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
Không đưa dữ liệu mật hoặc dữ liệu chưa công bố lên các nền tảng AI trái quy định pháp luật

Không đưa dữ liệu mật hoặc dữ liệu chưa công bố lên các nền tảng AI trái quy định pháp luật

Đây là một trong các nội dung đảm bảo nguyên tắc liêm chính khoa học và đạo đức nghề nghiệp trong nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ vừa được Bộ KH và CN ban hành ngày 25/5/2026, nhằm tạo khung chuẩn cho các cơ quan, tổ chức nghiên cứu xây dựng quy tắc nội bộ, tăng trách nhiệm giải trình và phòng ngừa sai phạm trong hoạt động khoa học
Khởi tranh vòng Sơ loại Cuộc thi Robocon Việt Nam 2026 với chủ đề “Chiến binh võ thuật”

Khởi tranh vòng Sơ loại Cuộc thi Robocon Việt Nam 2026 với chủ đề “Chiến binh võ thuật”

Sáng 26/5, vòng Sơ loại Cuộc thi Sáng tạo Robot Việt Nam (Robocon Việt Nam 2026) chính thức khởi tranh tại Hà Nội với sự tham gia của 36 đội tuyển đến từ 21 trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp trên cả nước.
Thị trường chứng khoán ngày 26/5: Dòng tiền tìm đến nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản

Thị trường chứng khoán ngày 26/5: Dòng tiền tìm đến nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản

Dù VN Index giảm nhẹ nhưng độ rộng lại được cải thiện rõ rệt. Dòng tiền quay lại nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản, trong khi thanh khoản vẫn ở mức thấp cho thấy thị trường đang trong giai đoạn tích lũy thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/5/2026: Tuổi Tỵ quý nhân nâng đỡ, tuổi Tý tâm trạng bực bội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/5/2026: Tuổi Tỵ quý nhân nâng đỡ, tuổi Tý tâm trạng bực bội

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 27/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Trung Quốc cấp “căn cước số” cho robot hình người, quản lý toàn bộ vòng đời

Trung Quốc cấp “căn cước số” cho robot hình người, quản lý toàn bộ vòng đời

Trung Quốc vừa công bố bộ tiêu chuẩn quản lý vòng đời robot hình người, trong đó mỗi robot sẽ được cấp một mã nhận dạng riêng như “thẻ căn cước số”, phục vụ truy xuất nguồn gốc, quản lý an toàn và xác định trách nhiệm khi xảy ra sự cố.
JBL ra mắt dòng tai nghe Live 4 với hộp sạc cảm ứng nâng cấp, cạnh tranh trực diện AirPods và Sony

JBL ra mắt dòng tai nghe Live 4 với hộp sạc cảm ứng nâng cấp, cạnh tranh trực diện AirPods và Sony

JBL vừa giới thiệu thế hệ tai nghe không dây Live 4 mới gồm Live Buds 4, Live Beam 4 và Live Flex 4 với loạt nâng cấp về âm thanh, chống ồn chủ động và đặc biệt là sự trở lại của hộp sạc màn hình cảm ứng thông minh. Dòng sản phẩm mới được kỳ vọng sẽ gia tăng sức cạnh tranh của JBL trên thị trường tai nghe cao cấp đang ngày càng khốc liệt.
Kết luận của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại cuộc họp về công tác nghiên cứu khoa học cơ bản

Kết luận của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại cuộc họp về công tác nghiên cứu khoa học cơ bản

Sáng 25/5, tại Trụ sở Trung ương Đảng, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chủ trì cuộc làm việc của Thường trực Ban Chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, cho ý kiến về công tác nghiên cứu khoa học cơ bản phục vụ phát triển đất nước trong giai đoạn mới.
Có 6 thí sinh TSA đợt 3 đạt trên 90 điểm, thí sinh Hải Phòng tiếp tục giành vị trí thủ khoa

Có 6 thí sinh TSA đợt 3 đạt trên 90 điểm, thí sinh Hải Phòng tiếp tục giành vị trí thủ khoa

Sáng 26/5, Đại học Bách khoa Hà Nội chính thức công bố kết quả điểm thi Đánh giá tư duy (TSA) đợt 3 năm 2026. Điểm trung bình kết quả TSA đợt 3 thấp, chỉ có 6 thí sinh đạt trên 90 điểm. Điểm cao nhất của đợt 3 là 93.76/100, dành cho thủ khoa đến từ Trường THPT Ninh Giang, TP. Hải Phòng.
Lan tỏa lối sống lành mạnh từ Ngày Dinh dưỡng Cộng đồng Việt Nam 2026

Lan tỏa lối sống lành mạnh từ Ngày Dinh dưỡng Cộng đồng Việt Nam 2026

Ngày Dinh dưỡng Cộng đồng Việt Nam lần thứ 6 do Herbalife Việt Nam phối hợp cùng Báo Sức khỏe và Đời sống tổ chức tại TP.Hồ Chí Minh đã thu hút hàng nghìn người tham gia với nhiều hoạt động tư vấn, trải nghiệm và thi đấu kiến thức dinh dưỡng. Chương trình tiếp tục lan tỏa thông điệp sống khỏe, dinh dưỡng cân bằng và vận động thường xuyên nhằm nâng cao chất lượng sức khỏe cộng đồng.
Năm học 2025-2026: Nhiều thành quả đến từ sự nỗ lực của thầy trò Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ

Năm học 2025-2026: Nhiều thành quả đến từ sự nỗ lực của thầy trò Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ

Sáng 25/5, Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ (MIS) tổ chức Lễ tổng kết Năm học 2025-2026, để ghi nhận thành quả của các lãnh đạo, thầy cô và học sinh toàn trường trong một năm học. Đồng thời, khen thưởng, tri ân những học sinh đạt thành tích học tập tốt, giáo viên có chuyên môn giỏi, phụ huynh có nhiều đóng góp cho phong trào ngoại khóa của trường,...
vn-web
song-gia-tri
gao-doc