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
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.
Thị trường chứng khoán ngày 15/7: Sắc đỏ “nhấn chìm” bảng điện tử, VN Index thủng mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 15/7: Sắc đỏ “nhấn chìm” bảng điện tử, VN Index thủng mốc 1.800 điểm

Sau một phiên hồi phục kỹ thuật, thị trường nhanh chóng quay lại xu hướng điều chỉnh khi lực bán lan rộng trên hầu hết các nhóm cổ phiếu. VN Index mất hơn 24 điểm và đánh rơi mốc 1.800 điểm trong bối cảnh thanh khoản tiếp tục duy trì ở mức thấp, phản ánh tâm lý thận trọng của dòng tiền.
Trường Đại học Quy Nhơn công bố điểm sàn từ 15 đến 20

Trường Đại học Quy Nhơn công bố điểm sàn từ 15 đến 20

Trường Đại học Quy Nhơn vừa công bố ngưỡng bảo đảm chất lượng đầu vào (điểm sàn) năm 2026 đối với các phương thức tuyển sinh đại học chính quy. Theo đó, mức điểm nhận hồ sơ xét tuyển bằng kết quả thi tốt nghiệp THPT dao động từ 15 đến 20 điểm, tùy từng nhóm ngành.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/7/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mão đề phòng hiểu lầm trong giao tiếp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/7/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mão đề phòng hiểu lầm trong giao tiếp

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 16/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đăng cai VCCA 2026: Trường Đại học Quy Nhơn khẳng định vai trò trung tâm kết nối đổi mới sáng tạo

Đăng cai VCCA 2026: Trường Đại học Quy Nhơn khẳng định vai trò trung tâm kết nối đổi mới sáng tạo

Việc đăng cai Hội nghị khoa học và Triển lãm quốc tế lần thứ 8 về Điều khiển và Tự động hóa (VCCA 2026) không chỉ khẳng định vị thế của Trường Đại học Quy Nhơn trong hệ thống giáo dục đại học mà còn mở ra cơ hội thúc đẩy hợp tác giữa nhà trường, doanh nghiệp và các viện nghiên cứu. PGS.TS. Đoàn Đức Tùng - Hiệu trưởng Trường Đại học Quy Nhơn (QNU) đã có những chia sẻ về công tác chuẩn bị của nhà trường, kỳ vọng từ sự kiện cũng như định hướng phát triển các lĩnh vực khoa học, công nghệ chiến lược nhằm đáp ứng yêu cầu của kỷ nguyên số.
VCCA 2026 - trí tuệ kỹ nghệ tìm đến Quy Nhơn - Gia Lai

VCCA 2026 - trí tuệ kỹ nghệ tìm đến Quy Nhơn - Gia Lai

Quy Nhơn lâu nay vẫn được nhớ bằng màu biển xanh và nhịp sống miền Trung không ồn ào. Nhưng dưới vẻ bình thản ấy, một tọa độ khoa học & công nghệ đang dần hình thành. Hội nghị Khoa học và Triển lãm Quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ VIII (VCCA – 2026) đến Quy Nhơn - Gia Lai vì thế không chỉ là cuộc hội ngộ chuyên ngành, mà là cuộc gặp đúng lúc giữa trí tuệ kỹ nghệ và nhu cầu chuyển mình của một địa phương đang mở rộng không gian phát triển.
Dây cáp "mắt xích" quyết định độ ổn định của hệ thống tự động hóa

Dây cáp "mắt xích" quyết định độ ổn định của hệ thống tự động hóa

Trong các dự án tự động hóa, doanh nghiệp thường ưu tiên đầu tư vào PLC, robot, biến tần hay hệ thống điều khiển hiện đại. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, một thành phần tưởng chừng đơn giản là dây cáp lại có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Nhận diện bệnh trên cây lúa bằng Edge AI: Đánh giá và so sánh hiệu năng phần cứng

Nhận diện bệnh trên cây lúa bằng Edge AI: Đánh giá và so sánh hiệu năng phần cứng

Nghiên cứu đề xuất hệ thống Edge AI phát hiện bệnh hại lúa theo thời gian thực trên các thiết bị có tài nguyên tính toán hạn chế mà không cần kết nối đám mây.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/7: Tận dụng nhịp hồi phục, loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/7: Tận dụng nhịp hồi phục, loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Sau khi hồi phục và lấy lại mốc 1.800 điểm trong phiên 14/7, VN-Index phát đi tín hiệu tích cực về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, thanh khoản vẫn ở mức thấp cho thấy dòng tiền chưa thực sự quay trở lại, vì vậy nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp hồi để cơ cấu danh mục, ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu có triển vọng kết quả kinh doanh quý II tích cực.
Đưa trí tuệ nhân tạo trở thành năng lực bắt buộc trong giáo dục quốc dân

Đưa trí tuệ nhân tạo trở thành năng lực bắt buộc trong giáo dục quốc dân

Chiều 13/7, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) tổ chức cuộc họp lấy ý kiến hoàn thiện Chương trình quốc gia phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đến năm 2030, định hướng đến năm 2035.
vn-web
song-gia-tri