輻致伏特效應同位素電池的溫度和真空度效應影響研究.pdf

1、近年來，微機電系統（MEMS）發(fā)展迅速，已在軍事、航空航天、生物醫(yī)療、工農業(yè)等領域發(fā)揮著重要作用。輻致伏特效應同位素電池具有高能量密度、長壽命、微型化、穩(wěn)定性強、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同位素電池的制備，以及溫度效應和真空度效應對同位素電池電學輸出性能的影響開展了一系列的研究工作。本文的主要內容包括：
　　1）基于輻致伏特效應同位素電池的工作原理

2、、結構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板的設計及制備、配制導電銀膠、焊接導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的溫度變化率分別為-2.57、-5.30、-2.53和-4.90 mV/K。能量轉換效率隨溫度升高而顯著下降，隨著溫度交變循環(huán)作用次數增加，電池的輸出性能逐漸下降?；诖诵阅軠y試，還針對硅基β輻致伏特效應同位素電池進行了換能單元制備工藝優(yōu)化研究及柵型上電極表面結構優(yōu)化設計等探索工作。
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4、采用Geant4針對常用的β和α輻致伏特效應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，即隨著壓強的增加，輸出性能顯示略微降低，然后以較快速度下降；進而獲得電池電學性能參數與真空度之間的響應關系。此外，還利用了147Pm-Si電池進行了真空度效應的實驗驗證研究，所得實驗結果也反映了真空