยากรบุคคล สร้างเทคโนโลยีและระบบนิเวศอุตสาหกรรมที่สนับสนุน และประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในอุตสาหกรรมหลัก กลยุทธ์เหล่านี้จะช่วยให้เวียดนามบรรลุการพัฒนาอย่างยั่งยืนและแข่งขันได้อย่างมีประสิทธิภาพในบริบทของเทคโนโลยีโลกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ขอบคุณครับ อาจารย์!

Thanhnien.vn

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