bau-cu-dai-bieu
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
mca-thong-bao
Tin bài khác
Khi nỗi lo "không bán được tranh" trở thành rào cản sáng tạo của họa sĩ trẻ

Khi nỗi lo "không bán được tranh" trở thành rào cản sáng tạo của họa sĩ trẻ

Trong bối cảnh phải cân bằng giữa khát vọng khẳng định bản sắc nghệ thuật và áp lực mưu sinh, nhiều họa sĩ trẻ hiện nay gặp không ít khó khăn trong sáng tác. Trao đổi với phóng viên, họa sĩ Nguyễn Tuấn Dũng - người gắn bó lâu năm với đời sống mỹ thuật đã chia sẻ về những rào cản khiến không ít nghệ sĩ trẻ còn e ngại trước các thử nghiệm sáng tạo mới.
Sunshine Group bước vào chu kỳ tăng tốc mới

Sunshine Group bước vào chu kỳ tăng tốc mới

Sunshine Group bước sang năm 2026 với nền tảng tài chính được củng cố sau tái cấu trúc, danh mục dự án hàng hiệu mở rộng tại Hà Nội và TP.HCM, cùng chiến lược phát triển hướng tới chuẩn sống cao cấp và tích hợp công nghệ.
Việt Nam - Ấn Độ ký kết hợp tác về chương trình đào tạo công nghệ

Việt Nam - Ấn Độ ký kết hợp tác về chương trình đào tạo công nghệ

Công bố hợp tác đào tạo công nghệ vào ngày 7/3 tại TP. HCM của FPT và 2 đối tác Ấn Độ diễn ra trong bối cảnh Việt Nam đang thực hiện Nghị quyết 57 và Nghị quyết 59 của Bộ Chính trị, qua đó góp phần xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao, hướng tới mục tiêu làm chủ công nghệ lõi quốc gia.
TS. Vũ Thị Tần: Phụ nữ có lợi thế nhìn khoa học từ những điều rất đời thường

TS. Vũ Thị Tần: Phụ nữ có lợi thế nhìn khoa học từ những điều rất đời thường

Từ những năm tháng học tập tại Nga, Tây Ban Nha đến quyết định trở về Việt Nam nghiên cứu, giảng dạy và khởi nghiệp, TS. Vũ Thị Tần đã lựa chọn con đường khoa học gắn với các vấn đề rất gần gũi trong đời sống. Nhân ngày 8/3, nữ nhà khoa học chia sẻ về hành trình theo đuổi hóa học vật liệu, những áp lực của phụ nữ làm khoa học và cách biến tri thức thành các sản phẩm thân thiện môi trường, phục vụ cộng đồng.
Ra mắt “Tủ điều khiển do AI tạo ra đầu tiên trên thế giới”

Ra mắt “Tủ điều khiển do AI tạo ra đầu tiên trên thế giới”

Tại triển lãm SPS ở Đức, bốn doanh nghiệp gồm ABB, Phoenix Contact, WSCAD và chuyên gia vỏ tủ häwa đã trình diễn điều mà họ gọi là “tủ điều khiển đầu tiên trên thế giới được thiết kế bằng trí tuệ nhân tạo”. Điểm nhấn của màn giới thiệu là phần mềm Electrix AI 2026, giải pháp E-CAD có khả năng tự động tạo bố cục tủ điều khiển sẵn sàng sản xuất chỉ từ sơ đồ mạch điện.
Thủ tướng Phạm Minh Chính gặp gỡ các nhà khoa học nữ đạt Giải thưởng Kovalevskaia

Thủ tướng Phạm Minh Chính gặp gỡ các nhà khoa học nữ đạt Giải thưởng Kovalevskaia

Nhân dịp kỷ niệm Ngày Quốc tế Phụ nữ 8/3, Thủ tướng Phạm Minh Chính đã có buổi gặp gỡ và trao Giải thưởng Kovalevskaia năm 2025 cho tập thể và cá nhân các nhà khoa học nữ tại Trụ sở Văn phòng Chính phủ.
FLC và Bamboo Airways làm việc với Quỹ Eastbridge Partners, tìm kiếm cơ hội đầu tư chiến lược

FLC và Bamboo Airways làm việc với Quỹ Eastbridge Partners, tìm kiếm cơ hội đầu tư chiến lược

Tập đoàn FLC và Hãng hàng không Bamboo Airways vừa có buổi làm việc với Quỹ đầu tư Eastbridge Partners (Hàn Quốc) nhằm trao đổi và tìm kiếm các cơ hội hợp tác đầu tư trong giai đoạn tới, đặc biệt trong lĩnh vực hàng không - mũi nhọn quan trọng trong hệ sinh thái của FLC.
Cơn bão giá RAM và SSD: Thị trường linh kiện PC toàn cầu biến động mạnh

Cơn bão giá RAM và SSD: Thị trường linh kiện PC toàn cầu biến động mạnh

Thị trường linh kiện máy tính toàn cầu đang trải qua một đợt tăng giá chưa từng có khi bộ nhớ RAM và chip lưu trữ đồng loạt leo thang. Diễn biến này không chỉ tác động trực tiếp đến người dùng có nhu cầu nâng cấp máy tính cá nhân (PC) mà còn tạo áp lực đáng kể lên giá bán laptop và các thiết bị công nghệ trong năm 2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/3/2026: Tuổi Thân công việc suôn sẻ, tuổi Sửu dễ cáu gắt

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/3/2026: Tuổi Thân công việc suôn sẻ, tuổi Sửu dễ cáu gắt

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 8/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
KUKA Việt Nam và Đại học Bách khoa Đà Nẵng khai trương Trung tâm Robot & AI

KUKA Việt Nam và Đại học Bách khoa Đà Nẵng khai trương Trung tâm Robot & AI

Trung tâm được kỳ vọng trở thành không gian đào tạo và nghiên cứu công nghệ robot hiện đại, góp phần thúc đẩy hợp tác giữa nhà trường và doanh nghiệp trong phát triển nguồn nhân lực cho ngành tự động hóa và sản xuất thông minh tại Việt Nam.
song-gia-tri