終身不用充電的微型核電池

　　普通化學電池壽命有限，必須經(jīng)常更換，尤其在微型設備中，這個問題更加突出，為了解決這個問題，人們一直在研制微型核能電池。2009年年底，美國一家公司宣布說，他們已研制出一款新型微型核能電池，它可為微小裝置提供持久的電能，其工作時間可長達25年。無獨有偶，另一組來自美國密蘇里大學的科學家也于不久前宣布，他們開發(fā)了一種只有錢幣大小的核能電池，其突破在于采用新技術進一步縮小了微型核能電池的體積并且延長了芯片的壽命。
　　在現(xiàn)階段，微型核能電池還不能驅動筆記本電腦和手機，這是因為它們產(chǎn)生的電能還太小，甚至只能以毫微瓦計算，而1毫微瓦只相當于1瓦的十億分之一，不過即使這樣，微型核能電池也已經(jīng)大有用場了。這種電池將有望應用于“耗能極低的可植入裝置”中，它可以幫助醫(yī)生長期監(jiān)視病人的健康狀況；它們還可用于驅動微機電裝置和其他極小的電子設備；以核能電池驅動的傳感器可長期監(jiān)測橋梁、道路和建筑物的使用狀態(tài)，民用航班也可用這種傳感器監(jiān)測飛機的機械故障。
　　核能電池并不是新事物，它們此前已經(jīng)應用于軍事或者航空航天領域，但體積往往很大，而現(xiàn)在微型機電系統(tǒng)和納米級機電系統(tǒng)已成為科學研究的熱門領域，人們因此需要體積更小的核能電池為它們提供持久的電能，至于筆記本電腦和手機等民用電子裝置對這種電池就更是期待了。
　　對于核能電池是否安全的問題，人們大可放心，因為它們的能量由放射性同位素的自然衰變而產(chǎn)生，這種衰變由物質中不穩(wěn)定的原子核放射出粒子及能量所導致。當放射性同位素發(fā)生衰變時，它們釋放出帶電粒子，而半導體，例如硅，則能捕獲這些粒子，從而產(chǎn)生電流，這個過程很像太陽能電池板從陽光中捕獲光子并將它們轉變成電流的過程。核能電池正是利用放射性同位素衰變會釋放出能量的原理制成的。
　　核能電池的工作時間可以持續(xù)得很長，這是普通的化學電池所無法比擬的。工作時間長為核能電池帶來了其他電池無法望其項背的優(yōu)勢。在許多情況下，電池和設備必須是一次性的，根本不容更換，例如深海傳感器、太空探測器以及一些植入人體內的醫(yī)療裝置等。科學家們認為，微型核能電池潛在工作時間可達幾百年甚至更長。
　　微型核能電池雖然有不少優(yōu)勢，但它們還無法向普通化學電池那樣在我們的日常生活中得到普遍的應用，這是因為還有些關鍵性問題不得不解決，如核能電池的體積總是過大，而減小體積電量又太小，要解決這類問題，科學家們必須拿出巧妙的辦法來。
　　電量小是因為硅芯片產(chǎn)生電流的面積小，而加大面積又會使電池變得過大，解決這個問題的途徑可以是尋找新的更有效率的材料，但美國羅徹斯特大學的研究小組則青睞于另外一種方法。他們意識到，在自然衰變中發(fā)出的放射性同位素，例如氚(氫的一種同位素)，有一半并沒有被硅捕捉到，這種情況有點類似于太陽發(fā)出的光子絕大部分都散發(fā)到宇宙中去了，而我們地球接收到的只是其中極小一部分一樣。于是，他們決定想辦法讓硅捕獲更多的粒子，方法是在硅上面弄出許多坑來，從而在有限的平面上獲得更大的表面積。
　　科學家形容說，這些坑就好像是一些深井，而放射性的氚氣則會充斥于這些深井中，如此一來，產(chǎn)生電流的面積便可以成倍地增加了。不過這些“深井”其實小得令人難以置信，“井口”寬約1微米，深約40微米，要挖這樣的井，需有賴于一種名為“蝕刻”的技術。科學家說，他們用這種方法使電量提高了10倍，而一種更先進的“挖井”方法還將會使電量提高160倍。
　　不過提高核能電池的效率，縮小電池體積的目標并非僅靠“挖井”一種方法就可以完全達到，在過去的很長時間里，人們主要使用硅半導體作為芯片的材料，而美國這家公司新推出的“微核”則使用了碳化硅，其芯片很小，而抵抗放射性損害的能力則更強；他們還在試驗用疊放芯片的方法提高電量，據(jù)說這樣產(chǎn)生的電流可以達到1微瓦或者百萬分之一瓦；他們的另一個舉措是嘗試用新的放射性同位素，例如钷-147，據(jù)說這種同位素能為未來的核能電池提供更多的能量。至于密蘇里大學，他們的創(chuàng)新之處在于使用了液體芯片，這也使得芯片的內部結構更不容易因粒子衰變而受到破壞了。
　　如果未來的某一天，微型核能電池在我們的日常生活中得到廣泛的應用，到那時我們的手機和筆記本電腦就可以終身就不用充電