一种热核电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种热核电池，尤其涉及一种以锶-90或氚为放射性源，通过半导体换能装置将放射性源在衰变过程中不断放出具有电能和热能的载能射线，并让该能量转变为电能、并收集该电能的装置。
【背景技术】
[0002]核电池，又称同位素电池，它是利用放射性同位素衰变放出载能粒子(如α粒子、β粒子和Y粒子)并将其能量转换为电能的装置。按提供的电压的高低，核电池可分为高压型(几百至几千V)和低压型(几十mV至IV左右)两类。
[0003]核电池取得实质性进展始于20世纪50年代，由于其具有体积小、重量轻和寿命长的特点，而且其能量大小、速度不受外界环境的温度、化学反应、压力、电磁场等影响，因此，它可以在很大的温度范围和恶劣的环境中工作。目前已经在航天、极地、心脏起搏器等领域成功应用。
[0004]然而，核电池应用在手机及其它小耗电量设备上，电池使用时限很短，器件效率低于0.1%，迫切需要一种放电时限长、同位素放射转换效率高的核电池。
[0005]CN102737747A公开了一种微型氚电池，由若干层氚电池单元、防护材料、外壳和电极构成，其中氚电池单元是由单晶硅及其内部的氚化纳米多孔硅构成。然而，通过这种方法提高氚放射的转换效率还是很有限。
[0006]CN102446572A公开了一种氚同位素微型电池及其制备方法，所述微型电池含有换能单元和附属部件两部分，其中换能单元的Si3N4层位于娃基PN结上表面；附属部件中的环电极在Si3N4层的外延。氘化钛+氚化钛放射层先后在Si 3N4层上表面蒸镀金层、镍层，然后用氘氚混合气体制作而成。该氚同位素微型电池能够实现电流40nA?I μΑ、功率6nW?0.1 μ W、6年以上不间断输出电能，然而该氚同位素微型电池的成本高，同样不适合推广应用。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型为解决现有技术中的上述问题提出的。
[0008]本实用新型提供了一种成本低、操作安全、同位素放射转换效率高的热核电池。
[0009]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0010]本实用新型的一个方面是提供一种热核电池，包括外壳和外壳内的至少一个热核电池单元，所述热核电池单元以含有β射线源的物质作为发射极，以该发射极为中心从近至远对称设置:硅晶片、硅锗钆合金片、永磁片、电容板；其中，在所述发射极和硅晶片之间填充有高强度紫外激发荧光粉，以增加β射线源的荧光反应。
[0011]优选地，所述β射线源的物质选自锶-90、氚中的任意一种。
[0012]优选地，所述硅晶片的表面由数个蜂窝状的六边形结构排布。所述单个六边形结构的内部还包括至少两个不同深度、边长依次减小的六边形结构。采用这种结构的硅晶片有利于增大与放射性同位素衰变放出的载能粒子的接触面积，提高转换效率。
[0013]上述硅晶片表面上的六边形结构通过蚀刻技术实现。
[0014]优选地，在所述硅晶片靠近所述发射极的一面上负载有一层碲化铋薄膜，以增强荧光反应。
[0015]优选地，所述硅锗钆合金片的材质优选为稀有金属；在所述硅锗钆合金片靠近所述硅晶片的一面上负载有一层钛酸钡薄膜。
[0016]优选地，所述电容板与外部电路连接，更优选地，与所述储能装置、稳压恒流装置连接。
[0017]优选地，在所述热核电池单元的最外层还包覆有防辐射膜和/或热隔离膜，所述防辐射膜和/或热隔离膜选自其一位于所述热核电池单元的最外层。
[0018]优选地，所述热核电池单元内部为真空状态。
[0019]优选地，所述热核电池单元与外壳之间填充有软性固定剂。
[0020]本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果:
[0021]本实用新型提供的热核电池中采用特有结构的硅晶片，增大与放射性同位素衰变放出的载能粒子的接触面积，提高转换效率；同时采用涂覆有特殊镀层的硅锗钆合金片和永磁片，利用其磁热特性，提尚热能的利用效率，整合娃晶片的热释电能力，从而提尚输出的电能；经实验证实，以氚为放射源的本实用新型的热核电池，采用160*87*23mm规格，放电电压达到3.7-4.2V，接入手机电流达到850-1000mA，12年衰降50%，放电时长持续使用至少达6年，核同位素的转换效率达到25-30%。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型所述热核电池单元I的内部结构图；
[0023]图2为本实用新型所述硅晶片12的结构示意图；
[0024]图3为本实用新型所述硅晶片12的单个六边形结构121的结构示意图；
[0025]图4为本实用新型所述热核电池的电路结构图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型提供了一种成本低、操作安全、同位素放射转换效率高的热核电池，包括至少一个热核电池单元、储能装置、稳压恒流装置，所述热核电池单元以含有β射线源的物质作为发射极，以该发射极为中心从近至远对称设置:硅晶片、硅锗钆合金片、永磁片、电容板。
[0027]下面通过具体实施例对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
[0028]如图1所不，本实施例提供一种热核电池，包括外壳(未不出)和外壳内的至少一个热核电池单元1，所述热核电池单元I以含有β射线源的物质作为发射极11，以该发射极11为中心从近至远对称设置:娃晶片12、娃锗礼合金片13、永磁片14、电容板15 ；;其中，在所述发射极和硅晶片之间填充有高强度紫外激发荧光粉18 ;在所述热核电池单元I的最外层还包覆有防辐射膜16和/或热隔离膜17，所述防辐射膜16和/或热隔离膜17选自其一位于所述热核电池单元I的最外层。
[0029]所述β射线源的物质选自锶-90、氚中的任意一种。
[0030]如图2、3所示，所述硅晶片12的表面由数个蜂窝状的六边形结构121排布，所述单个六边形结构121的内部还包括至少两个不同深度、边长依次减小的六边形结构，所述硅晶片12表面上的六边形结构121通过蚀刻技术实现。
[0031]以热核电池单元I的规格尺寸为160*87*23mm为例，硅晶片12的尺寸为60*37*0.3_，蜂窝状的六边形结构121的最外圈六边形的边长为2_，中间圈六边形的边长为1.4mm，最里圈六边形的边长为0.7mm，各圈六边形之间的槽深为0.2mm。
[0032]采用这种结构的硅晶片12有利于增大与放射性同位素衰变放出的载能粒子的接触面积，提高转换效率。
[0033]在一个优选方案中，在所述硅晶片12靠近所述发射极的一面上负载有一层碲化铋薄膜，在所述硅锗钆合金片13靠近所述硅晶片的一面上负载有一层钛酸钡薄膜。
[0034]采用涂覆有特殊镀层的硅锗钆合金片13和永磁片14，利用其磁热特性，提高热能的利用效率，整合硅晶片12的热释电能力，从而提高输出的电能。
[0035]所述热核电池单元I内部为真空状态，且所述热核电池单元I与外壳之间填充有软性固定剂。
[0036]在使用状态时，如图1所示，以含有β射线源的物质锶-90或氚发射极11衰变放出具有热能和核能的载能粒子(如α粒子、β粒子和γ粒子)，载能粒子与如图2、3所示的硅晶片12充分接触，对热能实现热电转换，同时热核电池I内部抽真空以减少载能粒子的损耗，并填充液以防止电子流对硅晶片12的冲击，并在硅晶片12靠近发射极11的一面上负载一层锑化铋薄膜以提高硅晶片12表面的吸附电子的能力和吸热能力，还采用涂覆有钛酸钡薄膜的硅锗钆合金片13，利用其磁热特性，提高热能的利用效率，整合硅晶片12的热释电能力，从而提高电容板15输出的电能。
[0037]如图4所示，所述电容板15与外部电路连接，可选地，与所述储能装置2、稳压恒流装置3连接。
[0038]性能指标:
[0039]1、以氚为放射源的本实用新型的热核电池，采用160*87*23mm规格，放电电压达到3.7-4.2V，接入手机电流达到850-1000mA，12年衰降50% ；
[0040]2、放电时长持续使用至少达6年，核同位素的转换效率达到25-30%，并且安全、稳定;
[0041]3、辐射剂量在人体可接受的范围内，由于氚本身辐射β粒子流，辐射能小。
[0042]以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。
【主权项】
1.一种热核电池，包括外壳和外壳内的至少一个热核电池单元，其特征在于，所述热核电池单元以含有β射线源的物质作为发射极，以该发射极为中心从近至远对称设置:硅晶片、硅锗钆合金片、永磁片、电容板；其中，在所述发射极和硅晶片之间填充有紫外激发荧光粉。
2.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，所述β射线源的物质选自锶-90、氚中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，所述硅晶片的表面由数个蜂窝状的六边形结构排布。
4.根据权利要求3所述的热核电池，其特征在于，所述单个六边形结构的内部还包括至少两个不同深度、边长依次减小的六边形结构。
5.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，在所述硅晶片靠近所述发射极的一面上负载有一层碲化铋薄膜。
6.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，在所述硅锗钆合金片靠近所述硅晶片的一面上负载有一层钛酸钡薄膜。
7.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，所述电容板与所述储能装置、稳压恒流装置连接。
8.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，在所述热核电池单元的最外层还包覆有防辐射膜和/或热隔离膜，所述防辐射膜和/或热隔离膜选自其一位于所述热核电池单元的最外层。
9.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，所述热核电池单元内部为真空状态。
10.根据权利要求1所述的热核电池，其特征在于，所述热核电池单元与外壳之间填充有软性固定剂。
【专利摘要】本实用新型提供了一种成本低、操作安全、同位素放射转换效率高的热核电池，包括外壳和外壳内的至少一个热核电池单元，所述热核电池单元以含有β射线源的物质作为发射极，以该发射极为中心从近至远对称设置：硅晶片、硅锗钆合金片、永磁片、电容板；其中，在所述发射极和硅晶片之间填充有紫外激发荧光粉。本实用新型提供的热核电池，经实验证实，以氚为放射源的本实用新型的热核电池，采用160*87*23mm规格，放电电压达到3.7-4.2V，接入手机电流达到850-1000mA，12年衰降50％，放电时长持续使用至少达6年，核同位素的转换效率达到25-30％。
【IPC分类】G21H1-00
【公开号】CN204558041
【申请号】CN201520028657
【发明人】胡寻伟
【申请人】上海紫电能源科技有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年1月15日