本文關鍵詞：輻致伏特效應同位素電池的溫度和真空度效應影響研究

  更多相關文章： 輻致伏特效應 換能單元 放射源 溫度效應 Geant4 真空度效應

【摘要】：近年來,微機電系統(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(nèi)容包括:1)基于輻致伏特效應同位素電池的工作原理、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(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�；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。3)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(shù)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度對電池性能影響較大。本文為輻致伏特效應同位素電池的制備,以及環(huán)境中溫度和真空度對同位素電池電學輸出性能的影響的研究工作提供了依據(jù),為適應特殊環(huán)境下放射源與換能單元的搭配組合的選擇提供了重要參考價值,推動輻致伏特效應同位素電池離實際應用更近一步。
【關鍵詞】：輻致伏特效應 換能單元 放射源 溫度效應 Geant4 真空度效應
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM918
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 緒論14-21
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 輻致伏特效應同位素電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題分析15-19
• 1.2.1 輻致伏特效應同位素電池國外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 輻致伏特效應同位素電池國內(nèi)研究現(xiàn)狀18
• 1.2.3 輻致伏特效應同位素電池存在的問題分析18-19
• 1.3 本文的研究目的和研究內(nèi)容19-21
• 第二章 輻致伏特效應同位素電池的工作原理與制備21-31
• 2.1 輻致伏特效應同位素電池的工作原理21-26
• 2.1.1 輻致伏特效應同位素電池的工作原理21-22
• 2.1.2 輻致伏特效應同位素電池常見的結構分類22-24
• 2.1.3 放射源及半導體換能單元材料的選擇24-26
• 2.2 輻致伏特效應同位素電池的制備流程26-30
• 2.2.1 半導體換能單元的制備26
• 2.2.2 PCB板的制備26-27
• 2.2.3 導電銀膠的配制與固化27-28
• 2.2.4 導線焊接與放射源的加載28-30
• 2.3 本章小結30-31
• 第三章 溫度對 β 輻致伏特效應同位素電池輸出性能的影響與表面結構優(yōu)化設計31-63
• 3.1 材料與方法31-36
• 3.1.1 換能單元和放射源的選擇31-33
• 3.1.2 溫度對 β 輻致伏特效應同位素電池影響的實驗測試33-34
• 3.1.3 溫度對 β 輻致伏特效應同位素電池影響的理論分析34-36
• 3.2 實驗結果與討論36-54
• 3.2.1 溫度對基于不同能量放射源、不同換能單元材料的 β 輻致伏特效應同位素電池的性能影響36-47
• 3.2.2 溫度對基于不同活度放射源的 β 輻致伏特效應同位素電池的性能影響47-51
• 3.2.3 溫度循環(huán)對 β 輻致伏特效應同位素電池的性能影響51-54
• 3.3 β 輻致伏特效應同位素電池的表面結構優(yōu)化設計探究54-61
• 3.3.1 半導體換能單元表面淺結制備工藝的優(yōu)化55-57
• 3.3.2 上電極的優(yōu)化設計57-61
• 3.4 本章小結61-63
• 第四章 真空度對輻致伏特效應同位素電池輸出性能的影響63-77
• 4.1 輻致伏特效應同位素電池受真空度影響的理論研究63-66
• 4.1.1 放射源和換能單元的選取63
• 4.1.2 理論模型計算方法63-66
• 4.2 真空度對基于 β、α 不同放射源的輻致伏特效應同位素電池的輸出性能研究66-72
• 4.2.1 不同真空度及空氣間隙條件下的換能單元的能量沉積67-68
• 4.2.2 輻致伏特效應同位素電池各特性參數(shù)計算及分析68-72
• 4.3 輻致伏特效應同位素電池受真空度影響的實驗驗證72-75
• 4.3.1 換能單元和放射源的選擇72
• 4.3.2 真空度影響作用的實驗測試72
• 4.3.3 實驗測試結果及分析72-75
• 4.4 本章小結75-77
• 第五章 總結與展望77-80
• 5.1 研究總結77-78
• 5.2 研究展望78-80
• 參考文獻80-85
• 致謝85-86
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文86

【參考文獻】

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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