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
Hành trình phát triển bền vững tại Vinamilk: Từ những thay đổi nhỏ đến tác động lớn hơn cho cộng đồng

Hành trình phát triển bền vững tại Vinamilk: Từ những thay đổi nhỏ đến tác động lớn hơn cho cộng đồng

Không chỉ giảm phát thải hay tiết kiệm tài nguyên trong sản xuất, Vinamilk đang từng bước mở rộng phạm vi của phát triển bền vững ra toàn bộ hệ sinh thái, từ người nông dân, nhà cung cấp, cộng đồng doanh nghiệp đến người tiêu dùng. Hành trình ấy cho thấy, những tác động tích cực chỉ thực sự bền vững khi được lan tỏa và duy trì bởi nhiều bên cùng tham gia.
VIDW 2026: Thúc đẩy quản trị AI và hợp tác công nghệ số quốc tế

VIDW 2026: Thúc đẩy quản trị AI và hợp tác công nghệ số quốc tế

Diễn ra từ ngày 28-30/10/2026 tại Quảng Ninh, Tuần lễ Số Quốc tế Việt Nam 2026 (VIDW 2026) dự kiến quy tụ 500 đại biểu trong nước và quốc tế, tập trung thảo luận về quản trị trí tuệ nhân tạo (AI), phát triển công nghệ số chiến lược và thúc đẩy hợp tác quốc tế trong nghiên cứu, chuyển giao, thương mại hóa công nghệ.
Tháo gỡ điểm nghẽn, thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp

Tháo gỡ điểm nghẽn, thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp

Phó Thủ tướng Chính phủ Hồ Quốc Dũng yêu cầu đẩy mạnh liên kết giữa viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp, chuyển mạnh từ nghiên cứu theo đề xuất sang nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, lấy sản phẩm và hiệu quả thương mại hóa làm thước đo.
Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Sáng 23/10, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức hội thảo “Giải pháp phát huy vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam là cầu nối giữa các hội thành viên, đội ngũ trí thức KH&CN với cơ quan Đảng, Nhà nước và Mặt trận Tổ quốc (MTTQ) trong các hoạt động tư vấn, phản biện và giám định xã hội”.
Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

VN Index tăng 13,52 điểm và nối dài chuỗi tăng lên bốn phiên liên tiếp. Dòng tiền tập trung mạnh vào nhóm ngân hàng với giá trị giao dịch vượt 5 nghìn tỷ đồng, giúp thị trường đảo chiều tích cực trong nửa cuối phiên chiều.
Ứng dụng AI Vision để kiểm soát lỗi trong dây chuyền sản xuất giày da

Ứng dụng AI Vision để kiểm soát lỗi trong dây chuyền sản xuất giày da

Zetamotion, công ty chuyên về giải pháp kiểm tra ngoại quan bằng AI, đã giới thiệu Trạm kiểm tra giày Spectron 01 (SSIS01), được đặt biệt danh là "Shoe Box", tại Triển lãm quốc tế thiết bị, máy móc ngành dệt may và da giày (VFM 2026) diễn ra tại Trung tâm Hội chợ và Triển lãm Sài Gòn (SECC) từ ngày 14-17/10.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026: Tuổi Ngọ đón tín hiệu tích cực, tuổi Tuất cần kiên nhẫn trước thử thách

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026: Tuổi Ngọ đón tín hiệu tích cực, tuổi Tuất cần kiên nhẫn trước thử thách

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026 mang đến những dự báo đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Một số tuổi có thể tìm thấy hướng đi mới, đón nhận cơ hội phát triển, trong khi những tuổi khác cần giữ bình tĩnh và thận trọng trước các tình huống bất ngờ. Dù vận trình mỗi người có những điểm khác biệt, sự chủ động, tinh thần lạc quan và cách quản lý cuộc sống hợp lý vẫn là yếu tố quan trọng giúp bạn có một ngày thuận lợi.
Hành trình khám phá xứ sở “WANDERIA” tại đêm nhạc hội Khai Niên 2026

Hành trình khám phá xứ sở “WANDERIA” tại đêm nhạc hội Khai Niên 2026

Ngày 21/10, đêm nhạc của Khai Niên 2026 chính thức diễn ra tại hội trường lớn Học viện Báo chí và Tuyên truyền. Sự kiện đã mang đến những kỉ niệm đáng nhớ dành cho tân sinh viên K46.
Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục tăng điểm trong phiên 22/10, đóng cửa tại 1.760,6 điểm và duy trì trên các đường trung bình động MA10, MA20. Tuy nhiên, các chỉ báo động lượng và dòng tiền chưa phát tín hiệu đồng thuận, khiến thị trường có thể tiếp tục giằng co. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro.
master