[发明专利]一种芯片级微型核电源

说明书

本发明涉及一种芯片级微型核电源，包括防护层以及封装于所述防护层内的内部连接电路、核电输出电路、放射性同位素薄膜和两个能量转换器，两个所述能量转换器镜像对称设置于放射性同位素薄膜两侧，且分别连接所述内部连接电路和核电输出电路，所述核电源的尺寸为厘米级别。与现有技术相比，本发明将放射性同位素微尺度化，制备成薄膜，降低熔堆等危险，将薄膜集成在微型化的能量转换器件上，通过功能材料层、三明治结构与模块化灵活组装，最大限度同时利用放射性同位素中的衰变热能与电离辐射能，能够满足未来小型轻量化、长寿命安全能源系统需求，解决当前能源供给系统能量密度过低、使用寿命不足以及应用范围受限的问题。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种芯片级微型核电源。

背景技术

随着社会的进步发展，人类对能源的消耗需求不断增长。在复杂环境条件下以及在同类源的竞争中，核电源的长寿命和高功率密度仍然是所有电源应用的首选。针对目前最为关注的核系统安全问题，从国际上近年来在核部件遭遇燃烧或爆炸情况下所研发的保护措施看，已可实现对核部件的安全封装和可靠使用，使核装置的核放射水平接近自然放射性本底水平。

通过离子-电转换以及热-电转换，人们已能够利用放射性辐射源，从而实现长寿命的能源，尤其是电源的供给。但综合起来看，对能源利用率低，器件体积和重量很大(30公斤以上)，严重制约了以放射性同位素为源的能源供给系统的应用。核电源小型化能极大地降低熔堆等危险，近年来虽有所发展，但其能量密度低，且现有的核电源集中在单独利用热电效应或者辐射伏特效应，能量利用率有限。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种芯片级微型核电源，最大限度利用核能，结合微加工手段将放射性同位素微型化，将放射性同位素衰变所释放的辐射能及热能最大化程度转换为电能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种芯片级微型核电源，包括防护层以及封装于所述防护层内的内部连接电路、核电输出电路、放射性同位素薄膜和两个能量转换器，两个所述能量转换器镜像对称设置于放射性同位素薄膜两侧，且分别连接所述内部连接电路和核电输出电路，所述核电源的尺寸为厘米级别。

进一步地，所述能量转换器包括至少一个层叠设置的能量转换单元。

进一步地，其中一个能量转换器键合于另一个已沉积放射性同位素薄膜的能量转换器的表面，放射性同位素薄膜和两个能量转换器组合为三明治结构。

进一步地，所述能量转换单元包括依次设置的基底、底电极、能量转换层、顶电极和功能材料层。

进一步地，所述底电极、能量转换层、顶电极和功能材料层均分段设置，多段底电极分布于基底上，所述能量转换层包括左腿和右腿，所述左腿和右腿间隔分布于多段底电极上，每一底电极上至多设有一个左腿和一个右腿，每一顶电极上至多设有一个左腿和一个右腿，且所述顶电极与底电极错位设置，每一顶电极上设有一段功能材料层。

进一步地，所述基底为绝缘体，所述底电极和顶电极均为金属电极。

进一步地，所述左腿和右腿由均一材料制成，或者，所述左腿和右腿均由多种材料层层组装而成。

进一步地，所述功能材料层具有择一或同时吸收电子或热量的功能。

进一步地，所述功能材料层由半导体、氧化物、有机物、半金属、金属中的一种或多种层层组装而成。

进一步地，所述放射性同位素薄膜包括释放α粒子、释放β粒子或同时释放α粒子和β粒子的放射性同位素薄膜。

进一步地，所述放射性同位素薄膜和能量转换器的制备方法包括磁控溅射、电子束蒸发、分子束外延法、化学气相沉积法、激光脉冲沉积、原子层沉积、电化学沉积或3D打印。