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
Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Trong bối cảnh các nhà sản xuất xe điện liên tục tìm kiếm giải pháp nâng cao độ an toàn cho bộ pin mà vẫn tối ưu chi phí và quy trình lắp ráp, Tập đoàn Parker Hannifin vừa giới thiệu CoolTherm SF-1000 - vật liệu bọt silicon dạng lỏng được phát triển nhằm hạn chế hiện tượng lan truyền quá nhiệt trong các bộ pin lithium-ion.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu: Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhân dịp kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ (27/7/1947- 27/7/2026).
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/7: Chờ đợi thêm tín hiệu tích cực hơn

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/7: Chờ đợi thêm tín hiệu tích cực hơn

Phiên giao dịch chứng khoán ngày 23/7 đã lấy lại sắc xanh sau chuỗi bốn phiên giảm liên tiếp, tuy nhiên các chuyên gia cho rằng đà phục hồi hiện tại vẫn chưa đủ cơ sở để xác nhận xu hướng tăng mới. Nhà đầu tư nên ưu tiên quan sát và chờ thêm tín hiệu tích cực trước khi gia tăng tỷ trọng cổ phiếu.
Khai mạc CIAME Asia Vietnam 2026: Đưa công nghệ nông nghiệp thế giới đến gần hơn với Việt Nam

Khai mạc CIAME Asia Vietnam 2026: Đưa công nghệ nông nghiệp thế giới đến gần hơn với Việt Nam

Sáng 23/7, tại Trung tâm Triển lãm Quốc tế Sky Expo (TP. Hồ Chí Minh), Triển lãm Công nghệ Máy móc Nông nghiệp Quốc tế Việt Nam 2026 (CIAME Asia Vietnam 2026) chính thức khai mạc, mở đầu cho chuỗi hoạt động kết nối công nghệ, xúc tiến thương mại và hợp tác đầu tư trong lĩnh vực cơ giới hóa nông nghiệp giữa Việt Nam với các quốc gia trong khu vực và trên thế giới.
Thị trường chứng khoán ngày 23/7: Sau cú trượt dài, VN Index bật tăng gần 31 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 23/7: Sau cú trượt dài, VN Index bật tăng gần 31 điểm

Lực cầu bắt đáy bùng nổ giúp VN Index bật tăng gần 31 điểm chỉ sau một phiên rơi vào trạng thái quá bán. Dù vậy, đây có thể mới chỉ là “khoảng nghỉ” trước khi thị trường bước vào giai đoạn kiểm định đáy lần hai.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/7/2026: Tuổi Tuất gặp nhiều cơ hội bứt phá, tuổi Tý cần thận trọng khi hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/7/2026: Tuổi Tuất gặp nhiều cơ hội bứt phá, tuổi Tý 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 24/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
AI trong sản xuất: Muốn tạo giá trị thực, doanh nghiệp phải bắt đầu từ bài toán kinh doanh

AI trong sản xuất: Muốn tạo giá trị thực, doanh nghiệp phải bắt đầu từ bài toán kinh doanh

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành một trong những chủ đề được quan tâm nhất trong ngành sản xuất, nhưng khoảng cách giữa kỳ vọng và triển khai thực tế vẫn còn khá lớn. Dù phần lớn doanh nghiệp đã bắt đầu tìm hiểu AI, rất ít đơn vị có thể đưa công nghệ này vào vận hành trên quy mô toàn diện để tạo ra giá trị bền vững.
Đào tạo nhân lực AI và robot: Khi giáo dục không còn chạy theo công nghệ mà phải đi trước một bước

Đào tạo nhân lực AI và robot: Khi giáo dục không còn chạy theo công nghệ mà phải đi trước một bước

Từ áp lực tuyển dụng của doanh nghiệp đến những định hướng đổi mới trong giáo dục đại học, Việt Nam đang đứng trước yêu cầu phải tái cấu trúc cách đào tạo nguồn nhân lực AI và robot. Trong cuộc đua công nghệ toàn cầu, lợi thế cạnh tranh không chỉ nằm ở việc sở hữu những mô hình AI tiên tiến hay dây chuyền robot hiện đại, mà còn ở khả năng tạo ra đội ngũ kỹ sư đủ năng lực làm chủ và phát triển những công nghệ.
Đắk Lắk lần đầu tổ chức Lễ hội Sầu riêng cấp tỉnh, hướng tới xác lập nhiều kỷ lục thế giới

Đắk Lắk lần đầu tổ chức Lễ hội Sầu riêng cấp tỉnh, hướng tới xác lập nhiều kỷ lục thế giới

Lần đầu tiên tỉnh Đắk Lắk tổ chức Lễ hội Sầu riêng quy mô cấp tỉnh với 17 hoạt động đặc sắc, từ quảng bá thương hiệu, xúc tiến thương mại đến kết nối đầu tư và phát triển du lịch. Đặc biệt, lễ hội sẽ thực hiện màn diễu hành khoảng 500 xe bán tải chở sầu riêng cùng nhiều hoạt động trải nghiệm, hướng tới xác lập các kỷ lục thế giới, góp phần nâng tầm thương hiệu sầu riêng Đắk Lắk trên thị trường quốc tế.
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro trước áp lực bán mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro trước áp lực bán mạnh

Sau phiên giảm sâu khiến VN-Index mất mốc 1.700 điểm, giới phân tích cho rằng thị trường có thể xuất hiện các nhịp hồi kỹ thuật trong ngắn hạn. Tuy nhiên, trong bối cảnh áp lực bán vẫn lớn, đặc biệt từ khối ngoại, nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì sự thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro thay vì vội vàng bắt đáy.
song-gia-tri