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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/10/2026 mang đến những dự báo thú vị về vận trình của 12 con giáp trên các phương diện công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe. Mỗi con giáp sẽ có những cơ hội và thử thách riêng. Cùng khám phá những điểm đáng chú ý trong ngày để chủ động hơn trong công việc và cuộc sống.
Thị trường chứng khoán ngày 21/10: Cổ phiếu Vin khoe sắc tím, dòng tiền lan tỏa khắp thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 21/10: Cổ phiếu Vin khoe sắc tím, dòng tiền lan tỏa khắp thị trường

VN Index bất ngờ bật tăng gần 47 điểm trong bối cảnh thanh khoản cải thiện và sắc xanh lan tỏa ở nhiều nhóm ngành. Bộ ba VIC, VHM và VRE đồng loạt tăng trần, đóng góp khoảng 31 điểm cho chỉ số, trong khi ngân hàng, chứng khoán và bất động sản cũng giao dịch tích cực.
Kết nối hợp tác châu Á - Thái Bình Dương, thúc đẩy ứng dụng AI trong sản xuất

Kết nối hợp tác châu Á - Thái Bình Dương, thúc đẩy ứng dụng AI trong sản xuất

Sự kiện tại Đài Loan (Trung Quốc) ngày 20/10 quy tụ đại diện các hiệp hội công nghệ, tự động hóa và doanh nghiệp trong khu vực, hướng tới chia sẻ kinh nghiệm ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), tháo gỡ rào cản triển khai và tìm kiếm cơ hội hợp tác trong lĩnh vực sản xuất thông minh.
Kết nối giao thương, mở rộng cơ hội tham gia chuỗi cung ứng ngành cơ khí - điện

Kết nối giao thương, mở rộng cơ hội tham gia chuỗi cung ứng ngành cơ khí - điện

“Tuần lễ kết nối giao thương và giới thiệu sản phẩm ngành cơ khí, điện và công nghệ số năm 2026” khai mạc ngày 20/10 tại TP. Hồ Chí Minh đặt ra bài toán đưa cơ hội giao thương thành đơn hàng thực tế thông qua nâng cao năng lực kỹ thuật, chất lượng sản phẩm và hiệu quả vận hành.
Ngành Cơ khí - Điện trước xu thế chuyển đổi xanh

Ngành Cơ khí - Điện trước xu thế chuyển đổi xanh

Song song với cơ hội, quá trình chuyển đổi xanh cũng đặt ra thách thức không nhỏ cho ngành Cơ khí, nhất là với khối doanh nghiệp nhỏ và vừa do hạn chế về nguồn vốn, nhân lực, công nghệ và khả năng tiếp cận chính sách. Do đó, việc tạo lập các kênh đối thoại để cung cấp thông tin chuẩn xác, giải pháp công nghệ khả thi và kết nối các nguồn lực tài chính phù hợp là điều kiện then chốt để tháo gỡ điểm nghẽn cho doanh nghiệp.
BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

BIDV - Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG

Vừa qua, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) được vinh danh trong Top 50 Doanh nghiệp dẫn đầu về ESG tại Việt Nam năm 2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/10: Hạ tỷ trọng trong các nhịp hồi kỹ thuật

VN-Index hồi phục nhẹ trong phiên 20/10 nhờ lực cầu bắt đáy cuối phiên, nhưng các chỉ báo kỹ thuật vẫn cho thấy xu hướng ngắn hạn suy yếu. Nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp hồi kỹ thuật để cơ cấu danh mục, hạ tỷ trọng cổ phiếu và hạn chế sử dụng đòn bẩy khi thị trường chưa xác nhận tạo đáy.
Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index thoát hiểm cuối phiên nhưng dòng tiền vẫn dè dặt

Tưởng chừng thị trường tiếp tục chìm trong sắc đỏ khi VN Index có lúc mất hơn 10 điểm, nhưng lực cầu cuối phiên đã kéo chỉ số trở lại. Cổ phiếu thép và xây dựng đồng loạt khởi sắc, dù dòng tiền vẫn chưa đủ mạnh để tạo cú bứt phá.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026 dự báo những chuyển biến đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Trong khi một số tuổi có cơ hội khẳng định năng lực, mở rộng các mối quan hệ, những tuổi khác nên dành thêm thời gian cân nhắc trước các quyết định quan trọng. Giữ tinh thần chủ động, biết lắng nghe và sắp xếp công việc hợp lý sẽ giúp mỗi con giáp tận dụng tốt hơn những cơ hội trong ngày.
IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

Cuộc thi IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027 đặt ra bài toán phối hợp điều khiển động cơ, lực kéo và góc lái nhằm giảm tiêu thụ năng lượng, bảo đảm an toàn vận hành và tối ưu khả năng tiếp nhận điện không dây khi phương tiện di chuyển. Hạn đăng ký tham gia là ngày 31/1/2027.
master