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厦大发表基于MEMS的微型原子能电池

http://cn.newmaker.com 7/4/2006 10:48:00 AM 佳工机电网

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在“APCOT 2006”上，有一项利用MEMS技术制作“微型原子能电池”的论文（演讲序号：95-PMEM-A0393）。演讲者是厦门大学的研究人员，联合研究人员包括美国威斯康辛大学-曼迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）、美国康奈尔大学（Cornell University）、美国凯斯西储大学（Case Western Reserve University）的研究人员。

演讲者介绍了与上述研究人员共同工作过的斯康辛大学-曼迪逊分校以及康奈尔大学在美国国防部和美国DARPA（国防部高级研究计划局）的资金帮助下的研究成果。介绍了（1）利用放射性同位素产生的β射线生成电能的方法；（2）介绍β射线将电能转换成机械能的方法。2种方法均运用了MEMS技术。

“不对人体产生影响”

据厦门大学介绍，微型原子电池的目标用途是嵌入人体。放射性同位素的半衰期大多都长达数十年～100年，能够使电池使用数十年之久。如果作为心脏起搏器等仪器的电源使用的话，就无需为更换电池而进行手术。

此次在试制中使用的放射性同位素是半衰期为100年的Ni63。之所以选择Ni63，除了半衰期长之外，另一个原因就是对人体不会产生不良影响。Ni63会产生β射线，但能量则不会穿过人体皮肤。

使用PN结元件和悬臂

为了（1）利用β射线得到电能，使用了和利用光线得到能量的太阳能电池相同的PN结元件。采用了pn二极管与Ni63薄膜相层叠的结构。不过，与太阳能电池中产生电压的光子密度相比，β射线密度低2～4个位级，为了更有效地得到能量，还尝试了其他结构。也就是指将Ni63制成含有液体而不是薄膜，并与PN结相接触的结构。在PN结元件的表面形成大量的微型凹坑，将液体注入到凹坑中。不过，在实际使用时由于液体会蒸发，因此残留在表面的则是含有Ni63的固体。MEMS技术则用到了这种凹坑的制作中。

利用β射线转换成机械能的手法使用了利用MEMS技术制作的悬臂。使用悬臂的弹力获得机械能。具体来说，就是指先用铜制作悬臂，然后将悬臂的顶端（固定部位的对侧）与Ni63相接近。利用Ni63产生的β射线，悬臂带电后，在静电力的作用下就会吸到Ni63上。与Ni63接触后，就会放电，从而就会使悬臂恢复到原来的位置。通过反复这个过程，悬臂就会产生机械振动。

还将瞄准消费电子产品

厦门大学此次还谈到了使用Ni63以外其他放射性元素的原子电池。使用了半衰期只有2.7年，但能量较大的Pm137。现已证实能够得到mW级的电力。而上述基于Ni63的手法最多只能得到nW级的电力。该样表示，可望应用于便携民用产品。

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