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
Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội lấy điểm sàn tới 24 cho nhóm ngành "hot"

Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội lấy điểm sàn tới 24 cho nhóm ngành "hot"

Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội vừa công bố điểm sàn xét tuyển năm 2026. Trong đó, nhóm ngành Máy tính và Công nghệ thông tin, Kỹ thuật điện tử - viễn thông, Khoa học dữ liệu có điểm sàn cao nhất là 24, trong khi các ngành còn lại là 22 điểm.
Phổ điểm thi tốt nghiệp THPT 2026 giảm so với năm trước

Phổ điểm thi tốt nghiệp THPT 2026 giảm so với năm trước

Sáng ngày 1/7, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã công bổ phổ điểm thi tốt nghiệp THPT năm 2026 của 12 môn thi. Theo đó, hàu hết giảm so với năm 2025.
Kinh tế số tăng mạnh sau hơn một năm thực hiện Nghị quyết số 57

Kinh tế số tăng mạnh sau hơn một năm thực hiện Nghị quyết số 57

Hội nghị toàn quốc sơ kết 1 năm 6 tháng triển khai thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW ngày 22/12/2024 của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia diễn ra vào chiều ngày 1/7. Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chủ trì Hội nghị.
Lộc Hoàng An Tech: kiến tạo tương lai xanh

Lộc Hoàng An Tech: kiến tạo tương lai xanh

Trong kỷ nguyên số hóa toàn cầu, khi ranh giới giữa thế giới thực và ảo dần mờ nhạt, Công ty Cổ phần Tập đoàn Công nghệ Lộc Hoàng An (Lộc Hoàng An Tech) do GS.TS. Đinh Văn Hiến - Chủ tịch Hội đồng quản trị và TS.Bùi Đức Hiếu - Phó chủ tịch, Tổng giám đốc điều hành đã dẫn dắt sự chuyển dịch sang một hệ sinh thái bền vững.
Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Xây dựng hệ sinh thái Robot “Made in Vietnam”: Liên kết để tạo sức bật cho ngành công nghiệp robot Việt

Trong bối cảnh robot và trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành nền tảng của sản xuất thông minh trên toàn cầu, việc xây dựng một hệ sinh thái robot hoàn chỉnh không còn là lựa chọn mà là yêu cầu tất yếu đối với các quốc gia muốn nâng cao năng lực cạnh tranh công nghiệp.
MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

MTA VIETNAM 2026: Kết nối công nghệ và thương mại cho ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo

Diễn ra từ ngày 1 - 4/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 22 về Cơ khí chính xác và Sản xuất chế tạo - MTA Vietnam 2026 đã mở ra cơ hội để doanh nghiệp trong và ngoài nước gặp gỡ, kết nối giao thương cùng các nhà đầu tư, khách hàng tiềm năng, giới thiệu sản phẩm, dịch vụ; gia tăng mức độ nhận diện thương hiệu, đồng thời cập nhật những đổi mới, sáng tạo tiên tiến trong ngành cơ khí chính xác và sản xuất chế tạo.
Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Tổng Bí Thư yêu cầu tổ chức cấp xã thực sự là tuyến đầu phục vụ người dân và doanh nghiệp

Phát biểu kết luận Hội nghị toàn quốc sơ kết một năm vận hành mô hình tổ chức tổng thể của hệ thống chính trị và mô hình chính quyền ba cấp sáng ngày 1/7, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đánh giá việc sắp xếp tổ chức bộ máy thời gian qua đạt nhiều kết quả tích cực, tạo nền tảng để chuyển sang giai đoạn nâng cao chất lượng vận hành.
Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Nhà máy tăng gấp ba sản lượng: Bài học tự động hóa đáng giá cho ngành sản xuất

Không cần mở rộng nhà xưởng hay tuyển thêm hàng chục lao động, một doanh nghiệp cơ khí tại Mỹ đã tạo ra bước nhảy vọt về năng suất nhờ đầu tư đúng vào robot bốc xếp tích hợp máy CNC. Câu chuyện của Youngers and Sons Manufacturing cho thấy tự động hóa chỉ phát huy tối đa hiệu quả khi được triển khai trên nền tảng quy trình sản xuất đã được tối ưu hóa.
Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 2/7: Có thể mở thêm vị thế mua mới

Sau phiên giao dịch khởi sắc ngày 1/7, các công ty chứng khoán cho rằng dòng tiền đang có dấu hiệu cải thiện tích cực, tạo cơ sở để nhà đầu tư tiếp tục gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu đã có lợi nhuận và cân nhắc mở thêm vị thế mua mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/7/2026: Tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc, tuổi Hợi cẩn trọng chi tiêu

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 2/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc