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
Thị trường chứng khoán ngày 6/7: VN Index giảm gần 19 điểm, áp lực bán lan rộng trong phiên đầu tuần

Thị trường chứng khoán ngày 6/7: VN Index giảm gần 19 điểm, áp lực bán lan rộng trong phiên đầu tuần

Thị trường mở đầu tuần mới bằng một phiên điều chỉnh mạnh khi áp lực bán bùng lên từ nhóm chứng khoán rồi lan sang hầu hết các nhóm ngành. Dù VN Index vẫn giữ được vùng hỗ trợ kỹ thuật quan trọng, tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng hơn trước nguy cơ nhịp điều chỉnh còn kéo dài.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/7/2026: Tuổi Thìn gặp quý nhân, tuổi Dần nên giữ bình tĩnh trước áp lực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/7/2026: Tuổi Thìn gặp quý nhân, tuổi Dần nên giữ bình tĩnh trước áp lực

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 7/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tài lộc, tình duyên và sức khỏe.
Camp Blast 2026: Sân chơi mùa hè đầy sắc màu của thiếu nhi Thủ đô

Camp Blast 2026: Sân chơi mùa hè đầy sắc màu của thiếu nhi Thủ đô

Đầu tháng 7 vừa qua, tại Trường Liên cấp Quốc tế TH School (Chùa Bộc), trại hè đa lĩnh vực Camp Blast đã được Câu lạc bộ Green Hanoi Amsterdam tổ chức thành công, thu hút đông đảo sự quan tâm từ các bậc phụ huynh và các em nhỏ trên toàn Thủ đô.
Điểm sàn cao nhất Trường Đại học Mỏ - Địa chất (HUMG) thuộc về ngành tự động hóa

Điểm sàn cao nhất Trường Đại học Mỏ - Địa chất (HUMG) thuộc về ngành tự động hóa

Trường Đại học Mỏ - Địa chất chính thức công bố ngưỡng điểm đầu vào tuyển sinh năm 2026
Để SME không “đứt hơi” trong chuyển đổi số, cần năng lực triển khai tiền tuyến

Để SME không “đứt hơi” trong chuyển đổi số, cần năng lực triển khai tiền tuyến

Rõ ràng, chuyển đổi số (CĐS) đã trở thành một ưu tiên gần như bắt buộc với doanh nghiệp. Từ tập đoàn lớn đến doanh nghiệp vừa và nhỏ, hầu như ai cũng nói đến dữ liệu, ERP, SaaS, AI, tự động hóa, dashboard hay nền tảng quản trị tích hợp. Nhưng thực tế cho thấy, nhiều dự án CĐS rơi vào tình trạng kéo dài, dùng không tới, hoặc chỉ vận hành được một phần nhỏ so với kỳ vọng ban đầu.
[E-Magazine] Thẻ căn cước “biết nói”

[E-Magazine] Thẻ căn cước “biết nói”

Có những cuộc cách mạng công nghệ không bước vào đời sống bằng tiếng động cơ hay ánh đèn sân khấu. Nó đến khi một người đang vội gửi tiền học cho con, trả hóa đơn, chuyển khoản viện phí; chiếc điện thoại bỗng yêu cầu nhìn vào camera. Ít ai nghĩ rằng, để vài giây xác thực ấy có giá trị, trước đó danh tính của họ đã được neo vào căn cước gắn chip hoặc VNeID, dữ liệu khuôn mặt và những lớp kiểm tra chống giả mạo của ngân hàng.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank dẫn đầu ngân hàng tư nhân Việt trên bảng xếp hạng Forbes Global 2000

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank dẫn đầu ngân hàng tư nhân Việt trên bảng xếp hạng Forbes Global 2000

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: BVBank tăng tốc nhờ chiến lược bán lẻ và chuyển đổi số; Eximbank tái bổ nhiệm ông Trần Tấn Lộc làm Quyền Tổng Giám đốc; VPBank dẫn đầu ngân hàng tư nhân Việt trên bảng xếp hạng Forbes Global 2000...
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần đề phòng thị phi

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 6/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
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.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc