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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Thúc đẩy liên kết “Ba nhà”, đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Thúc đẩy liên kết “Ba nhà”, đưa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn

Ngày 15/10, tại Quảng Ninh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam phối hợp với Ban Tuyên giáo Trung ương, Bộ Khoa học và Công nghệ và UBND thành phố Quảng Ninh tổ chức hội thảo khoa học về mô hình liên kết Nhà nước - Nhà trường, Viện nghiên cứu - Doanh nghiệp.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

VN-Index nối dài chuỗi giảm điểm lên phiên thứ bảy liên tiếp và đóng cửa dưới mốc 1.700 điểm, cho thấy áp lực bán vẫn chiếm ưu thế. Tuy nhiên, sự phục hồi của một số nhóm cổ phiếu vốn hóa vừa có thể mở ra khả năng xuất hiện nhịp hồi kỹ thuật, do đó nhà đầu tư được khuyến nghị tránh bán tháo và chờ cơ hội cơ cấu danh mục khi thị trường hồi phục.
Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Ngân hàng TMCP Nam A (Nam A Bank) vừa huy động thành công 495 tỷ đồng thông qua phát hành lô trái phiếu mã NABL12607, kỳ hạn 7 năm với lãi suất lên đến 9,7%/năm. Qua đó, nâng tổng giá trị huy động vốn từ trái phiếu từ đầu năm đến nay hơn 3.000 tỷ đồng.
An ninh mạng trở thành rào cản lớn đối với tăng trưởng của ngành công nghiệp

An ninh mạng trở thành rào cản lớn đối với tăng trưởng của ngành công nghiệp

Theo báo cáo khảo sát do Rockwell Automation thực hiện với 1.560 nhà quản lý và người ra quyết định trong lĩnh vực sản xuất tại 17 quốc gia, hơn một phần ba tổ chức công nghiệp coi an ninh mạng là một trong những trở ngại bên ngoài lớn nhất đối với tăng trưởng. Kết quả cho thấy nguy cơ tấn công mạng đang trở thành thách thức quan trọng đối với hoạt động sản xuất và quá trình chuyển đổi số.
LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE - Hoạt động "xanh" thiết thực và ý nghĩa của giới trẻ

LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE - Hoạt động "xanh" thiết thực và ý nghĩa của giới trẻ

Nhằm lan tỏa lối sống xanh và nâng cao ý thức trách nhiệm đối với thiên nhiên trong cộng đồng, trong 2 ngày 10/10 và 11/10 vừa qua, nhóm học sinh THPT tại Hà Nội thuộc dự án Striped Project đã tổ chức thành công sự kiện thu gom đồ bỏ đi LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE.
Thị trường chứng khoán ngày 15/10: VN Index thủng mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm cơ hội ở nhóm chứng khoán

Thị trường chứng khoán ngày 15/10: VN Index thủng mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm cơ hội ở nhóm chứng khoán

VN Index tiếp tục chuỗi giảm điểm và đóng cửa tại 1.698,35 điểm sau khi nỗ lực hồi phục bất thành. Trong khi nhóm chứng khoán, xây dựng và một số cổ phiếu ngân hàng khởi sắc, áp lực từ dầu khí và hoạt động bán ròng của khối ngoại tiếp tục gây sức ép lên chỉ số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/10/2026: Tuổi Thân đón vận may tài lộc, tuổi Tý cần chủ động trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/10/2026: Tuổi Thân đón vận may tài lộc, tuổi Tý cần chủ động trong công việc

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 16/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Schneider Electric mở rộng hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và AI

Schneider Electric mở rộng hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và AI

Schneider Electric đang tiến hành mua lại PTC, tập đoàn phần mềm công nghiệp của Mỹ, trong thương vụ định giá doanh nghiệp này khoảng 22,6 tỷ USD, tương đương 20,1 tỷ euro. Thương vụ được kỳ vọng tạo ra một hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và trí tuệ nhân tạo (AI) quy mô lớn, kết nối xuyên suốt thế giới vật lý và kỹ thuật số, đồng thời mở rộng đáng kể thị trường của Schneider Electric.
Đại học Bách khoa Hà Nội hướng tới vị thế đại học nghiên cứu xuất sắc, phụng sự quốc gia

Đại học Bách khoa Hà Nội hướng tới vị thế đại học nghiên cứu xuất sắc, phụng sự quốc gia

Kỷ niệm 70 năm thành lập, Đại học Bách khoa Hà Nội đứng trước yêu cầu chuyển mạnh từ nền tảng đào tạo kỹ thuật hàng đầu sang đại học nghiên cứu xuất sắc, làm chủ công nghệ và giải quyết những bài toán lớn của quốc gia.
Nhà khoa học nữ Việt Nam ghi dấu ấn tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ 2026

Nhà khoa học nữ Việt Nam ghi dấu ấn tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ 2026

PGS.TS. Hà Thị Thanh Hương giành Giải Nhất hạng mục giữa sự nghiệp tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ dành cho Nữ giới năm 2026, với chủ đề ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) thúc đẩy hệ thống y tế bao trùm và có khả năng chống chịu.
master