acecook

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
dai-hoi-dang
Tin bài khác
VAA khẳng định vai trò kết nối, nâng cao năng lực công nghệ và hội nhập cho doanh nghiệp Việt

VAA khẳng định vai trò kết nối, nâng cao năng lực công nghệ và hội nhập cho doanh nghiệp Việt

Hội Tự động hóa Việt Nam vừa tổ chức thành công Hội thảo Cơ hội và Chính sách hỗ trợ Doanh nghiệp KH&CN, nhằm giúp doanh nghiệp hội viên hoạt động trong lĩnh vực khoa học công nghệ nhận thức đúng về đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số, nâng cao năng lực công nghệ, định hướng trở thành doanh nghiệp khoa học công nghệ phát triển bền vững.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/1/2026: Tuổi Thìn nhiều may mắn, tuổi Mùi tiểu nhân quấy phá

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/1/2026: Tuổi Thìn nhiều may mắn, tuổi Mùi tiểu nhân quấy phá

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 29/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 28/1: Họ nhà Vin và ngân hàng kéo chỉ số giảm mạnh, nhóm dầu khí ngược dòng

Thị trường chứng khoán ngày 28/1: Họ nhà Vin và ngân hàng kéo chỉ số giảm mạnh, nhóm dầu khí ngược dòng

Thị trường bất ngờ đảo chiều giảm mạnh sau nửa phiên sáng giằng co. Áp lực bán dồn dập khiến VN Index có lúc thủng mốc 1.800 điểm trước khi đóng cửa giảm hơn 27 điểm. Dù vậy, dòng tiền vẫn phân hóa rõ nét khi nhóm dầu khí và một số cổ phiếu đơn lẻ ngược dòng tăng tích cực.
ETEK, AIZ và Next Robotics chính thức trở thành hội viên Hội Tự động hóa Việt Nam

ETEK, AIZ và Next Robotics chính thức trở thành hội viên Hội Tự động hóa Việt Nam

Ba doanh nghiệp hoạt động trong các lĩnh vực tự động hóa, robot, dữ liệu và trí tuệ nhân tạo đã chính thức được kết nạp làm hội viên Hội Tự động hóa Việt Nam trong tháng 1/2026, đánh dấu bước tăng cường liên kết giữa các doanh nghiệp công nghệ trong nước.
Medifood VGreen: Ứng dụng công nghệ lên men vi sinh vào dinh dưỡng chủ động

Medifood VGreen: Ứng dụng công nghệ lên men vi sinh vào dinh dưỡng chủ động

Chiều ngày 27/1, tại Hà Nội, Hội Tự động hóa Việt Nam đã phối hợp với hệ sinh thái Medifood VGreen, Công ty CP Weldcom tổ chức Hội thảo "Cơ hội và Chính sách hỗ trợ Doanh nghiệp Khoa học và Công nghệ".
VAA ra mắt hệ sinh thái hỗ trợ doanh nghiệp KH&CN

VAA ra mắt hệ sinh thái hỗ trợ doanh nghiệp KH&CN

Hệ sinh thái Doanh nghiệp VAA đã chính thức được ra mắt, đánh dấu bước đi quan trọng trong việc kết nối, hỗ trợ và thúc đẩy cộng đồng doanh nghiệp khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo trong lĩnh vực tự động hóa, công nghệ và công nghiệp thông minh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/1: Nắm giữ danh mục, chờ VN-Index kiểm định vùng hỗ trợ

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/1: Nắm giữ danh mục, chờ VN-Index kiểm định vùng hỗ trợ

Phiên giao dịch ngày 27/1, VN-Index lùi về 1.830,5 điểm với thanh khoản suy yếu. Các chuyên gia cho rằng nhịp giảm này mang tính kỹ thuật và có thể đưa chỉ số kiểm định lại vùng hỗ trợ quanh 1.800–1.810 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền thận trọng, chiến lược phù hợp vẫn là nắm giữ danh mục và chờ cơ hội gia tăng tỷ trọng khi chỉ số xác nhận vùng hỗ trợ.
Vì sao các nền tảng tự động hóa cần được tái thiết toàn diện, không chỉ cải tiến từng bước nhỏ?

Vì sao các nền tảng tự động hóa cần được tái thiết toàn diện, không chỉ cải tiến từng bước nhỏ?

Tự động hóa công nghiệp đang bước vào một giai đoạn mang tính quyết định. Những hệ thống được thiết kế từ nhiều thập kỷ trước cho môi trường điều khiển biệt lập nay phải gánh trên mình những kỳ vọng hoàn toàn mới: hội tụ CNTT-OT, ra quyết định dựa trên dữ liệu, mở rộng quy mô toàn cầu và duy trì mức độ bảo mật cao trong suốt vòng đời vận hành dài hạn. Trong bối cảnh đó, việc nâng cấp từng phần hay cải tiến nhỏ lẻ không còn đủ để đáp ứng yêu cầu thực tế. Ngành công nghiệp cần một cách tiếp cận mới - xây dựng lại nền tảng tự động hóa từ gốc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/1/2026: Tuổi Sửu tài lộc suy giảm, tuổi Thân kinh doanh thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/1/2026: Tuổi Sửu tài lộc suy giảm, tuổi Thân kinh doanh thuận lợi

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 28/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 27/1: Nhóm dầu khí bùng nổ nhưng nhóm Vin kéo chỉ số lùi sâu

Thị trường chứng khoán ngày 27/1: Nhóm dầu khí bùng nổ nhưng nhóm Vin kéo chỉ số lùi sâu

Thị trường tiếp tục chứng kiến hiện tượng rung lắc và phân hóa mạnh. Dù số mã tăng vẫn áp đảo nhờ nhóm dầu khí bứt phá, VN Index vẫn giảm điểm và xuyên thủng hỗ trợ MA20 do áp lực từ nhóm cổ phiếu họ Vin và một số trụ lớn.
song-gia-tri