Malzeme bilimci Nguyen Duc Hoa: 'Nanomalzemeler büyüleyici!'

Uygulamalı fizikçi olarak, teorik fiziğin romantizmi ve felsefesi sizi hiç büyüledi mi? - Teorinin pratikliği ve uygulanabilirliği çok önemlidir çünkü bir teori, fiziksel olaylara yeni bakış açıları kazandırarak daha önce hiç düşünülmemiş yeni teknolojilere yol açabilir. Soyut kavramlar, nanoteknoloji, yeni malzemeler, tıp ve kuantum bilgi alanlarında pratik uygulamalara yol açabilir… Bu nedenle, teorik fiziğin romantizmi ve felsefesi sadece çekici olmakla kalmaz, aynı zamanda uygulamalı fiziğin pratikliğini tamamlayarak büyüleyici bir keşif ve yenilik yolculuğu yaratır. Teorik ve deneysel fiziğin birleştirilmesi, fizikçiler için kapsamlı ve zenginleştirici bir deneyim sağlar. Fizikteki teorik problemler her zaman ilgimi çekmiş ve beni motive etmiştir. Bu nedenle son araştırmalarımız, deneyselciler ile teorik ve hesaplamalı araştırmacılar arasındaki işbirliğini içermektedir. Teori, temel prensiplerin tam olarak anlaşılmasını sağlamanın yanı sıra, fiziksel olaylara yeni bakış açıları kazandıracak kapsamlı bir temel de sunmaktadır.

Profesör Dr. Nguyen Duc Hoa (solda), ilham kaynağı olan akıl hocası Profesör Dr. Nguyen Duc Chien ile birlikte.

Profesör, ana araştırma konularınızdan birini basit terimlerle açıklayabilir misiniz: Nanomalzemelerin neden bu kadar çok beklenmedik özelliği var? Nanomalzemeler, daha büyük boyutlarda geçerli olan olağan fiziksel yasaların artık geçerli olmadığı atomik ve moleküler seviyelerde çalışır; bunlar arasında nano ölçekte boyut etkileri, yüzey-hacim oranlarındaki farklılıklar, kuantum etkileri ve nano ölçekte atomlar arasındaki güçlü etkileşimler yer alır. Bu, yeni fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler yaratır ve çok geniş potansiyel uygulamalara kapı açar. Tıptan elektroniğe ve enerjiye kadar birçok alanda nanomalzemelerin cazibesi de budur… Çarpıcı bir örnek altın elementidir (sembolü Au): daha büyük boyutlarda sarıdır ve suda çözünmez; ancak nano ölçeğe kadar parçalandığında, parçacık boyutuna bağlı olarak kırmızı, mavi veya diğer renklerde olabilir. Kuantum noktaları, benzersiz optik özelliklere sahip yarı iletken nanopartiküllerdir: uyarıldığında, rengi parçacık boyutuna bağlı olan ışık yayarlar. Kuantum noktaları TV ekranlarında (QLED'ler), LED'lerde ve hastalık teşhisi için floresan görüntüleme gibi tıbbi uygulamalarda kullanılır.

Hanoi Pedagoji Üniversitesi'ndeki sınıf arkadaşlarımla birlikte

1D ve 2D malzemeler nelerdir? Gördüğümüz tüm malzemeler 3D değil mi? - Algıladığımız dünya 3 boyutlu bir uzay dünyasıdır. Bir boyut diğer iki boyuttan çok daha büyük olduğunda, nesne tek boyutlu - yani 1D malzeme - olarak kabul edilebilir; veya iki boyut diğer boyuttan çok daha büyük olduğunda, nesne neredeyse iki boyutlu - yani 2D - olarak kabul edilir. Nan ölçekte, 1D ve 2D malzemeler, atomik yapıları bir veya iki boyutla sınırlı olduğu için birçok benzersiz özelliğe sahiptir. Karbon nanotüpler (çapı <100 nanometre ve uzunluğu birkaç mikrometre veya daha fazla olabilen içi boş silindirik tüpler) gibi 1D bir malzeme, son derece yüksek kısmi çekme dayanımına ve iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Nanoteller (çapı <100 nm ve çok büyük uzunluk-çap oranına sahip, metaller, yarı iletkenler ve metal oksitler gibi çeşitli malzemelerden yapılmış) sensörlerde veya elektronik bileşenlerde kullanılabilir. Grafen gibi 2 boyutlu bir malzeme (bal peteği kafes yapısında düzenlenmiş tek bir karbon atomu katmanından oluşur), çok güçlü mekanik özelliklere, iyi elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir ve elektronik, enerji ve şeffaf elektrotlar alanlarında birçok araştırma ve uygulama için temel oluşturur. Nanoteknoloji ile birlikte, 1 boyutlu ve 2 boyutlu malzemeler giderek daha fazla gelişmekte ve çeşitli uygulamalara sahip olmakta, fiziksel dünya hakkındaki insan anlayışını genişletmeye katkıda bulunmakta ve gelecekte çığır açan teknolojik gelişmeler vaat etmektedir.

ITIMS'deki meslektaşlarımla birlikte

Madde parçacıklarını ne kadar çok parçalara ayırırsak, o kadar çok sürpriz ve potansiyel uygulama keşfeder miyiz? Parçacıkları mutlak minimuma indirirsek geriye ne kalır? Bu, malzeme bilimi ve nanoteknolojideki bazı temel prensipleri açıklığa kavuşturmaya yardımcı olan büyüleyici bir sorudur. Gerçekten de, malzeme parçacıklarını nano ölçeğe indirgediğimizde, birçok yeni ve beklenmedik özellik ortaya çıkar. Parçacıkları daha da parçalara ayırarak, maddenin en temel seviyesine, yani atomlara ve protonlar, nötronlar, kuarklar, leptonlar ve bozonlar gibi atom altı parçacıklara yaklaşırız - şu anda malzemelerin en küçük bileşen birimleri. Bununla birlikte, gelecekte çok daha fazla temel parçacık keşfedilebilir veya var olacağı tahmin edilebilir. Bu, malzeme bilimcilerini motive eden şeydir, çünkü bilimin bir son noktası yoktur. Bunlar aynı zamanda teorik fizikte romantizm, hayal gücü ve felsefe alanlarıdır.

Antik çağlardan beri birçok eserde nanopartiküllere rastlanmıştır. Peki nanomalzemeleri modern toplum için bu kadar önemli kılan nedir? Nanomalzemeler, sadece küçük boyutları nedeniyle değil, öncelikle benzersiz özellikleri ve geniş kapsamlı potansiyel uygulamaları nedeniyle modern toplum için inanılmaz derecede önemlidir. Nanopartiküller antik çağlardan beri var olmasına rağmen (örneğin, Likurgus Kupası yansıtılan veya iletilen ışık altında farklı renklere sahip olacaktır), son on yıllarda bunların anlaşılması ve kontrolü önemli ölçüde ilerlemiş ve çeşitli alanlarda birçok yeni ve çığır açan uygulama alanı açmıştır. Bu nedenle, nanomalzemeleri üretme ve kontrol etme yeteneği kilit noktadır. Nanoteknoloji, mevcut uygulamalar için yeni potansiyeller açmakla kalmaz, aynı zamanda gelecekte çığır açan fırsatlar yaratarak küresel ekonomik ve sosyal kalkınmaya olumlu katkıda bulunur.

Ba Vi'deki ITIMS meslektaşlarıyla birlikte

Peki ya süperiletken malzemeler ve uygulamaları? Basitçe söylemek gerekirse, süperiletken malzeme, içinden elektrik akımı geçtiğinde bozulma veya enerji kaybı olmadan sabit kalan bir malzemedir. Süperiletken malzemelerin tıp , enerji iletimi, manyetik levitasyon trenleri, parçacık hızlandırıcıları vb. alanlarda birçok farklı uygulaması vardır. Şu anda süperiletken malzemeleri kullanan en yaygın cihaz, vücudun içini detaylı olarak görüntülemek için gerekli olan güçlü manyetik alanı oluşturmak üzere süperiletken mıknatıslar kullanan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makineleridir. Süperiletken malzemeler sayesinde MRI makineleri daha verimli çalışır ve daha yüksek kaliteli görüntüler sağlar. Son zamanlarda Çin, vakum tüpünde süperiletken bobinlere sahip bir manyetik levitasyon trenini başarıyla test ederek 623 km/saat'in üzerinde hızlara ulaştı (tasarım hızı 1.000 km/saat'e ulaşabilir). Belki de şu anda süperiletken malzemelerin ticarileştirilmesini ve yaygın kullanımını engelleyen en büyük zorluk, çok düşük çalışma sıcaklıklarıdır. Süperiletkenlik, düşük sıcaklıkları korumak için sıvı helyum (-269°C) veya sıvı azot (-196°C) gibi karmaşık ve pahalı soğutma sistemlerinin kullanılmasını gerektirir. Diğer zorluklar arasında yüksek üretim maliyetleri, düşük mekanik dayanıklılık, karmaşık üretim teknolojisi, güçlü manyetik alanlarda süperiletkenliği koruyabilme yeteneği ve yüksek basınç altında süperiletkenlik gerekliliği yer almaktadır.

Laboratuvardaki meslektaşlarla görüş alışverişinde bulunmak.

Profesörün nanomalzeme uygulamaları üzerine yaptığı araştırmalardaki son gelişmeler nelerdir? - Yaklaşık 10 yıllık temel araştırmanın ardından, nanomalzemeler ve sensörler alanında belirli başarılar elde ettikten sonra, grubumuz hastalık teşhisinde nefes analizi için IoT (Nesnelerin İnterneti) uygulamalarında kullanılmak üzere entegre nanomalzemeler üzerine araştırma yapmaya karar verdi. Bu gerçekten ileriye doğru bir adımdır ve modern bilimsel araştırmalardaki disiplinlerarası ruhu açıkça göstermektedir. Nanomalzemelerin, elektronik bileşenlerin ve IoT'nin birleşimi, yalnızca hastalık teşhisi için yeni potansiyeller açmakla kalmaz, aynı zamanda gelişmiş tıbbi teknolojilerin veya endüstri, çevre, güvenlik gibi çeşitli alanlardaki birçok uygulamanın geliştirilmesine de katkıda bulunur. Fikrimiz, 2009 yılında Hosam Haick (İsrail) tarafından Nature Nanotechnology'de yayınlanan "Altın nanopartiküller kullanarak nefes yoluyla akciğer kanseri teşhisi" başlıklı araştırma makalesine danıştığımızda ortaya çıktı. Bu grubun araştırması, sağlıklı bireylerin ve akciğer kanseri hastalarının nefes analizi sonuçlarını karşılaştırarak akciğer kanseri hastalarını tespit etmenin mümkün olduğunu göstermektedir.

Bir etkinlikte uzmanlarla etkileşim kurmak.

Sonraki araştırmalarımız, altın nanopartiküllere kıyasla daha iyi tepki verme ve daha düşük gaz konsantrasyonu algılama limitleri sunan ve hastalık taraması ve teşhisi için nefes analizinde uygulamalar için geliştirilmeye tamamen uygun olan nanomalzemeler kullanan yarı iletken gaz sensörlerinin oluşturulmasıyla sonuçlandı. Bu, 2019 yılında Vingroup İnovasyon Vakfı (VinIF) tarafından finanse edilen bir projede uygulanan bir araştırma yönüdür. Bu zorlu projeyi VinIF Vakfı'na önerme konusundaki güvenimizin arkasındaki itici güçlerden biri, Vakfın "risk alma" yaklaşımıdır. Bu ilerici mekanizma sayesinde, garantili ürün sonuçları olan güvenli bir araştırma yönü önermek yerine, yüksek risk taşısa bile çığır açan bir konuyu takip etmeye karar verdik. Bu araştırmanın prensibi, insanların akciğer kanseri, astım, diyabet vb. gibi belirli hastalıklardan muzdarip olduklarında, vücuttaki metabolik süreçleri etkilediği ve böylece hastanın nefesinde farklı konsantrasyonlarda karakteristik gazlar (biyobelirteçler) oluşturduğudur. Bu biyobelirteçler, her hastalık türü için farklı şekilde değişecektir. Gaz sensörleri, bu biyobelirteçleri tanımlamak ve analiz etmek üzere tasarlanmıştır ve biyopsi gibi invaziv yöntemler olmadan hastalıkları erken teşhis etmeye yardımcı olur. Mikroçipler ve yarı iletken çipler dalgası her zamankinden daha sıcak. Profesöre göre, bu dalgadan hangi yönde yararlanmalıyız? -Doğru, bu konu çok sıcak ve modern teknolojinin birçok araştırma, geliştirme ve uygulamasının merkezinde yer alıyor. Bu alandaki büyüme ve ilerleme sadece bilgi ve iletişim teknolojisinin gelişimini teşvik etmekle kalmıyor, aynı zamanda birçok diğer endüstri üzerinde de derin bir etkiye sahip. Ancak açıkçası, yarı iletken ve mikroçip iş gücümüz hala çok az ve uzmanlıkları sınırlı. Dahası, Vietnam'da şu anda yeterince güçlü bir yarı iletken araştırma merkezi ve sağlam bir yarı iletken ekosistemi yok. Bence Vietnam, rekabet potansiyeli olan niş alanlara odaklanarak, Ar-Ge ve insan kaynakları eğitimine yatırım yaparak, bir teknoloji ve destekleyici endüstri ekosistemi kurarak ve teknolojiyi kilit endüstrilere uygulayarak yarı iletken ve mikroçip teknolojisi patlamasından yararlanmalıdır. Bu stratejiler, Vietnam'ın sürdürülebilir kalkınmayı sağlamasına ve hızla değişen küresel teknoloji bağlamında etkili bir şekilde rekabet etmesine yardımcı olacaktır. Teşekkürler, Profesör!

Thanhnien.vn

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