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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026: Tuổi Thìn gặp thời thuận lợi, tuổi Tý cần thận trọng trong quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2026 dự báo những chuyển biến đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Trong khi một số tuổi có cơ hội khẳng định năng lực, mở rộng các mối quan hệ, những tuổi khác nên dành thêm thời gian cân nhắc trước các quyết định quan trọng. Giữ tinh thần chủ động, biết lắng nghe và sắp xếp công việc hợp lý sẽ giúp mỗi con giáp tận dụng tốt hơn những cơ hội trong ngày.
IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027: Tìm giải pháp tiết kiệm năng lượng cho xe tự hành

Cuộc thi IEEE VTS Motor Vehicle Challenge 2027 đặt ra bài toán phối hợp điều khiển động cơ, lực kéo và góc lái nhằm giảm tiêu thụ năng lượng, bảo đảm an toàn vận hành và tối ưu khả năng tiếp nhận điện không dây khi phương tiện di chuyển. Hạn đăng ký tham gia là ngày 31/1/2027.
Eximbank xuất hiện cổ đông tổ chức mới sở hữu hơn 1% vốn

Eximbank xuất hiện cổ đông tổ chức mới sở hữu hơn 1% vốn

Ngân hàng TMCP Xuất Nhập khẩu Việt Nam (Eximbank - Mã: EIB) vừa công bố danh sách cổ đông nắm giữ từ 1% vốn điều lệ trở lên tính đến ngày 14/10 với sự xuất hiện của Viconship.
Ngân vang giai điệu tuổi trẻ tại Nhạc hội Premiere 2026: Melorea

Ngân vang giai điệu tuổi trẻ tại Nhạc hội Premiere 2026: Melorea

Tối ngày 17/10, Nhạc hội Premiere 2026: Melorea đã chính thức diễn ra tại Học viện Báo chí và Tuyên truyền. Đêm diễn là điểm kết rực rỡ gắn kết tân sinh viên Khóa 46 với không gian âm nhạc đa sắc màu từ các tiết mục của các sinh viên tài năng và nghệ sĩ khách mời đình đám.
Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Ngành công nghiệp ô tô điện vừa ghi nhận sự trở lại đầy ấn tượng của thương hiệu Smart trong phân khúc xe mini đô thị với việc ra mắt mẫu Smart #2 tại Triển lãm Ô tô Paris.
Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Thời gian gần đây, những chia sẻ xoay quanh nhóm Facebook “Con ghét bố mẹ” đang thu hút sự chú ý từ cộng đồng mạng. Điều này đặt ra nhiều câu hỏi về sự mâu thuẫn giữa các thế hệ trong gia đình. Qua chia sẻ của học sinh, phụ huynh và chuyên gia tâm lý, mối quan hệ giữa cha mẹ và con cái được nhìn nhận rõ ràng hơn.
Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Sáng 19/10/2026, tại Trường Trung học Cơ sở Trần Duy Hưng (TP. Hà Nội), Cục Năng lượng - Dầu khí (Bộ Công Thương) tổ Chương trình tuyên truyền “Học sinh với kiến thức sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm và hiệu quả” cho hơn 2000 học sinh.
Amstro’s Gallery 2026: “Vetuoris” – Hành trình khám phá những bước chuyển mình trong nhận thức về vũ trụ

Amstro’s Gallery 2026: “Vetuoris” – Hành trình khám phá những bước chuyển mình trong nhận thức về vũ trụ

Trở lại với mùa triển lãm thường niên, Amstro’s Gallery 2026 mang đến chủ đề “Vetuoris”, lấy cảm hứng từ thời kỳ Phục Hưng và những bước ngoặt trong hành trình khám phá vũ trụ của nhân loại, hứa hẹn mở ra một không gian trải nghiệm nơi kiến thức thiên văn học được truyền tải qua những mô hình trực quan, thí nghiệm khoa học và hoạt động tương tác dành cho công chúng, đặc biệt là các bạn học sinh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Thận trọng, chưa vội bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Thận trọng, chưa vội bắt đáy

VN-Index giảm gần 16,1 điểm trong phiên 19/10, xuyên thủng ngưỡng 1.700 điểm trong bối cảnh thanh khoản gia tăng và áp lực bán có dấu hiệu lan rộng. Trước nguy cơ chỉ số tiếp tục lùi về vùng hỗ trợ 1.660 điểm, nhà đầu tư được khuyến nghị giữ quan điểm thận trọng, chưa vội bắt đáy và chờ tín hiệu hồi phục rõ ràng hơn.
Thị trường chứng khoán ngày 19/10: VIC bị bán mạnh cuối phiên, VN Index đánh mất mốc 1.690 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 19/10: VIC bị bán mạnh cuối phiên, VN Index đánh mất mốc 1.690 điểm

VN Index giảm hơn 16 điểm sau khi có thời điểm tăng hơn 15 điểm. Áp lực bán tại VIC và nhóm ngân hàng là nguyên nhân chủ yếu kéo chỉ số đi xuống, trong khi nhiều nhóm cổ phiếu vẫn giữ được sắc xanh.
master