Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao

Công nghiệp - Năng lượng
11/03/2025 16:09
Khi thử nghiệm cảm biến bằng kỹ thuật cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR), các nhà nghiên cứu phát hiện có thể đo dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau.
aa
Nghiên cứu và đánh giá mô hình tái chế rác thải từ pin năng lượng mặt trời [Infographic] Những ưu điểm của pin năng lượng mặt trời

Cảm biến đang sử dụng trên thị trường có nhiều hạn chế

Theo đó, khi hướng đến xe điện có phạm vi hoạt động xa hơn, sạc nhanh hơn và cải thiện độ an toàn, các nhà sản xuất cũng nhận thấy nhu cầu về công nghệ quản lý pin xe điện hiệu quả đang tăng lên. Các cảm biến hiện đang được sử dụng để theo dõi pin xe điện thường bị nóng và mất năng lượng, gặp khó khăn với độ chính xác thấp và đôi khi không phát hiện được những biến động nhỏ trong dòng điện của pin, dẫn đến việc quản lý năng lượng kém hiệu quả hơn.

Nghiên cứu chỉ ra, cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế nêu trên. Tuy nhiên, tinh thể kim cương được sử dụng cho các cảm biến này thường rất nhỏ, chỉ rộng vài milimét. Giới hạn kích thước xuất phát từ những khó khăn trong việc sản xuất các chất nền kim cương, dẫn đến hạn chế các cảm biến trong công nghiệp.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu Nhật Bản từ Viện Khoa học Tokyo (ISCT) đã tạo ra một chất nền kim cương diện tích lớn với các tâm khuyết nitơ (NV) trên một chất nền không phải kim cương. Thiết lập này hoạt động giống như một nền tảng hoàn hảo cho các cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao dành cho pin EV.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế của cảm biến hiện đang sử dụng (Ảnh minh họa, Interesting Engineering)

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ tăng trưởng heteroepitaxial để phát triển nền tảng. Quá trình này bao gồm việc phát triển một lớp tinh thể trên một chất nền của một vật liệu khác, cho phép tích hợp các vật liệu khác nhau với các đặc tính khác nhau.

Có thể hình dung như việc đặt những viên gạch không cùng vật liệu trên một bề mặt, nhưng đảm bảo chúng được xếp thẳng hàng. Phương pháp này cho phép tích hợp các trung tâm NV trong mạng tinh thể kim cương. Các trung tâm này rất quan trọng để phát hiện những thay đổi tinh tế trong từ trường, đây là một chức năng rất hữu ích để theo dõi pin EV.

Để tạo ra nền tảng cảm biến lượng tử kim cương, trước tiên các nhà khoa học đã chọn một chất nền không phải kim cương tương thích với sự phát triển heteroepitaxial. Sau đó, bằng cách sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD), họ lắng đọng các màng kim cương lên các chất nền. Điều này cho phép họ kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể của kim cương.

Tiếp theo, họ thêm một lớp kim cương nitơ-vacancy (NV) dày 150 micromet, cho phép cảm biến phát hiện những thay đổi từ tính nhỏ. Lớp này có thời gian liên kết spin (T2) là 20 micro giây, nghĩa là nó có thể duy trì thông tin lượng tử đủ lâu để đo chính xác.

Cuối cùng, họ căn chỉnh các tâm NV theo các hướng cụ thể trong mạng kim cương. Điều này dẫn đến nồng độ khuyết tật nitơ là tám phần triệu (ppm), đây là yếu tố chính trong hiệu suất cảm biến lượng tử .

Ngoài ra, để cải thiện độ chính xác, nhóm nghiên cứu đã thêm một cơ chế hiệu chỉnh độ nghiêng để điều chỉnh các sai lệch nhỏ trong tinh thể kim cương. Điều này đảm bảo cảm biến hoạt động tốt, giống như các cảm biến dựa trên kim cương truyền thống. Cảm biến lượng tử kim cương với các trung tâm NV hiện đã sẵn sàng để thử nghiệm.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Sơ đồ cho thấy quá trình sản xuất cảm biến lượng tử kim cương (Nguồn ảnh: Kajiyama và cộng sự)

Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm cảm biến bằng một kỹ thuật gọi là cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR) trong một thiết lập dựa trên sợi quang. ODMR là một kỹ thuật được sử dụng để đo các từ trường nhỏ bằng ánh sáng và vi sóng. Nó hoạt động bằng cách phát hiện cách các khuyết tật đặc biệt trong vật liệu, như các trung tâm NV trong kim cương, phản ứng với từ trường.

Nhóm nghiên cứu đã đạt được khả năng phát hiện dòng điện có độ nhạy cao trong quá trình thử nghiệm ODMR. Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau, dao động từ 10 mili giây đến 100 giây.

Khi nói đến pin EV, hiệu suất và tuổi thọ của chúng phụ thuộc vào việc theo dõi chính xác cách dòng điện chảy vào và ra. Cảm biến lượng tử kim cương có thể phát hiện những biến động nhỏ trong dòng điện và giúp duy trì tình trạng pin ở mức tối ưu.

Mutsuko Hatano, giáo sư tại trường kỹ thuật ISCT, một trong những nhà nghiên cứu cho biết: "Khả năng đo dòng điện chính xác trong khi giảm thiểu nhiễu khiến cảm biến này trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn để giám sát hệ thống pin trong xe điện, nơi độ chính xác và độ tin cậy là tối quan trọng".

Nhóm nghiên cứu cũng lập kế hoạch tăng mật độ các trung tâm NV trong các cảm biến kim cương để có thể mang lại hiệu suất tốt hơn. Hy vọng, nghiên cứu hiện tại và tương lai sẽ sớm cho phép tích hợp công nghệ lượng tử đầy hứa hẹn này vào EV trên quy mô lớn.

Nguyên Ngọc (Theo Interesting Engineering)

Bài liên quan
vcca2026
Tin bài khác
Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Nhà báo Vũ Đình Thơm vừa được Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ giáo dục ATEC công bố Quyết định bổ nhiệm chức vụ Phó Tổng Biên tập Tạp chí Giáo dục và Xã hội.
Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Từ trạng thái giảm gần 25 điểm, VN Index bất ngờ “quay xe” mạnh mẽ trong phiên chiều. Dòng tiền bắt đáy bùng nổ kéo hàng loạt cổ phiếu trụ tăng tốc, giúp thị trường lấy lại mốc 1.800 điểm chỉ sau vài giờ giao dịch đầy kịch tính.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện tiền bạc

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 17/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Từ kiểm soát môi trường nuôi, theo dõi điều kiện đất và vi khí hậu cây trồng đến phân loại nông sản sau thu hoạch, công nghệ đang ngày càng hiện diện rõ nét trong toàn bộ chuỗi giá trị nông nghiệp. Tại VCCA 2026, Hàn Mỹ Việt giới thiệu các giải pháp CONOTEC cho nuôi yến và chăn nuôi, thiết bị giám sát môi trường - đất phục vụ trồng trọt, cùng máy tách màu RealTech, qua đó hướng đến mục tiêu giúp các cơ sở sản xuất tại Gia Lai nâng cao tính chủ động, chuẩn hóa chất lượng và gia tăng giá trị nông sản.
Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Diễn ra từ ngày 15 - 17/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 19 về Công nghệ, Thiết bị Điện (Vietnam ETE 2026), Triển lãm Sản phẩm tiết kiệm năng lượng, Năng lượng xanh (Greenergy Expo 2026) cùng Triển lãm Điện và năng lượng (Elecs Vietnam 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là sự kiện thường niên uy tín hàng đầu trong lĩnh vực điện - năng lượng tại Việt Nam. Đồng thời, góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh và hiện thực hóa mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 của Việt Nam.
Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026) khai mạc sáng 16/7 tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai). Với chủ đề “Tự động hoá thông minh- công nghệ chiến lược của Kỷ nguyên số”, sự kiện quy tụ gần 400 trăm nhà khoa học, chuyên gia và doanh nghiệp trong nước, quốc tế nhằm chia sẻ các xu hướng công nghệ chiến lược, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nghiên cứu đề xuất hệ thống tự động hóa công đoạn ly tâm máu trong quy trình xét nghiệm máu ứng dụng cho lĩnh vực kỹ thuật y sinh.
Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Nhân kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ, Tuần phim đặc biệt sẽ được tổ chức trên toàn quốc từ ngày 21 đến 28/7/2026, với sự tham gia của 190 cụm rạp. Không chỉ cựu chiến binh, người có công và gia đình chính sách, đông đảo người dân cũng có cơ hội thưởng thức các tác phẩm điện ảnh cách mạng hoàn toàn miễn phí.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Sau nhịp hồi phục ngắn trong phiên trước, thị trường chứng khoán bất ngờ quay đầu giảm mạnh trong ngày 15/7 khi tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng trước các thông tin quốc tế kém tích cực. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy và chờ thị trường kiểm định vùng hỗ trợ mạnh.
Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Chiều 15/7, Đại hội lần thứ nhất Chi hội Tự động hóa Gia Lai đã diễn ra thành công tại Trường Đại học Quy Nhơn. Chi hội chính thức ra mắt hướng tới trở thành cầu nối giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và cơ quan quản lý, góp phần thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao công nghệ tự động hóa tại khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
vn-web
song-gia-tri