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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/7/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Tỵ cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/7/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Tỵ cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

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 19/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VCCA 2026: Muốn có robot “Made by Vietnam”, phải bắt đầu từ hệ sinh thái vững chắc

VCCA 2026: Muốn có robot “Made by Vietnam”, phải bắt đầu từ hệ sinh thái vững chắc

Các chuyên gia cho rằng, thách thức lớn nhất của ngành robot Việt Nam hiện nay không phải là chế tạo được một sản phẩm, mà là xây dựng hệ sinh thái đủ mạnh để kết nối công nghệ, doanh nghiệp, chính sách và thị trường.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: VietinBank 15 năm liên tiếp góp mặt trong Forbes Global 2000; Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB; VPBank lập kỷ lục lợi nhuận, tổng tài sản vượt 1,5 triệu tỷ đồng...
Khoa học công nghệ được kỳ vọng trở thành động lực tăng trưởng mới của Gia Lai

Khoa học công nghệ được kỳ vọng trở thành động lực tăng trưởng mới của Gia Lai

Diễn đàn "Hợp tác nghiên cứu và ứng dụng khoa học công nghệ nhằm phát triển kinh tế - xã hội trong khu vực" diễn ra chiều 17/7 trong khuôn khổ VCCA 2026 đã quy tụ các nhà quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp trong và ngoài nước cùng tìm lời giải để đưa khoa học, công nghệ trở thành động lực phát triển mới của Gia Lai và khu vực miền Trung - Tây Nguyên.
Từ bảo vệ đến đo lường điện:  Hàn Mỹ Việt đưa thiết bị điện CHINT đến gần doanh nghiệp địa phương

Từ bảo vệ đến đo lường điện: Hàn Mỹ Việt đưa thiết bị điện CHINT đến gần doanh nghiệp địa phương

Khi nông sản được đưa vào dây chuyền sơ chế, sấy, phân loại hay đóng gói, hiệu quả sản xuất không chỉ phụ thuộc vào máy móc. Phía sau mỗi động cơ, băng tải, máy bơm hay hệ thống làm mát là một hệ thống điện cần được bảo vệ, điều khiển và giám sát ổn định. Từ nhu cầu đó, tại VCCA 2026, Công ty TNHH Kỹ thuật Tự động Hàn Mỹ Việt giới thiệu danh mục thiết bị điện hạ thế và đo lường của CHINT. Nhóm sản phẩm hướng đến các ứng dụng thực tế tại Gia Lai, từ chế biến nông sản, chăn nuôi, cấp nước, kho bảo quản đến nhà xưởng và các công trình năng lượng.
Robot trở thành "đòn bẩy" giúp ngành sản xuất ứng phó khủng hoảng nhân lực

Robot trở thành "đòn bẩy" giúp ngành sản xuất ứng phó khủng hoảng nhân lực

Tình trạng thiếu hụt lao động có tay nghề đang trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với ngành sản xuất toàn cầu. Trong bối cảnh đó, robot không còn được xem là công nghệ thay thế con người mà đang trở thành công cụ hỗ trợ doanh nghiệp nâng cao năng suất, cải thiện an toàn và duy trì năng lực cạnh tranh.
VCCA 2026 trao Giải Best Paper cho một giải Nhất, hai giải Nhì và một giải Ba

VCCA 2026 trao Giải Best Paper cho một giải Nhất, hai giải Nhì và một giải Ba

Bài báo cáo "Xây dựng trạm gốc RTK phục vụ định vị chính xác cho máy và robot nông nghiệp” của nhóm tác giả Nguyễn Thị Hiên, Hoàng Xuân Anh, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Văn Năng (đến từ Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Viện Nghiên cứu máy Nông nghiệp, NARO, Nhật Bản) đã dành được giải Nhất giải thưởng Best Paper tại VCCA 2026.
Năng lượng xanh và chuyển đổi xanh: Kiến tạo động lực phát triển mới cho miền Trung - Tây Nguyên

Năng lượng xanh và chuyển đổi xanh: Kiến tạo động lực phát triển mới cho miền Trung - Tây Nguyên

Không chỉ là nơi chia sẻ những công nghệ mới nhất về năng lượng tái tạo, lưu trữ điện hay tự động hóa, sáng ngày 17/7, Diễn đàn Doanh nghiệp với chủ đề "Năng lượng tái tạo, phát triển nguồn nhân lực và chuyển đổi xanh cho khu vực miền Trung - Tây Nguyên" trong khuôn khổ VCCA 2026 còn mở ra những góc nhìn thực tiễn về lộ trình phát triển bền vững của khu vực.
Thị trường chứng khoán ngày 17/7: Thanh khoản “chạm đáy” nhiều tháng, VN Index lại lao dốc

Thị trường chứng khoán ngày 17/7: Thanh khoản “chạm đáy” nhiều tháng, VN Index lại lao dốc

VN Index mất gần 17 điểm nhưng điều khiến giới đầu tư lo ngại hơn là thanh khoản lao xuống mức thấp hiếm thấy. Dòng tiền gần như “đóng băng”, phản ánh tâm lý phòng thủ bao trùm toàn thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/7/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/7/2026: Tuổi Hợi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước áp lực

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 18/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri