Вчений-матеріалознавець Нгуєн Дик Хоа: «Наноматеріали такі цікаві!»

Як фізик-прикладний, чи були ви коли-небудь «захоплені» романтикою та філософією теоретичної фізики? - Практичність та доцільність теорії дуже важливі, оскільки теорія може відкрити нові перспективи на фізичні явища, що призводить до нових технологій, про які раніше не думали. Абстрактні концепції можуть призвести до практичного застосування в нанотехнологіях, нових матеріалах, медицині та квантовій інформації... Тому романтика та філософія теоретичної фізики не тільки приваблюють, але й доповнюють практичність прикладної фізики, створюючи захопливу подорож відкриттів та творчості. Поєднання теоретичної фізики та експериментальної фізики принесе фізикам всебічний та багатий досвід. Мене завжди цікавили та мотивували теоретичні проблеми у фізиці. Саме тому в наших останніх дослідженнях спостерігається співпраця між експериментаторами та дослідниками-теоретиками та обчислювальними дослідниками. Теорія обіцяє повне розуміння фундаментальних принципів, а також забезпечує всебічну основу, з якої можна відкрити нові перспективи на фізичні явища.

Проф. доктор Нгуєн Дик Хоа (ліворуч) зі своїм натхненним учителем - професором, доктором, народним учителем Нгуєн Дик Чієном

Професоре, чи можете ви пояснити у зрозумілій формі одну з ваших основних тем дослідження: чому наноматеріали мають так багато дивовижних властивостей? - Наноматеріали діють на атомному та молекулярному рівнях, де фізичні закони, які зазвичай зустрічаються при великих розмірах, більше не діють, включаючи ефекти розміру на нанорівні, відмінності у співвідношенні поверхні до об'єму, квантові ефекти та сильні взаємодії між атомами на нанорівні. Це створює нові фізичні, хімічні та біологічні властивості, відкриваючи широкий спектр потенційних застосувань. Це цікаво щодо наноматеріалів у багатьох галузях, таких як медицина, електроніка, енергетика... Особливим прикладом є елемент золото (символ Au): при великих розмірах воно жовте та нерозчинне у воді; але при розщепленні до нанорозміру воно може бути червоного, синього або інших кольорів залежно від розміру частинок. Квантові точки - це напівпровідникові наночастинки зі спеціальними оптичними властивостями: при збудженні вони випромінюють світло, колір якого залежить від розміру частинок. Квантові точки використовуються в екранах телевізорів (QLED), світлодіодних лампах та медичних застосуваннях, таких як флуоресцентні маркери для діагностики захворювань.

Зі студентами Ханойського національного університету освіти

Що таке 1D та 2D матеріали? Хіба матеріали, які ми бачимо, не є 3D? - Світ, який ми сприймаємо, - це 3D просторовий світ. Коли один вимір набагато більший за два інші виміри, об'єкт можна вважати 1-вимірним, тобто 1D матеріалом; або коли два виміри набагато більші за один інший вимір, об'єкт майже 2-вимірний, тобто 2D. На нанорівні 1D та 2D матеріали мають багато унікальних властивостей, оскільки їхня атомна структура обмежена 1 або 2 вимірами. 1D матеріал, такий як вуглецеві нанотрубки (порожнисті циліндричні трубки діаметром <100 нанометрів та довжиною до кількох мікрометрів або більше), має надзвичайно високу часткову міцність на розтяг та добру електро- та теплопровідність. Нанодроти (з діаметром < 100 нм та дуже великим співвідношенням довжини до діаметра, можуть бути виготовлені з багатьох різних матеріалів, таких як метали, напівпровідники та оксиди металів... можуть бути використані в сенсорах або електронних компонентах. 2D-матеріал, такий як графен (з шаром атомів вуглецю, розташованих у вигляді стільникової мережі), має дуже сильні механічні властивості, добру електро- та теплопровідність і є основою для багатьох досліджень та застосувань в електроніці, енергетиці та прозорих електродах... Завдяки нанотехнологіям 1D- та 2D-матеріали дедалі більше розвиваються та мають різноманітне застосування, сприяючи розширенню людського розуміння фізичного світу та обіцяючи проривні технологічні досягнення в майбутньому.

З колегами з ITIMS

Чи правда, що чим менші частинки матеріалів, тим більше сюрпризів та потенційних застосувань? Якщо ми розділимо частинки до самого кінця, що у нас залишиться? - Це питання дуже цікаве та допомагає прояснити деякі основні принципи матеріалознавства та нанотехнологій. Дійсно, коли ми розділимо матеріальні частинки до нанорозміру, з'являється багато нових та дивовижних властивостей. Продовжуючи розділяти частинки, ми наблизимося до найбазовішого рівня матерії, тобто до атомів та субатомних частинок, таких як протони, нейтрони, кварки, лептони та бозони, які наразі є найменшими складовими одиницями матеріалів. Однак у майбутньому можливо, що будуть знайдені або передбачено існування більш фундаментальних частинок. Це рушійна сила для вчених-матеріалознавців, тому що наука не має кінця. Це також сфера романтики, уяви та філософії в теоретичній фізиці.

З давніх часів люди виявляли наночастинки в багатьох артефактах. Що робить наноматеріали такими важливими для сучасного суспільства? - Наноматеріали стали надзвичайно важливими для сучасного суспільства не лише завдяки своїм малим розмірам, але й головним чином завдяки своїм унікальним властивостям та широкому спектру потенційних застосувань. Хоча наночастинки існують з давніх часів (наприклад, чаша Лікурга матиме різні кольори, якщо розглядати її у відбитому або прохідному світлі), їх розуміння та контроль значно просунулися за останні десятиліття, відкривши багато нових та новаторських застосувань у багатьох галузях. Таким чином, ключовим є здатність виробляти та контролювати наноматеріали. Нанотехнології не лише відкривають новий потенціал для поточних застосувань, але й створюють проривні можливості в майбутньому, позитивно сприяючи глобальному економічному та соціальному розвитку.

З колегами з ITIMS у Ба Ві

А як щодо надпровідних матеріалів та їх застосування? - Надпровідні матеріали, простіше кажучи, це матеріали, які, коли через них пропускається електричний струм, триватимуть вічно, не зменшуючи та не втрачаючи енергії. Надпровідні матеріали мають багато різних застосувань у таких галузях, як медицина , передача енергії, поїзди на магнітній левітації, прискорювачі частинок тощо. Наразі найпопулярнішим пристроєм, що використовує надпровідні матеріали, є апарати магнітно-резонансної томографії (МРТ), які використовують надпровідні магніти для створення сильного магнітного поля, необхідного для детальної візуалізації всередині тіла. Завдяки надпровідним матеріалам апарати МРТ працюють ефективніше та забезпечують зображення вищої якості. Нещодавно Китай успішно випробував поїзд, що працює на магнітній левітації надпровідних котушок у вакуумній трубці, досягши швидкості до 623 км/год (розрахункова швидкість може досягати 1000 км/год). Мабуть, найбільшою проблемою, яка наразі перешкоджає комерціалізації та широкому використанню надпровідних матеріалів, є дуже низька робоча температура. Надпровідність вимагає використання складних і дорогих систем охолодження, таких як використання рідкого гелію (-269°C) або рідкого азоту (-196°C) для підтримки низьких температур. Інші проблеми включають високі виробничі витрати, низьку механічну міцність, складні технології виготовлення, здатність підтримувати надпровідний стан у сильних магнітних полях або вимогу до надпровідного стану під високим тиском.

Розмова з колегами в лабораторії

Які нові розробки в дослідженнях професора щодо застосування наноматеріалів? - Після приблизно 10 років фундаментальних досліджень, з певними досягненнями в галузі наноматеріалів та сенсорів, наша група вирішила дослідити інтегровані наноматеріали для застосування в Інтернеті речей (IoT) для аналізу дихання з метою діагностики захворювань. Це справді крок у розвитку, який чітко демонструє міждисциплінарний дух у сучасних наукових дослідженнях. Поєднання наноматеріалів, електронних компонентів та Інтернету речей не тільки відкриває нові можливості для діагностики захворювань, але й сприяє розвитку передових медичних технологій або багатьох застосувань у різних галузях, таких як промисловість, навколишнє середовище, безпека... Наша ідея сформувалася у 2009 році, коли ми посилалися на дослідницьку роботу в журналі Nature Nanotechnology під керівництвом Хосама Хайка (Ізраїль), опубліковану за результатами "Діагностика раку легень через дихання з використанням наночастинок золота". Дослідження цієї групи показує, що, порівнюючи результати аналізу дихання здорових людей та хворих на рак легень, можна ідентифікувати пацієнтів з раком легень.

Поспілкуйтеся з експертом на заході

Наші подальші дослідження дозволили створити напівпровідниковий газовий датчик з використанням наноматеріалів, який може забезпечити кращу реакцію, нижчі межі виявлення концентрації газу, ніж нанозолото, і може бути повністю розроблений для застосування в аналізі дихання для скринінгу та діагностики захворювань. Це прикладний напрямок досліджень у проекті, що фінансується Фондом інновацій Vingroup (VinIF) у 2019 році. Однією з мотивацій для нас впевнено запропонувати цей складний проект VinIF є «ризикований» характер Фонду. Завдяки цьому прогресивному механізму, замість того, щоб пропонувати безпечний напрямок дослідження з гарантованим продуктом, ми маємо намір зробити проривну тему, незважаючи на потенційно високий ризик. Принцип цього дослідження полягає в тому, що коли люди страждають від певних захворювань, таких як рак легенів, астма, діабет тощо, це впливає на метаболізм організму, тим самим створюючи характерні гази (біологічні маркери) з різною концентрацією в диханні пацієнта. Ці біологічні маркери змінюватимуться по-різному для кожного типу захворювання. Газові датчики призначені для ідентифікації та аналізу біологічних маркерів, допомагаючи виявляти захворювання на ранній стадії без інвазивних методів, таких як біопсія. Хвиля мікрочіпів та напівпровідникових чіпів стає гарячішою, ніж будь-коли. На думку професора, в якому напрямку нам слід скористатися цією хвилею? - Так, ця тема дуже актуальна і є центром багатьох досліджень, розробок та застосувань сучасних технологій. Зростання та прогрес у цій галузі не лише сприяє розвитку інформаційно-комунікаційних технологій, але й має глибокий вплив на багато інших галузей. Але, чесно кажучи, наша команда з напівпровідників та мікрочіпів все ще занадто мала, з обмеженим досвідом. Крім того, сьогодні у В'єтнамі у нас немає достатньо сильного дослідницького центру напівпровідників, а також відсутня екосистема напівпровідників. На мою думку, В'єтнам повинен скористатися хвилею розвитку технологій напівпровідників та мікрочіпів, зосередившись на нішевих галузях з конкурентним потенціалом, інвестуючи в дослідження та розробки та навчання людських ресурсів, будуючи технологічну екосистему та підтримуючи галузі, а також застосовуючи технології в ключових галузях. Ці стратегії допоможуть В'єтнаму розвиватися стійко та ефективно конкурувати в умовах швидкозмінного глобального технологічного контексту. Дякую, професоре!

Thanhnien.vn

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