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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2026: Tuổi Mùi quý nhân nâng đỡ, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2026: Tuổi Mùi quý nhân nâng đỡ, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

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 12/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
CHINT giới thiệu hệ sinh thái tự động hóa toàn diện, thúc đẩy sản xuất thông minh tại Việt Nam

CHINT giới thiệu hệ sinh thái tự động hóa toàn diện, thúc đẩy sản xuất thông minh tại Việt Nam

Trong bối cảnh chuyển đổi số và sản xuất thông minh đang trở thành động lực phát triển của ngành công nghiệp, ngày 10/7, tại Hà Nội, CHINT Global phối hợp cùng Công ty TNHH MTV Ngô Long Ân tổ chức Hội thảo "Tự động hóa Công nghiệp 2026", giới thiệu hệ sinh thái tự động hóa toàn diện và các giải pháp giúp doanh nghiệp tối ưu vận hành, nâng cao năng lực cạnh tranh trong kỷ nguyên số.
Vì sao nhiều dự án nhà máy thông minh thất bại?

Vì sao nhiều dự án nhà máy thông minh thất bại?

Các doanh nghiệp sản xuất đang đầu tư mạnh vào AI, IIoT, MES hay phân tích dữ liệu với kỳ vọng nâng cao hiệu quả vận hành. Thế nhưng, không ít dự án nhà máy thông minh chỉ thành công trong giai đoạn thử nghiệm rồi nhanh chóng mất động lực khi đưa vào sản xuất thực tế. Theo các chuyên gia, nguyên nhân cốt lõi không phải do công nghệ mà xuất phát từ tư duy triển khai và mức độ sẵn sàng của tổ chức.
Tên miền ".vn" ngày càng khẳng định sức hút và giá trị tài sản số

Tên miền ".vn" ngày càng khẳng định sức hút và giá trị tài sản số

Sau 2 đợt đấu giá, 67 tên miền cấp 2 có 2 ký tự dưới ".vn" được đấu giá thành công với tổng số tiền 1,535 tỷ đồng, tăng khoảng 2,3 lần so với tổng giá khởi điểm. Kết quả này cho thấy sức hút ngày càng lớn của tên miền quốc gia Việt Nam như một tài sản số gắn với thương hiệu và kinh tế số.
Thị trường chứng khoán ngày 10/7: Khối ngoại rót gần 1,4 nghìn tỷ, VN Index vẫn lao dốc

Thị trường chứng khoán ngày 10/7: Khối ngoại rót gần 1,4 nghìn tỷ, VN Index vẫn lao dốc

Dòng tiền ngoại đổ mạnh vào thị trường với giá trị mua ròng gần 1,4 nghìn tỷ đồng nhưng không thể ngăn VN Index nối dài chuỗi giảm điểm. Dòng tiền nội thận trọng khiến sắc đỏ tiếp tục bao trùm bảng điện tử.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/7/2026: Tuổi Tỵ công danh khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng trong đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/7/2026: Tuổi Tỵ công danh khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng trong đầu tư

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 11/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Nền công nghiệp và công nghệ của Ý (Italia) nổi tiếng toàn cầu nhờ sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí chính xác, tự động hóa và thiết kế thẩm mỹ độc bản. Đặc trưng “Made in Italy” thể hiện rõ qua nhiều thế mạnh cốt lõi, trong đó có chế tạo máy & tự động.
Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Từ khu công nghiệp thế hệ mới đến giao thông công cộng, đầu tư công và quản trị đô thị, những lĩnh vực tưởng chừng riêng lẻ được đề cập tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 9/7 lại cùng phản ánh một xu hướng rõ nét: Thành phố đang từng bước xây dựng "hạ tầng số" làm nền tảng cho mô hình tăng trưởng mới. Khi dữ liệu, công nghệ và tự động hóa ngày càng hiện diện trong mọi lĩnh vực, chuyển đổi số không còn là một chương trình riêng lẻ mà đang trở thành năng lực cạnh tranh của đô thị.
PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

Chiều 9/7, tại Lễ công bố Quyết định về công tác nhân sự do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo Hoàng Minh Sơn đã trao quyết định bổ nhiệm PGS.TS.Tạ Hải Tùng, Bí thư Đảng ủy, Hiệu trưởng Trường Công nghệ Thông tin và Truyền thông thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, giữ chức vụ Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội.
Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính và hạ tầng IoT đang đưa hệ thống camera IP vượt ra khỏi vai trò giám sát truyền thống để trở thành một phần của hệ thống an toàn công nghiệp. Tuy nhiên, để những giải pháp này đáp ứng các tiêu chuẩn bảo hiểm và quy định khắt khe, doanh nghiệp cần nhiều hơn một thuật toán AI - đó là một nền tảng quản trị vận hành có khả năng giám sát và đảm bảo dịch vụ liên tục.
vn-web
song-gia-tri