基于一维宽禁带半导体微型同位素电池研究的最新进展

微传感器、微执行器一直在军事和民用领域得到广泛应用，这些微型功能器件均需要高效率、低功耗、长寿命的适配电源。然而，常规电源（如化学电池、燃料电池和太阳能光伏电池）通常需人为定期维护更换，大大制约了微型传感器的环境适用性。“同位素电池”由于能量密度高和长寿命的特点被认为是解决微型传感系统供电的理想电源。

最近，我院伞海生教授课题组依托国家自然基金课题，在基于一维宽禁带半导体贝塔辐射伏特效应的研究中获得了新的进展。近期，基于二维材料石墨烯修饰二氧化钛纳米管阵列贝塔辐射伏特效应的最新研究进展由博士生陈长松作为第一作者发表于ACS Applied Materials and Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.6b08112)。经石墨烯复合的二氧化钛纳米管阵列表现出优异的贝塔辐射伏特性能，有效效率达到26.6%，总的能量转化效率接近4%。相关的研究成果还包括关于不同形貌二氧化钛纳米管阵列的辐射伏特效应研究，发表于Journal of Power Sources (DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.02.094)，阐述了不同形貌下二氧化钛纳米管阵列表现出的辐射伏特性能以及最优尺寸的研究结果。

此外，课题组关于ZnO和TiO2等一维宽禁带半导体微型同位素电池的相关研究相继在国际顶级会议（IEEE Sensors 2016、IEEE MEMS 2016、Transducer 2015）中进行口头报告或墙展。

图1 石墨烯复合的二氧化钛纳米管阵列同位素电池及其工作原理

图2  博士生陈长松在IEEE SENSORS 2016 会议上作口头报告