Ученые Северного (Арктического) федерального университета первыми в мире создали широкодиапазонный датчик, который может мерить большие и малые токи. Такой датчик способен контролировать разрядку батарей и аккумуляторов, оптимизировать их работу, экономя до 30 процентов запаса энергии.
Один из разработчиков – профессор кафедры фундаментальной прикладной физики САФУ Дмитрий Макаров подчеркнул, что датчик найдёт применение как в бытовой сфере, например, в электромобилях, так в промышленной среде – там, где нет постоянного доступа к электроэнергии.
– Он актуален для арктических условий, потому что в холоде, как известно, аккумуляторы быстро разряжаются. И правильный оптимизированный способ работы, может продлить их службу, – говорит Дмитрий Макаров.
До этого датчики делились на те, которые могут измерять милиамперы и те, которые могут измерять сотни ампер. Первые выходили из строя при повышении тока, вторые не обладали чувствительностью к малым значениям. Потребность в универсальном приборе возникла давно, над решением работали ученые Китая и Японии, где электротранспортом пользуется большая часть населения. Но нашли его в лаборатории диагностики углеродных материалов и спиново-оптических явлений в широкозонных полупроводниках САФУ. Здесь использовали уникальные квантовые свойства монокристаллических алмазных пластин с NV-центрами и прочностные свойства самого алмаза.
– Приборы, работающие на основе классических неквантовых принципов, не давали такого результата, мы решили использовать сенсоры на основе искусственно выращенных алмазов. Для получения этих сенсоров структуру алмаза нарушают, атомы углерода частично заменяют на атом азота, создают вакансии при облучении на электронном ускорителе, после чего при термическом обжиге этой системы в аргоновой среде в течении суток при температуре выше 1000 градусов по цельсию образуются NV-центры с уникальными квантовыми свойствами, – рассказывает Дмитрий Макаров.
Первые эксперименты с использованием NV-центров для измерения тока были проведены в САФУ в начале года. Они подтвердили возможность создания прибора на основе искусственно-выращенных алмазов. Но экспериментальная установка была слишком большая и не годилась для широкого применения.
К ноябрю 2024 года специалисты лаборатории создали компактный прототип для применения в различной технике. Как говорит Дмитрий Макаров, впереди – поиск решений для дешёвого датчика, который можно будет встраивать в мобильные телефоны и другие приборы, где используются аккумуляторные батареи.
Ещё одно достоинство широкодиапазонного датчика тока, созданного учёными САФУ – алмазная составляющая: значит, он будет устойчив к радиации и не будет выходить из строя в космосе или рядом с ядерными реакторами.