acecook

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
ar
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 19/3: Chỉ nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 19/3: Chỉ nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc

Dù VN-Index vẫn duy trì trên mốc 1.700 điểm sau nhịp hồi phục, thị trường tiếp tục rung lắc mạnh với dòng tiền phân hóa và thanh khoản chưa cải thiện rõ rệt. Trong bối cảnh xu hướng chưa thực sự ổn định, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
Kỷ nguyên robot thông minh đang tái định nghĩa nhà máy hiện đại

Kỷ nguyên robot thông minh đang tái định nghĩa nhà máy hiện đại

Ngành sản xuất toàn cầu đang bước vào một giai đoạn chuyển đổi sâu rộng khi robot thông minh ngày càng đóng vai trò trung tâm trong dây chuyền sản xuất. Không còn chỉ thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, robot thế hệ mới được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến hiện đại và hệ thống kết nối dữ liệu, giúp nâng cao đáng kể hiệu quả, độ chính xác và khả năng thích ứng của hoạt động sản xuất.
Dell bắt tay NVIDIA đưa “siêu máy tính AI” tới doanh nghiệp

Dell bắt tay NVIDIA đưa “siêu máy tính AI” tới doanh nghiệp

Thông qua hợp tác với NVIDIA, Dell Technologies giới thiệu các hệ thống máy trạm AI tích hợp siêu chip thế hệ mới, cho phép xử lý mô hình hàng nghìn tỷ tham số ngay trên máy tính để bàn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/3/2026: Tuổi Hợi cực kì thuận lợi, tuổi Sửu đón nhận tin buồn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/3/2026: Tuổi Hợi cực kì thuận lợi, tuổi Sửu đón nhận tin buồn

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 19/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 18/3: Cổ phiếu dầu khí bùng nổ, khối ngoại xả mạnh VIC

Thị trường chứng khoán ngày 18/3: Cổ phiếu dầu khí bùng nổ, khối ngoại xả mạnh VIC

Thị trường rung lắc khá mạnh khi VN Index có lúc tiến đên mốc 1.740 điểm nhưng không giữ được độ cao. Điểm nhấn của phiên tập trung vào nhóm dầu khí, phân bón khi bùng nổ trở lại. Ngoài ra, khối ngoại bán ròng hơn 2,6 nghìn tỷ đồng, riêng VIC bị xả gần 1,7 nghìn tỷ.
Thị trường điều khiển chuyển động toàn cầu dự kiến phục hồi từ năm 2026

Thị trường điều khiển chuyển động toàn cầu dự kiến phục hồi từ năm 2026

Sau hai năm liên tiếp đối mặt với nhiều thách thức, thị trường điều khiển chuyển động toàn cầu được dự báo sẽ bước vào giai đoạn phục hồi từ năm 2026. Theo báo cáo mới nhất của Interact Analysis, năm 2025 tiếp tục là một năm khó khăn khi thị trường giảm 2,0%. Tuy vậy, mức suy giảm này đã được cải thiện so với mức giảm 6,5% ghi nhận trong năm 2024.
FTU mở thêm các ngành đào tạo mới áp dụng toàn diện mô hình đào tạo gắn với phát triển nghề nghiệp

FTU mở thêm các ngành đào tạo mới áp dụng toàn diện mô hình đào tạo gắn với phát triển nghề nghiệp

Năm 2026, Trường Đại học Ngoại thương (FTU) tiếp tục triển khai chiến lược đổi mới mạnh mẽ chương trình đào tạo, mở rộng các ngành và chương trình đào tạo mới theo định hướng nghề nghiệp quốc tế, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao trong bối cảnh chuyển đổi số, đổi mới sáng tạo và hội nhập kinh tế sâu rộng.
VAA làm việc với AVATECH, thúc đẩy phát triển thiết bị kiểm tra thông minh

VAA làm việc với AVATECH, thúc đẩy phát triển thiết bị kiểm tra thông minh

Trong nỗ lực xây dựng Hệ sinh thái doanh nghiệp tự động hóa gắn với công nghiệp 4.0, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã làm việc với AVATECH để thúc đẩy kết nối, hỗ trợ doanh nghiệp nâng cao năng lực công nghệ và mở rộng thị trường, hướng tới thương mại hóa và xuất khẩu sản phẩm.
28 trường đại học và doanh nghiệp ra mắt Ban điều phối hệ thống trung tâm đào tạo công nghệ 4.0

28 trường đại học và doanh nghiệp ra mắt Ban điều phối hệ thống trung tâm đào tạo công nghệ 4.0

Ngày 17/3, tại Hà Nội, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cùng 27 trường đại học đã chính thức ra mắt Ban điều phối Hệ thống các Trung tâm đào tạo xuất sắc và tài năng về công nghệ 4.0. Sự kiện nằm trong khuôn khổ triển khai Đề án phát triển hệ thống trung tâm đào tạo xuất sắc và tài năng về công nghệ 4.0 đến năm 2030, được phê duyệt theo Quyết định 374/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
Ajinomoto Việt Nam ký kết với Đại học Bách Khoa Hà Nội - đẩy mạnh nghiên cứu và đào tạo

Ajinomoto Việt Nam ký kết với Đại học Bách Khoa Hà Nội - đẩy mạnh nghiên cứu và đào tạo

Sáng ngày 12/3, tại Đại học Bách khoa Hà Nội đã diễn ra Lễ ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác (MOU) giữa nhà trường và Công ty Ajinomoto Việt Nam. Sự kiện đánh dấu bước phát triển mới trong mối quan hệ hợp tác giữa cơ sở đào tạo hàng đầu về khoa học - công nghệ của Việt Nam với doanh nghiệp quốc tế hoạt động trong lĩnh vực thực phẩm và chăm sóc sức khỏe.
song-gia-tri