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
BSR tăng 12,5% năng lực tồn chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất

BSR tăng 12,5% năng lực tồn chứa dầu thô tại NMLD Dung Quất

Việc đưa vào vận hành bể chứa dầu thô mới dung tích 65.000 m³ đã nâng tổng năng lực tồn chứa của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất lên 585.000 m³, tăng 12,5% so với trước. Công trình giúp BSR chủ động hơn về nguồn nguyên liệu, tăng tính linh hoạt trong nhập khẩu và chế biến dầu thô, đồng thời góp phần nâng cao năng lực dự trữ và bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/8: Không mua đuổi khi VN-Index hướng đến vùng 1.800 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/8: Không mua đuổi khi VN-Index hướng đến vùng 1.800 điểm

VN-Index tiếp tục duy trì đà hồi phục sau giai đoạn điều chỉnh mạnh, với sự hỗ trợ từ dòng tiền trong nước và tín hiệu mua ròng trở lại của khối ngoại. Tuy nhiên, khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự 1.800 điểm, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên chiến lược chọn lọc cổ phiếu, không gia tăng tỷ trọng bằng các lệnh mua đuổi.
Sử dụng bản sao kỹ thuật số để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp

Sử dụng bản sao kỹ thuật số để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp

Bài báo xem xét các phương pháp sử dụng bản sao kỹ thuật số (Digital Twins) để tăng hiệu quả quản lý đối tượng công nghiệp. Cấu trúc và nguyên tắc thiết lập bản sao kỹ thuật số được phân tích. Sự khác biệt của bản sao kỹ thuật số với các mô hình và mô phỏng truyền thống cũng được phân tích. Công nghệ lõi tạo bản sao kỹ thuật số - (Industrial Internet of Things - IIoT); hệ thống điều khiển, giám sát, và thu thập dữ liệu (Supervisory Control and Data Acquisition System - SCADA); hệ thống quản lý sản xuất (MES); thuật toán học máy, được nghiên cứu. Các ví dụ thực tiễn về triển khai bản sao kỹ thuật số trong các ngành công nghiệp dầu khí, luyện kim, cơ khí.
Thị trường chứng khoán ngày 4/8: Nhóm Vin “kéo” chỉ số, VN Index áp sát vùng 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 4/8: Nhóm Vin “kéo” chỉ số, VN Index áp sát vùng 1.800 điểm

VN Index tăng 14,39 điểm trong phiên 4/8, vượt đường MA20 nhờ sự dẫn dắt của VIC, VHM và một số cổ phiếu ngân hàng. Tuy nhiên, thanh khoản giảm nhẹ cho thấy dòng tiền vẫn thận trọng khi thị trường tiến gần vùng kháng cự 1.800 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/8/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/8/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần tránh nóng vội

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 5/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
UFM tổ chức Hội nghị xúc tiến Khoa học Công nghệ và chuyển giao tri thức năm 2026

UFM tổ chức Hội nghị xúc tiến Khoa học Công nghệ và chuyển giao tri thức năm 2026

“Triển lãm Dấu ấn trí tuệ UFM” và “Hội nghị xúc tiến Khoa học Công nghệ và chuyển giao tri thức UFM năm 2026” là một dấu mốc quan trọng, nằm trong chuỗi hoạt động chào mừng kỷ niệm 50 năm xây dựng và phát triển của Trường ĐH Tài chính - Marketing (ngày 1/9/1976 - 1/9/2026). Lễ khai mạc Triển lãm đã mở màn cho một không gian đầy hứng khởi, trưng bày các kết quả nghiên cứu, các dự án khoa học công nghệ tiêu biểu, thể hiện tinh thần đổi mới sáng tạo và khát vọng vươn lên của UFM.
50 năm Vinamilk: bền bỉ chăm sóc nền tảng cho thế hệ Việt Nam tương lai

50 năm Vinamilk: bền bỉ chăm sóc nền tảng cho thế hệ Việt Nam tương lai

Trước thềm năm học mới, hơn 500 học sinh tại xã Hiệp Thạnh (Lâm Đồng) đã tham gia Ngày hội Vươn cao Việt Nam do Vinamilk và Quỹ Bảo trợ Trẻ em Việt Nam tổ chức. Không chỉ mang đến nguồn dinh dưỡng thiết thực cho trẻ em địa phương, chương trình còn tạo cơ hội để các em được vui chơi, vận động, khám phá tri thức và nuôi dưỡng những ước mơ tương lai. Hoạt động nối dài hành trình gần hai thập kỷ của Quỹ sữa Vươn cao Việt Nam nhằm lan tỏa cơ hội tiếp cận dinh dưỡng cho trẻ em cả nước, góp phần hiện thực hóa khát vọng về một thế hệ Việt Nam khỏe mạnh và phát triển toàn diện.
AI giúp doanh nghiệp chủ động trước biến động chuỗi cung ứng

AI giúp doanh nghiệp chủ động trước biến động chuỗi cung ứng

Biến động chuỗi cung ứng đang trở thành trạng thái bình thường mới của ngành sản xuất. Căng thẳng địa chính trị, thiếu hụt nguyên liệu, biến đổi khí hậu hay gián đoạn vận tải liên tục tạo ra những cú sốc khó lường, buộc doanh nghiệp phải thay đổi cách quản lý chuỗi cung ứng. Thay vì chỉ phản ứng khi sự cố xảy ra, các nhà sản xuất đang hướng tới mô hình giám sát liên tục với sự hỗ trợ của trí tuệ nhân tạo (AI).
Đề xuất khung thù lao 80-300 triệu đồng cho nhà khoa học làm công nghệ chiến lược

Đề xuất khung thù lao 80-300 triệu đồng cho nhà khoa học làm công nghệ chiến lược

Dự thảo Thông tư về cơ chế tài chính đối với nhiệm vụ phát triển công nghệ chiến lược được kỳ vọng tạo động lực để các nhà khoa học chuyên tâm nghiên cứu, phát triển.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index mở đầu tuần bằng một phiên tăng mạnh, vượt ngưỡng 1.760 điểm với sự hỗ trợ của dòng tiền lan tỏa và lực mua ròng mạnh từ khối ngoại. Tuy nhiên, các tín hiệu kỹ thuật cho thấy xu hướng hồi phục vẫn cần thêm thời gian kiểm chứng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, hạn chế mua đuổi và ưu tiên những nhóm ngành có động lực tăng trưởng riêng.
song-gia-tri