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
Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Dòng sản phẩm cầu dao tự động vỏ đúc Eaton Power Defense giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm nguy cơ xảy ra sự cố phóng điện hồ quang.
Thị trường chứng khoán ngày 9/7: VN Index giảm 13 điểm, dầu khí trở thành điểm sáng hiếm hoi

Thị trường chứng khoán ngày 9/7: VN Index giảm 13 điểm, dầu khí trở thành điểm sáng hiếm hoi

Áp lực chốt lời lan rộng khiến VN Index quay đầu giảm 13 điểm sau hai phiên hồi phục. Dù nhóm dầu khí tiếp tục hưởng lợi từ giá dầu thế giới tăng, nhưng lực đỡ này không đủ giúp thị trường chống lại áp lực bán ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/7/2026: Tuổi Hợi tài vận vượng phát, tuổi Tý nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/7/2026: Tuổi Hợi tài vận vượng phát, tuổi Tý nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

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 10/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
AI mở ra kỷ nguyên mới cho nhà máy thông minh

AI mở ra kỷ nguyên mới cho nhà máy thông minh

Trí tuệ nhân tạo tạo sinh đang thay đổi cách doanh nghiệp vận hành, nhưng trong lĩnh vực sản xuất, xu hướng mới mang tên Agentic AI được đánh giá sẽ tạo ra bước nhảy vọt lớn hơn. Tuy nhiên, các chuyên gia tự động hóa cho rằng thành công của công nghệ này không phụ thuộc vào sức mạnh của mô hình AI mà nằm ở chất lượng dữ liệu và kiến trúc điều khiển của nhà máy.
World Cup 2026: Loạt công nghệ mới giúp trọng tài "bắt" mọi tình huống gây tranh cãi

World Cup 2026: Loạt công nghệ mới giúp trọng tài "bắt" mọi tình huống gây tranh cãi

World Cup 2026 không chỉ là sân khấu của những ngôi sao bóng đá mà còn là màn trình diễn của loạt công nghệ hiện đại nhất từ trước đến nay. Chip cảm biến bên trong quả bóng, hệ thống việt vị bán tự động và VAR đang phối hợp để phát hiện cả những pha chạm bóng cực nhỏ, giúp trọng tài đưa ra quyết định chính xác hơn trong các tình huống gây tranh cãi.
BIDV khởi động hành trình xây dựng “Ngân hàng hạnh phúc của người lao động”

BIDV khởi động hành trình xây dựng “Ngân hàng hạnh phúc của người lao động”

Ngày 30/06/2026, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) chính thức khởi động Dự án “Xây dựng BIDV là Ngân hàng hạnh phúc của người lao động” (sau đây gọi là Dự án Ngân hàng hạnh phúc). Đây là lần đầu tiên BIDV xây dựng một chương trình tổng thể về hạnh phúc và trải nghiệm người lao động trên quy mô toàn hệ thống, đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược phát triển nguồn nhân lực và củng cố văn hóa doanh nghiệp lấy con người làm trung tâm.
Thị trường chứng khoán ngày 8/7: Nhóm chứng khoán hạ nhiệt, dòng tiền xoay trục sang dầu khí và bất động sản

Thị trường chứng khoán ngày 8/7: Nhóm chứng khoán hạ nhiệt, dòng tiền xoay trục sang dầu khí và bất động sản

VN Index tiếp tục hồi phục nhờ lực cầu ở các nhóm dầu khí, phân bón và bất động sản. Tuy nhiên, thanh khoản vẫn chưa đủ mạnh để xác nhận xu hướng tăng mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/7/2026: Tuổi Dần công việc hanh thông, tuổi Thìn cần thận trọng khi hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/7/2026: Tuổi Dần công việc hanh thông, tuổi Thìn cần thận trọng khi hợp tác

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 9/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xây dựng hệ sinh thái Robot & Drone Make in Vietnam: trọng tâm Diễn đàn số 2 tại VCCA 2026

Xây dựng hệ sinh thái Robot & Drone Make in Vietnam: trọng tâm Diễn đàn số 2 tại VCCA 2026

Robot và Drone "Make in Vietnam" sẽ là tâm điểm của Diễn đàn số 2 trong khuôn khổ Diễn đàn doanh nghiệp tại Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế lần thứ 8 về Điều khiển và Tự động hóa (VCCA 2026), diễn ra sáng 17/7 tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai). Diễn đàn quy tụ các nhà quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp và cộng đồng nghiên cứu nhằm trao đổi các giải pháp phát triển hệ sinh thái robot và drone phục vụ chuyển đổi số, sản xuất thông minh và phát triển kinh tế.
Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Trong một nhà máy hiện đại, PLC (Programmable Logic Controller) giống như "bộ não". PLC nhận tín hiệu từ hàng nghìn cảm biến, xử lý theo chương trình điều khiển rồi phát lệnh tới động cơ, van, robot, băng tải, lò nung hay dây chuyền đóng gói. Nếu PLC dừng hoạt động, cả dây chuyền có thể ngừng vận hành chỉ trong vài giây.
vn-web
song-gia-tri