輻致伏特效應(yīng)同位素電池的溫度和真空度效應(yīng)影響研究.pdf

1、近年來，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）發(fā)展迅速，已在軍事、航空航天、生物醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。輻致伏特效應(yīng)同位素電池具有高能量密度、長壽命、微型化、穩(wěn)定性強(qiáng)、無需外界供給等特點，符合微能源的需求，可有效解決MEMS的能量供給問題，具有重要研究價值。本文圍繞輻致伏特效應(yīng)同位素電池的制備，以及溫度效應(yīng)和真空度效應(yīng)對同位素電池電學(xué)輸出性能的影響開展了一系列的研究工作。本文的主要內(nèi)容包括：
　　1）基于輻致伏特效應(yīng)同位素電池的工作原理

2、、結(jié)構(gòu)類型及常用的放射源及換能單元，采用微納加工工藝制備硅換能單元，并通過PCB板的設(shè)計及制備、配制導(dǎo)電銀膠、焊接導(dǎo)線和加載放射源等過程制備得到不同類型的輻致伏特效應(yīng)同位素電池樣品。
　　2）采用不同放射源和不同換能單元組合得到四種β輻致伏特效應(yīng)同位素電池，研究溫度對不同類型電池輸出性能的影響。隨溫度升高，同位素電池的短路電流密度略微增加、開路電壓變小。不同類型的電池受溫度影響作用有所不同，開路電壓的溫度變化率主要受換能單元材料和

3、放射源種類的影響。在近似線性的溫度區(qū)間，63Ni–Si、63Ni–GaAs、147Pm–Si和147Pm–GaAs四種類型電池的開路電壓對應(yīng)的溫度變化率分別為-2.57、-5.30、-2.53和-4.90 mV/K。能量轉(zhuǎn)換效率隨溫度升高而顯著下降，隨著溫度交變循環(huán)作用次數(shù)增加，電池的輸出性能逐漸下降。基于此性能測試，還針對硅基β輻致伏特效應(yīng)同位素電池進(jìn)行了換能單元制備工藝優(yōu)化研究及柵型上電極表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等探索工作。
　　3）

4、采用Geant4針對常用的β和α輻致伏特效應(yīng)同位素電池研究了在放射源與換能單元之間的不同空氣間隙厚度下，同位素電池所處環(huán)境的真空度對其性能輸出的作用機(jī)制。通過計算得到63Ni-Si和241Am-Si兩種電池中的輻射沉積能量隨真空度的變化規(guī)律，即隨著壓強(qiáng)的增加，輸出性能顯示略微降低，然后以較快速度下降；進(jìn)而獲得電池電學(xué)性能參數(shù)與真空度之間的響應(yīng)關(guān)系。此外，還利用了147Pm-Si電池進(jìn)行了真空度效應(yīng)的實驗驗證研究，所得實驗結(jié)果也反映了真空