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
mca
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

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 6/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Khối ngoại bất ngờ đảo chiều bán ròng gần 700 tỷ đồng trong phiên 5/12, chấm dứt chuỗi ba phiên mua ròng trước đó. Dù chịu áp lực xả mạnh từ nhóm nhà đầu tư nước ngoài và sắc đỏ bao phủ phần lớn bảng điện tử, VN-Index vẫn giữ được đà tăng nhẹ, đóng cửa trên mốc 1.741 điểm nhờ lực đỡ từ một số cổ phiếu vốn hóa lớn
Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Ngày 4/12, cuộc thi Thiết kế Máy tự động hóa 2026 chính thức khởi động với sự tham gia của 266 thí sinh từ 54 đội chơi của 8 trường đại học lớn đào tạo kỹ thuật trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Cần Thơ. Cuộc thi mở ra cơ hội tiếp cận bài toán công nghiệp thực tế và nhiều cơ hội đào tạo quý giá cho sinh viên.
Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời

Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời

XSun thiết kế và sản xuất một loại máy bay không người lái (drone) vừa tự chủ về năng lượng, vừa có khả năng tự ra quyết định cho các sứ mệnh hoàn toàn tự động. Để hiện thực hóa chiếc SolarXOne, công ty khởi nghiệp này cần những bộ phận lắp ráp đáng tin cậy và hiệu suất cao. Đó chính là lý do họ tìm đến maxon để phát triển hệ thống đẩy.
Sẽ có khoảng 1 tỷ con robot thông minh chung sống với con người vào năm 2050?

Sẽ có khoảng 1 tỷ con robot thông minh chung sống với con người vào năm 2050?

Đó là dự đoán gây sốc của GS. Tan Yap Peng, Hiệu trưởng Trường Đại học VinUni tại Tọa đàm “Robot và tự động hóa thông minh” trong khuôn khổ Tuần lễ Khoa học Công nghệ VinFuture, diễn ra vào ngày 4/12.
5/12, Đại học Bách khoa Hà Nội bắt đầu mở đăng ký đợt 1 kỳ thi đánh giá tư duy 2026

5/12, Đại học Bách khoa Hà Nội bắt đầu mở đăng ký đợt 1 kỳ thi đánh giá tư duy 2026

Đại học Bách khoa Hà Nội mở đăng ký TSA đợt 1 từ ngày 5–15/12, dự kiến phục vụ 25.000 thí sinh và khoảng 60.000 lượt thi trên toàn quốc.
Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu

Các công tắc được đánh giá an toàn cần thiết trong các ứng dụng công nghiệp để đảm bảo rằng máy móc và hệ thống có thể được chuyển sang trạng thái an toàn một cách đáng tin cậy và dự đoán được, thường trong trường hợp có lỗi vận hành hoặc yêu cầu chức năng an toàn.
Ứng dụng khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số lĩnh vực di sản văn hóa

Ứng dụng khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số lĩnh vực di sản văn hóa

Chính phủ ban hành Nghị định số 308/2025/NĐ-CP quy định chi tiết một số điều và biện pháp tổ chức, hướng dẫn thi hành Luật Di sản văn hóa; trong đó quy định rõ về chuyển đổi số trong lĩnh vực di sản văn hóa.
STEAMCUP 2026 chính thức khởi động, mở rộng thành sân chơi Robotics châu Á

STEAMCUP 2026 chính thức khởi động, mở rộng thành sân chơi Robotics châu Á

Sau ba mùa gây tiếng vang, STEAMCUP trở lại năm 2026 với phiên bản hoàn toàn mới và quy mô khu vực Đông Nam Á. Không chỉ là sân chơi robot, STEAMCUP 2026 hứa hẹn mang đến hành trình sáng tạo, thử thách và kết nối dành cho hàng trăm học sinh tiểu học trên cả nước.
Hội đàm thúc đẩy hợp tác chiến lược, hướng tới Triển lãm CIAME Asia Vietnam 2026

Hội đàm thúc đẩy hợp tác chiến lược, hướng tới Triển lãm CIAME Asia Vietnam 2026

Ngày 3/12/2025, Viện Cơ điện Nông nghiệp và Công nghệ sau thu hoạch đã tiếp đón và làm việc với đoàn công tác gồm đại diện các hiệp hội và tổ chức ngành máy nông nghiệp Trung Quốc. Cuộc họp nhằm trao đổi thông tin và thảo luận khả năng hợp tác giữa hai bên, đặc biệt trong khuôn khổ triển lãm CIAME Asia Vietnam dự kiến tổ chức tại Thành phố Hồ Chí Minh vào tháng 7/2026.
song-gia-tri