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 29/9/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Thìn nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/9/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Thìn nên thận trọng tiền bạc

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 29/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 28/9: Nhóm chứng khoán lao dốc, cổ phiếu dầu khí giúp VN Index rút chân

Thị trường chứng khoán ngày 28/9: Nhóm chứng khoán lao dốc, cổ phiếu dầu khí giúp VN Index rút chân

Có thời điểm VN Index mất hơn 22 điểm và rơi xuống dưới mốc 1.770, nhưng cú tăng tốc của nhóm dầu khí đã kéo chỉ số trở lại ngoạn mục. Dù vậy, hơn 220 cổ phiếu vẫn giảm giá, cho thấy lực bán chưa thực sự qua đi.
[E-Magazine] Smart Home - Ngôi nhà biết tính toán & hành động

[E-Magazine] Smart Home - Ngôi nhà biết tính toán & hành động

Một chiếc công tắc bật bằng giọng nói chưa làm nên ngôi nhà thông minh. Một căn hộ đầy camera, cảm biến và ứng dụng cũng chưa chắc đã “biết nghĩ”. Smart Home Việt Nam đang đi qua giai đoạn phô diễn tiện nghi để bước vào cuộc cạnh tranh khó hơn. Ở đó thiết bị phải hiểu nhau, hệ thống phải hiểu hoàn cảnh và đồng tiền bỏ ra phải đổi được thành an toàn, tiện ích và hiệu quả thực sự.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/9: Siết chặt quản trị rủi ro cho danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/9: Siết chặt quản trị rủi ro cho danh mục

Sau tuần giao dịch biến động mạnh, VN-Index được đánh giá vẫn đang duy trì vùng hỗ trợ kỹ thuật quan trọng, song áp lực phân hóa và thanh khoản suy giảm cho thấy tâm lý nhà đầu tư còn thận trọng. Trong bối cảnh này, việc siết chặt quản trị rủi ro, đặc biệt tại những nhóm cổ phiếu chịu áp lực bán, được đặt lên hàng đầu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/9/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Dậu nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/9/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Dậu nên thận trọng quyết định

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 28/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
MIS Future Challenge 2026: Khi học sinh được đặt vào vị trí người kiến tạo tương lai

MIS Future Challenge 2026: Khi học sinh được đặt vào vị trí người kiến tạo tương lai

Sáng 26/9, Trường Tiểu học, THCS & THPT Đa Trí Tuệ (MIS) tổ chức lễ công bố cuộc thi MIS Future Challenge 2026 với chủ đề “Kiến tạo tương lai”, mở rộng sân chơi dành cho học sinh từ tiểu học đến THPT trong và ngoài nhà trường.
Học viện Báo chí và Tuyên truyền công bố Quyết định thành lập Phân hiệu thành phố Huế

Học viện Báo chí và Tuyên truyền công bố Quyết định thành lập Phân hiệu thành phố Huế

Sáng ngày 26/9/2026, Học viện Báo chí và Tuyên truyền tổ chức Lễ công bố Quyết định thành lập Phân hiệu Học viện Báo chí và Tuyên truyền tại thành phố Huế. Buổi Lễ có sự tham dự trực tiếp của lãnh đạo các cơ quan Đảng, Nhà nước, lãnh đạo Học viện, cán bộ, giảng viên và người học tại Học viện Báo chí và Tuyên truyền; đồng thời được kết nối trực tuyến với cán bộ, giảng viên và người học của Phân hiệu Học viện tại thành phố Huế.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank chuyển sang mô hình tăng trưởng đa động lực

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank chuyển sang mô hình tăng trưởng đa động lực

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Sacombank Visa trải nghiệm khách hàng tại The Siren World Open 2026; VietinBank dự kiến chào bán 160 triệu trái phiếu; VPBank chuyển sang mô hình tăng trưởng đa động lực...
Dữ liệu - nền móng để xây dựng nhà máy tích hợp số

Dữ liệu - nền móng để xây dựng nhà máy tích hợp số

Chuyển đổi số đang mở ra viễn cảnh về những nhà máy có khả năng kết nối toàn diện, nơi con người và các hệ thống AI có thể truy cập tức thời dữ liệu vận hành, thiết kế, bảo trì và sản xuất. Tuy nhiên, để biến viễn cảnh này thành hiện thực, yếu tố quyết định không chỉ nằm ở công nghệ mà trước hết là khả năng tổ chức, kết nối và khai thác dữ liệu một cách chính xác, có ngữ cảnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Sửu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Sửu nên thận trọng tiền bạc

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 27/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.