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
Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đồng hành lan tỏa trách nhiệm cộng đồng, cùng người dân có hoàn cảnh khó khăn tại Buôn Đôn

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đồng hành lan tỏa trách nhiệm cộng đồng, cùng người dân có hoàn cảnh khó khăn tại Buôn Đôn

Sáng 28/6, tại xã Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk, Công ty TNHH MTV Khánh Minh Phát (Đồng Tháp) đã phối hợp với chính quyền địa phương tổ chức chương trình trao tặng 100 phần quà cho hộ nghèo, hộ cận nghèo và các gia đình có hoàn cảnh đặc biệt khó khăn, góp phần lan tỏa tinh thần sẻ chia, trách nhiệm xã hội và những giá trị nhân văn trong cộng đồng.
Ứng dụng AI trong doanh nghiệp SMEs: Từ bài toán năng suất đến yêu cầu phòng thủ chủ động

Ứng dụng AI trong doanh nghiệp SMEs: Từ bài toán năng suất đến yêu cầu phòng thủ chủ động

Trong bối cảnh AI đang trở thành động lực mới của chuyển đổi số, doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs) có cơ hội tiếp cận các công nghệ vốn trước đây chỉ dành cho các tập đoàn lớn. Tuy nhiên, AI không chỉ mang đến năng suất và hiệu quả vận hành, mà còn mở rộng bề mặt rủi ro về dữ liệu, bảo mật và quản trị.
Tự động hóa thúc đẩy đơn hàng công nghệ sản xuất tăng mạnh năm 2026

Tự động hóa thúc đẩy đơn hàng công nghệ sản xuất tăng mạnh năm 2026

Các đơn hàng máy công cụ và thiết bị gia công kim loại tại Mỹ tiếp tục tăng trưởng mạnh trong những tháng đầu năm 2026, trong bối cảnh doanh nghiệp đẩy mạnh đầu tư vào tự động hóa và các hệ thống sản xuất có mức độ tích hợp công nghệ cao hơn.
Tháo “nút thắt” giải ngân và triển khai để khoa học công nghệ bứt phá

Tháo “nút thắt” giải ngân và triển khai để khoa học công nghệ bứt phá

Tại Hội nghị sơ kết công tác 6 tháng đầu năm 2026 của Bộ Khoa học và Công nghệ chiều 29/6, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Vũ Hải Quân cho rằng để khoa học công nghệ thực sự trở thành động lực tăng trưởng, cần tập trung gỡ bỏ hai điểm nghẽn lớn là công tác giải ngân và tổ chức triển khai. Sau giai đoạn hoàn thiện thể chế, trọng tâm hiện nay là đưa các chính sách vào thực tiễn một cách quyết liệt và hiệu quả.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/7: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu có lãi

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/7: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu có lãi

Thị trường chứng khoán được kỳ vọng sẽ tiếp tục duy trì trạng thái tích cực trong phiên giao dịch ngày 1/7 khi dòng tiền có dấu hiệu cải thiện, tạo cơ sở để nhà đầu tư cân nhắc gia tăng tỷ trọng đối với các cổ phiếu đang vận động tốt và đã có lợi nhuận.
Tháo gỡ điểm nghẽn thể chế để Petrovietnam bứt phá trong kỷ nguyên năng lượng mới

Tháo gỡ điểm nghẽn thể chế để Petrovietnam bứt phá trong kỷ nguyên năng lượng mới

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu và yêu cầu tăng trưởng kinh tế cao, Petrovietnam đang đứng trước cơ hội tái định vị vai trò từ doanh nghiệp dầu khí truyền thống thành tập đoàn công nghiệp - năng lượng tích hợp. Tại Diễn đàn Dầu khí - Năng lượng thường niên 2026, các chuyên gia và nhà quản lý đều thống nhất rằng, cùng với quyết tâm đổi mới từ nội tại, những đột phá về thể chế sẽ là điều kiện quyết định để Petrovietnam dẫn dắt quá trình chuyển dịch năng lượng và tiếp tục giữ vai trò trụ cột bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.
Ra mắt Chi hội Kinh tế Bán dẫn HASEMI: Thúc đẩy liên kết phát triển hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Ra mắt Chi hội Kinh tế Bán dẫn HASEMI: Thúc đẩy liên kết phát triển hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Trong bối cảnh Việt Nam đẩy mạnh phát triển công nghiệp công nghệ cao và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu, việc hình thành các tổ chức chuyên ngành có vai trò kết nối giữa giới khoa học, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và cơ quan quản lý đang trở thành yêu cầu cấp thiết.
Từ quốc gia không có lợi thế làm sữa đến thành tích chưa từng có ở đấu trường sữa thế giới

Từ quốc gia không có lợi thế làm sữa đến thành tích chưa từng có ở đấu trường sữa thế giới

Không phải những tập đoàn sữa lâu đời tại châu Âu hay Bắc Mỹ, cái tên được xướng lên nhiều nhất tại Giải thưởng Đổi mới Ngành sữa Thế giới (World Dairy Innovation Awards) 2026 lại đến từ Việt Nam. Vinamilk gây bất ngờ lớn khi giành chiến thắng áp đảo với 5 hạng mục giải thưởng, tạo nên một kỷ lục chưa từng có trong lịch sử giải. Điều gì giúp đại diện từ Việt Nam tạo nên kỳ tích đặc biệt này?
D’. Diamant Bleu: Chuẩn sống xanh đắt giá được “chế tác” giữa trung tâm Long Biên

D’. Diamant Bleu: Chuẩn sống xanh đắt giá được “chế tác” giữa trung tâm Long Biên

Với mã “gen vị trí” đắc địa (một trong các mã gen đặc trưng của các dự án do Tân Hoàng Minh đầu tư phát triển) cùng lợi thế cận kề công viên và hồ điều hoà, các căn hộ D'. Diamant Bleu đang định hình lại tiêu chuẩn sống xanh đắt giá tại phía Đông Hà Nội.
Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Sáng 30/6, tại Hà Nội, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm dự và phát biểu chỉ đạo Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết số 10-NQ/TW ngày 8/6/2026 của Bộ Chính trị về phát triển kinh tế có vốn đầu tư nước ngoài. Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc