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
Khai trương Hệ sinh thái STEM tại NIC Hòa Lạc

Khai trương Hệ sinh thái STEM tại NIC Hòa Lạc

Việc đưa vào vận hành Hệ sinh thái STEM tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia (NIC) Hòa Lạc được kỳ vọng trở thành mô hình tham khảo tiêu biểu, góp phần đổi mới giáo dục STEM, kết nối nhà nước - nhà trường - doanh nghiệp, đồng thời tạo nền tảng phát triển nguồn nhân lực khoa học công nghệ chất lượng cao cho Việt Nam.
Thị trường chứng khoán ngày 3/2: VN Index tăng điểm trở lại, dòng tiền tiếp tục ưu ái midcap

Thị trường chứng khoán ngày 3/2: VN Index tăng điểm trở lại, dòng tiền tiếp tục ưu ái midcap

Sau phiên giảm mạnh trước đó, thị trường ghi nhận sự hồi phục khi VN Index tăng điểm trở lại. Dù lực bán gia tăng về cuối phiên khiến đà tăng thu hẹp, dòng tiền vẫn cho thấy xu hướng dịch chuyển rõ rệt sang nhóm cổ phiếu vốn hóa vừa, trong khi rổ VN30 tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/2/2026: Tuổi Mão trở ngại tình cảm, tuổi Hợi tin vui tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/2/2026: Tuổi Mão trở ngại tình cảm, tuổi Hợi tin vui tài chính

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 4/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Xu hướng CNC 2026: Dữ liệu, tự động hóa và công nghệ lai

Xu hướng CNC 2026: Dữ liệu, tự động hóa và công nghệ lai

Ngành gia công CNC đang bước vào một giai đoạn chuyển mình sâu sắc. Nếu trước đây trọng tâm là độ chính xác cơ khí và năng suất, thì đến năm 2026, dữ liệu, trí tuệ nhân tạo (AI), tự động hóa và công nghệ lai sẽ trở thành các trụ cột cốt lõi, định hình cách các nhà máy thiết kế, lập trình và vận hành. Sự thay đổi này phản ánh xu hướng chung của sản xuất hiện đại: từ “gia công thuần túy” sang “gia công thông minh”.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/2: Xu hướng giảm chưa hoàn toàn rõ nét

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/2: Xu hướng giảm chưa hoàn toàn rõ nét

Phiên giao dịch ngày 2/2 chứng kiến áp lực bán mạnh khiến VN-Index có thời điểm mất hơn 50 điểm. Tuy nhiên, lực cầu bắt đáy xuất hiện rõ rệt tại nhóm cổ phiếu ngân hàng và dầu khí đã giúp thị trường hồi phục đáng kể về cuối phiên. Đóng cửa, VN-Index chỉ còn giảm 32,54 điểm (-1,23%), thu hẹp đáng kể so với mức giảm sâu trong phiên; VN30-Index cũng cải thiện tích cực nhờ dòng tiền quay trở lại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn.
Vững bước dưới cờ Đảng

Vững bước dưới cờ Đảng

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài viết "Vững bước dưới cờ Đảng" của đồng chí Tô Lâm, Tổng Bí thư Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam.
Tổ chức Đợt phim mừng Đảng, mừng Xuân Bính Ngọ 2026

Tổ chức Đợt phim mừng Đảng, mừng Xuân Bính Ngọ 2026

Hướng tới chào mừng thành công Đại hội Đảng lần thứ XIV, kỷ niệm 96 năm Ngày thành lập Đảng Cộng sản Việt Nam và đón Xuân Bính Ngọ 2026, Đợt phim do Cục Điện ảnh chủ trì tổ chức sẽ diễn ra trên phạm vi cả nước, mang đến cho công chúng nhiều tác phẩm điện ảnh có giá trị tư tưởng, nhân văn và nghệ thuật cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/2/2026: Tuổi Tỵ mất kiểm soát, tuổi Mùi sức khỏe cải thiện

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/2/2026: Tuổi Tỵ mất kiểm soát, tuổi Mùi sức khỏe cải thiện

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 3/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 2/2: Nhóm midcap hút tiền giữa sắc đỏ, VN Index rút chân gần 30 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 2/2: Nhóm midcap hút tiền giữa sắc đỏ, VN Index rút chân gần 30 điểm

Mở màn tuần giao dịch đầu tiên của tháng 2 trong sắc đỏ, VN Index có thời điểm giảm sâu nhưng lực cầu xuất hiện mạnh về cuối phiên đã giúp chỉ số rút chân gần 30 điểm. Dù đóng cửa giảm hơn 22 điểm, dòng tiền vẫn luân chuyển tích cực sang nhóm midcap như dầu khí, thủy sản, dệt may và bán lẻ.
Vinamilk tiếp tục vượt đỉnh doanh thu của quý trước, với hơn 17 nghìn tỷ đồng

Vinamilk tiếp tục vượt đỉnh doanh thu của quý trước, với hơn 17 nghìn tỷ đồng

Tổng doanh thu hợp nhất Quý 4/2025 của Vinamilk đạt 17.045 tỷ đồng, tiếp tục lập đỉnh mới, tăng 10,1% so với cùng kỳ. Kết quả này giúp tổng doanh thu hợp nhất năm 2025 của “ông lớn” ngành sữa Việt Nam đạt 63.724 tỷ đồng, tăng 3,1% so với cùng kỳ, cao nhất lịch sử công ty.
song-gia-tri