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
Cần xây dựng hệ sinh thái để doanh nghiệp điện tử Việt Nam bứt phá trong kỷ nguyên AI

Cần xây dựng hệ sinh thái để doanh nghiệp điện tử Việt Nam bứt phá trong kỷ nguyên AI

Trong khuôn khổ Diễn đàn "Chuyển đổi số và sản xuất thông minh ngành điện tử Việt Nam: Từ tự động hóa đến nhà máy thông minh trong kỷ nguyên AI", phiên tọa đàm với sự tham gia của đại diện cơ quan quản lý, hiệp hội và doanh nghiệp đã tập trung phân tích những rào cản cũng như giải pháp để hình thành hệ sinh thái sản xuất điện tử thông minh tại Việt Nam.
Rockwell Automation tăng cường bảo vệ an ninh mạng cho hệ thống công nghiệp

Rockwell Automation tăng cường bảo vệ an ninh mạng cho hệ thống công nghiệp

Trong bối cảnh các cuộc tấn công mạng nhằm vào hệ thống công nghệ vận hành (OT) ngày càng gia tăng, Rockwell Automation vừa công bố mở rộng bộ giải pháp SecureOT với ba dịch vụ mới nhằm giúp các doanh nghiệp sản xuất và hạ tầng trọng yếu nâng cao khả năng phòng vệ an ninh mạng.
Vành đai 2.5 và hạ tầng metro tăng sức hút cho bất động sản dọc tuyến Nguyễn Trãi

Vành đai 2.5 và hạ tầng metro tăng sức hút cho bất động sản dọc tuyến Nguyễn Trãi

Cùng với tuyến metro Cát Linh - Hà Đông, các đoạn cuối của Vành đai 2.5 vừa khởi công, bổ sung mạng lưới kết nối tại khu vực Nguyễn Trãi. Việc tăng tốc triển khai hạ tầng góp phần tăng hấp lực cho các dự án bất động sản dọc tuyến.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/7/2026: Tuổi Thân đón cơ hội thăng tiến, tuổi Sửu cần tránh quyết định nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/7/2026: Tuổi Thân đón cơ hội thăng tiến, tuổi Sửu cần tránh quyết định nóng vội

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 5/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VinFast sắp ra mắt ô tô điện mini nhỏ hơn cả VF3?

VinFast sắp ra mắt ô tô điện mini nhỏ hơn cả VF3?

Thông tin từ hãng ô tô điện VinFast hé lộ, doanh nghiệp đã đăng ký bản quyền kiểu dáng công nghiệp một mẫu xe mới tại Việt Nam, với thiết kế 2 cửa giống VF3 nhưng nhỏ gọn hơn, khả năng chỉ có 2 chỗ ngồi.
Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Ngày 03/7 tại TP.Hồ Chí Minh, Hội nghị chuyên sâu ngành bán dẫn và điện tử SEMICONNECT 2026 đã diễn ra thành công rực rỡ. Hội nghị quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp, nhà nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách nhằm trao đổi về những hướng đi mới cho ngành công nghiệp bán dẫn Việt Nam trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ.
SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

Ngày 3/7, SUNHOUSE khởi công siêu nhà máy gia dụng thông minh quy mô hàng đầu Việt Nam, hướng tới phổ thông hóa gia dụng thông minh cho hàng triệu gia đình Việt.
Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Trong kỷ nguyên sản xuất thông minh, nơi AI, robot và các hệ thống tự động hóa ngày càng chi phối hoạt động của nhà máy, bài toán không còn chỉ nằm ở việc đầu tư công nghệ. Điều quyết định năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp đang dần chuyển sang khả năng quản lý, bảo tồn và chuyển giao tri thức kỹ thuật một cách hiệu quả.
Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Thiếu lao động, áp lực từ chuỗi cung ứng toàn cầu và yêu cầu nâng cao năng suất đang thúc đẩy doanh nghiệp điện tử Việt Nam đẩy mạnh ứng dụng AI, robot, Digital Twin và các giải pháp sản xuất thông minh. Những vấn đề này đã được các chuyên gia, doanh nghiệp cùng trao đổi tại diễn đàn do Hội Tự động hóa Việt Nam tổ chức.
Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT công bố điểm sàn năm 2026 thấp nhất là 18 điểm, cao nhất là 21 điểm. Trong khí đó, Trường Đại học Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn các ngành kỹ thuật cao hơn năm 2025 là 3 điểm.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc