中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
日本東京工業(yè)大學(xué)等開(kāi)發(fā)出利用“量子傳感器”使純電動(dòng)汽車(chē)（EV）的續航里程增加約10%的基礎技術(shù)。新技術(shù)可以準確測量?jì)Υ娴碾娏?，最大限度地發(fā)揮車(chē)載電池的性能。目標是最早于2030年實(shí)現實(shí)用化。
一次充電的續航里程越長(cháng)，純電動(dòng)汽車(chē)使用起來(lái)就越方便。雖然搭載更多電池可以延長(cháng)續航里程，但車(chē)內空間將變得狹小，同時(shí)成本也會(huì )變高。因此，各方正在推進(jìn)提高電池性能的技術(shù)開(kāi)發(fā)。
除了這些技術(shù)開(kāi)發(fā)之外，還有其他方法可提高續航里程。車(chē)載電池如果充電超過(guò)規定容量，會(huì )有發(fā)生損壞的風(fēng)險。但是，由于難以準確測量充電量，因此會(huì )設置富余量，使充電量比實(shí)際可存儲容量少10%左右。
如果擁有能以高精度測量充電量的傳感器，就能充分發(fā)揮車(chē)載電池的性能。東京工業(yè)大學(xué)和大型汽車(chē)零部件企業(yè)矢崎總業(yè)（Yazaki Corporation）瞄準的是使用鉆石的“鉆石量子傳感器”。量子是原子級以下的極小的能量和物質(zhì)單位。量子傳感器利用量子的特殊性質(zhì)，能夠以較高的靈敏度測量電流和磁力等?！ ?br/>
鉆石量子傳感器在鉆石的部分結晶中設置了特殊結構。這種鉆石具有在綠色激光照射下發(fā)出紅色熒光的性質(zhì)，熒光的強度會(huì )隨著(zhù)內部電子的量子狀態(tài)發(fā)生變化。
電子的量子狀態(tài)會(huì )因周?chē)碾娏?、磁力、溫度的影響而發(fā)生變化，因此只要檢測熒光的強度，就可以計算出磁力等。
目前已經(jīng)實(shí)用化的量子傳感器包括“超導量子干涉儀（SQUID）”。SQUID使用超導材料，能夠以較高精度檢測磁力。但是，由于維持量子狀態(tài)需要制冷機，因此很難實(shí)現小型化。
鉆石量子傳感器則受到堅固的鉆石結構的保護，即使在室溫條件下量子狀態(tài)也不易被破壞。有望實(shí)現設備小型化和低成本化。
東京工業(yè)大學(xué)等開(kāi)發(fā)出的鉆石量子傳感器，可以安裝在被稱(chēng)為“母線(xiàn)（Busbar）”的金屬零部件上。母線(xiàn)是從蓄電池輸送電力的通道。傳統傳感器以1安培為單位測量電流的大小，新開(kāi)發(fā)的傳感器則以10毫安為單位，精度提高至之前的100倍?！?br/>
因此，可以讓充電量接近電池的實(shí)際可存儲容量，無(wú)需預留10%的富余量。除了能以同樣的電池延長(cháng)續航距離之外，如果減少電池搭載量，還可以降低成本。
矢崎總業(yè)力爭最快2030年使鉆石量子傳感器實(shí)現實(shí)用化，面向汽車(chē)廠(chǎng)商和零部件廠(chǎng)商供貨。雖然目前周邊設備較大，但通過(guò)使用小型半導體激光等，將把尺寸縮小至10厘米見(jiàn)方。該公司表示，成本也“與以往的電流傳感器處于相同水平”?！?br/>
東京工業(yè)大學(xué)教授波多野睦子表示：“最大的成本因素是鉆石”。用于量子傳感器的鉆石是人工合成的。這與從礦山中開(kāi)采出來(lái)、用于珠寶首飾等的天然鉆石不同。為了大幅降低制造成本，將使用便宜的基板，采用從常見(jiàn)的甲烷氣體制造鉆石等適合量產(chǎn)的制造方法。
除了測量蓄電量之外，量子傳感器還被期待用于其他各種用途。德國大型汽車(chē)零部件企業(yè)博世通過(guò)2022年成立的內部初創(chuàng )公司進(jìn)行研究。通過(guò)測量地磁，可以推算出汽車(chē)、飛機等目前所處的位置。博世正在與法國空中客車(chē)進(jìn)行相關(guān)合作。此外，美國飛機制造商洛克希德?馬丁也在開(kāi)發(fā)類(lèi)似技術(shù)。
縮小到手掌大小的量子傳感器（圖由博世提供）
量子傳感器還可以測量生物體內發(fā)出的磁力和溫度的微小變化，因此也可能在醫療和生命科學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng )新。
檢測大腦和心臟活動(dòng)產(chǎn)生的磁力有助于診斷疾病。東京工業(yè)大學(xué)成功以毫米級的分辨率測量出小鼠心臟的磁力。這有助于檢測心律不齊?！?br/>
博世正在研究測量大腦產(chǎn)生的磁力，該公司的董事Tanja Rueckert認為，“阿爾茨海默癥等疾病的診斷或將變得更快、更準”。
日立制作所和東京工業(yè)大學(xué)還將推進(jìn)研究以高精度測量受精卵的溫度。受精卵可用于治療不孕癥的人工授精。據說(shuō)，受精卵是否容易發(fā)育與溫度具有關(guān)聯(lián)。這項技術(shù)可能有助于篩選合適的受精卵，提高不孕治療的成功率。
