針對空間應用低功耗微機電系統(tǒng)對長壽命電源的應用需求,本文提出了鈣鈦礦量子點輻致光伏效應同位素電池。重點對電池中材料制備表征、量子點輻致熒光機理、熒光光譜調控、電池輸出性能測試以及性能增益分析等方面開展了研究工作。主要研究內容概括如下:1)探究了鈣鈦礦量子點輻致熒光機理。高溫熱注入法制備了不發(fā)射波長的鈣鈦礦量子點CsPbX₃（X=Cl、Br、I）,其發(fā)射光譜可覆蓋可見光波段400-750 nm。針對量子點薄膜制備工藝進行優(yōu)化改進,共混法制備量子點薄膜的厚度范圍為100-150μm。改進工藝采用原位聚合法制備量子點薄膜,獲得更廣的薄膜厚度范圍（24-342μm）以及更優(yōu)異的光學透射率。針對以甲苯、正己烷為溶劑的CsPbBr₃量子點展開研究,量子點的平均粒徑分別為8.13 nm和9.63 nm。甲苯溶劑量子點在不同輻照環(huán)境下,X射線與量子點直接作用產生輻致熒光的比例占全部熒光18.1%以上。正己烷溶劑量子點的輻致熒光全部由量子點本身產生,且量子點對X射線通量具有顯著的線性響應。2)利用量子點實現了傳統(tǒng)熒光材料的光譜調控。遴選量子點調控PPO的發(fā)射光... 

【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數】：102 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

同位素電池類型輻射熱轉換的機理是將放射性同位素衰變產生的衰變熱通過不同熱能量轉換方式最終轉換

圖 1.2 溫差熱電同位素電池:（a）Seebeck 效應原理示意圖，（b）首臺國產210Po 溫差熱電同位素電池，（c）美國 Curiosity 火星探測車搭載 MMRTG 電池以輻射粒子轉換為換能機理的同位素電池具有長周期服役壽命、強環(huán)境適應性、高工作穩(wěn)定性且無需反復維護，除此之外輻射粒子轉換同位素電池還具有可實現微型化的優(yōu)點，具有微型化特點的同位素電池可適用于空間應用中的 MEMS 系統(tǒng)。根據其具體的能量轉換機制機制又可細分為：直接換能和間接換能。直接換能機制中，對輻致伏特效應同位素電池已被廣泛研究和應用，例如：首枚氚輻致伏特效應同位素電池由美國 City Labs 實驗室研制并報道，名為Nano-Tritium。Nano-Tritium 核電池采用了氫同位素衰變產生能量，面積 2 cm2提供 1.4 V 的能量輸出，面積 7 cm2可提供 5 V 的充電電壓，但電流較低，需要并聯多塊才能達到移動設備的充電需求，可提供 20 年的持續(xù)電力輸出，見圖 1.3（a）；俄羅斯 Bormashov 研究員等[32]設計了一種以63Ni 作為放射源，基于金剛石材料肖特基結的輻致伏特效應核電池電池，實現接近 1 μW的輸出功率，其中每立方厘米的功率密度為 101 μW。由于63Ni 的半衰期為 100.1 年，每克同位素電池的功率約為 3300 Mw/h，這一指標是化學電池的 9-10 倍，如圖 1.3（b）；美國密蘇里大學的 Wacharasindhu T 教授等[29-31]利用液態(tài) Se 半導體材料與液態(tài)35S 放射源混合，設計鋁箔電

以輻射粒子轉換為換能機理的同位素電池具有長周期服役壽命、強環(huán)境適應性、高工作穩(wěn)定性且無需反復維護，除此之外輻射粒子轉換同位素電池還具有可實現微型化的優(yōu)點，具有微型化特點的同位素電池可適用于空間應用中的 MEMS 系統(tǒng)。根據其具體的能量轉換機制機制又可細分為：直接換能和間接換能。直接換能機制中，對輻致伏特效應同位素電池已被廣泛研究和應用，例如：首枚氚輻致伏特效應同位素電池由美國 City Labs 實驗室研制并報道，名為Nano-Tritium。Nano-Tritium 核電池采用了氫同位素衰變產生能量，面積 2 cm2提供 1.4 V 的能量輸出，面積 7 cm2可提供 5 V 的充電電壓，但電流較低，需要并聯多塊才能達到移動設備的充電需求，可提供 20 年的持續(xù)電力輸出，見圖 1.3（a）；俄羅斯 Bormashov 研究員等[32]設計了一種以63Ni 作為放射源，基于金剛石材料肖特基結的輻致伏特效應核電池電池，實現接近 1 μW的輸出功率，其中每立方厘米的功率密度為 101 μW。由于63Ni 的半衰期為 100.1 年，每克同位素電池的功率約為 3300 Mw/h，這一指標是化學電池的 9-10 倍，如圖 1.3（b）；美國密蘇里大學的 Wacharasindhu T 教授等[29-31]利用液態(tài) Se 半導體材料與液態(tài)35S 放射源混合，設計鋁箔電極同時形成肖特基結所制備的輻致伏特效應同位素電池，如圖 1.3（c）。在輻射粒子轉換中還包括有輻致光伏效應[33]、壓電懸臂梁[34, 35]、衰變耦合 LC 震蕩和磁約束電磁輻射等，在此不作詳細介紹。

【參考文獻】：
期刊論文
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[6]GaN基β輻射伏特效應微電池的優(yōu)化設計研究[J]. 湯曉斌,劉云鵬,丁丁,陳達.  中國科學:技術科學. 2012(04)
[7]輻射伏特效應同位素電池研究進展[J]. 羅順忠,王關全,張華明.  同位素. 2011(01)
[8]一種基于PIN結的硅基微型核電池研究[J]. 喬大勇,陳雪嬌,任勇,藏博,苑偉政.  物理學報. 2011(02)
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[10]放射性同位素溫差發(fā)電器在深空探測中的應用[J]. 張建中,任保國,王澤深,鄭海山.  宇航學報. 2008(02)



本文編號：3350275