多级结构双重效应同位素电池的设计、制备与性能研究
发布时间：2022-09-29 12:28
辐致伏特效应同位素电池和辐致光伏效应同位素电池是小型化、长寿命电池的两个研究热点,但是目前两者电学输出性能和能量转化效率均比较低。本文提出了一种基于γ放射源并耦合辐致伏特效应和辐致光伏效应两种能量转换机制的新型同位素电池方案;从多级双重效应同位素电池的结构设计、参数选择、样机制备及性能测试等方面入手开展了一系列的研究工作。主要研究内容如下:1)通过试制基于γ放射源的四级双重效应同位素电池样品,论证了采用辐致伏特效应和辐致光伏效应耦合机制提升同位素电池性能的有效性和可行性。制备了四级AlGaInP-ZnS:Cu双重效应同位素电池和四级AlGaInP辐致伏特效应同位素电池,以X射线管替代γ射线源测试它们的电学性能,四级AlGaInP-ZnS:Cu双重效应同位素电池的电学性能优于四级结构AlGaInP辐致伏特效应同位素电池;同时,采用蒙特卡罗软件MCNP5研究了各级荧光层、伏特层的能量沉积和电学性能贡献,并研究了电池伏特层串并联方式对电学输出的影响。2)研究提出一种基于薄膜三结GaAs伏特层和ZnS:Cu荧光材料的多级双重效应同位素电池优化设计方案。分析了荧光材料辐致荧光光谱与薄膜三结GaA...
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 同位素电池发展现状
1.2.1 辐致伏特效应同位素电池研究现状
1.2.2 辐致光伏效应放射性同位素电池研究现状
1.3 存在的问题与双重效应同位素电池的发展需求
1.3.1 辐致伏特、辐致光伏效应同位素电池目前存在的问题
1.3.2 双重效应同位素电池的发展需求
1.4 本文研究内容
第二章 同位素电池工作原理
2.1 γ射线致伏特效应原理
2.1.1 电子-空穴对的产生与复合
2.1.2 辐生电流的计算
2.2 辐致荧光光子致光伏效应原理
2.2.1 精细平衡原理
2.2.2 光生电流的产生
2.2.3 荧光材料的辐致发光效应
2.2.4 辐致荧光光子在介质中的输运
2.3 双重效应同位素电池原理
2.4 本章小结
第三章 四级结构双重效应同位素电池的试验验证
3.1 伏特层和荧光层材料的选择
3.2 X射线管出射能谱的探测与出射粒子数的计算
3.3 四级结构辐致伏特同位素电池的实验结果及分析
3.4 四级结构双重效应同位素电池的实验结果及分析
3.4.1 不同连接方式FDEB的电学性能
3.4.2 不同连接方式FDEB的功率密度
3.5 不同厚度荧光层的多级双重效应同位素电池性能分析
3.6 不同厚度荧光层构成双重效应同位素电池的能量沉积分析
3.7 本章小结
第四章 GaAs-ZnS:Cu多级双重效应同位素电池的设计与参数优化
4.1 射线辐照条件
4.2 GaAs-ZnS:Cu多级双重效应同位素电池的结构设计
4.3 荧光材料自吸收效应分析
4.4 多级双重效应同位素电池电学输出基准的选择
4.5 多级双重效应同位素电池中荧光层厚度的确定和理论性能分析
4.6 本章小结
第五章 GaAs-ZnS:Cu双重效应同位素电池的制备与性能测试
5.1 薄膜三结GaAs伏特层的制作流程
5.2 薄膜三结GaAs伏特层的关键制作工艺
5.3 薄膜三结GaAs伏特层性电学性能测试
5.4 三级双重效应同位素电池的性能测试
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究工作创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究[J]. 王娜,马洋,陈长松,陈江,伞海生,陈继革,成正东. 物理学报. 2018(04)
[2]俄罗斯展示镍-63电池样品[J]. 戴定,伍浩松. 国外核新闻. 2017(08)
[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin. Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]Optimization design of GaN betavoltaic microbattery[J]. TANG XiaoBin,LIU YunPeng,DING Ding ＆ CHEN Da* Department of Nuclear Science and Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(03)
[5]放射性同位素电池的研究及进展[J]. 郭鹏伟,周剑良,左国平,欧频. 衡阳师范学院学报. 2011(06)
[6]一种基于PIN结的硅基微型核电池研究[J]. 乔大勇,陈雪娇,任勇,藏博,苑伟政. 物理学报. 2011(02)
[7]辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试[J]. 王关全,杨玉青,张华明,胡睿,魏洪源,熊晓玲,罗顺忠. 原子能科学技术. 2010(04)
[8]硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法[J]. 廖志凌,阮新波. 电工技术学报. 2008(05)
[9]荧光粉层-氧化铝保护膜层光学特性的研究[J]. 张贤利,李福生,方道腴. 照明工程学报. 2001(01)
[10]荧光粉层—氧化铝保护膜层光学特性的研究[J]. 张贤利,李福生,方道腴. 灯与照明. 2000(06)
硕士论文
[1]β辐致光伏效应同位素电池的设计、制备和温度影响研究[D]. 洪亮.南京航空航天大学 2015
本文编号：3682592
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 同位素电池发展现状
1.2.1 辐致伏特效应同位素电池研究现状
1.2.2 辐致光伏效应放射性同位素电池研究现状
1.3 存在的问题与双重效应同位素电池的发展需求
1.3.1 辐致伏特、辐致光伏效应同位素电池目前存在的问题
1.3.2 双重效应同位素电池的发展需求
1.4 本文研究内容
第二章 同位素电池工作原理
2.1 γ射线致伏特效应原理
2.1.1 电子-空穴对的产生与复合
2.1.2 辐生电流的计算
2.2 辐致荧光光子致光伏效应原理
2.2.1 精细平衡原理
2.2.2 光生电流的产生
2.2.3 荧光材料的辐致发光效应
2.2.4 辐致荧光光子在介质中的输运
2.3 双重效应同位素电池原理
2.4 本章小结
第三章 四级结构双重效应同位素电池的试验验证
3.1 伏特层和荧光层材料的选择
3.2 X射线管出射能谱的探测与出射粒子数的计算
3.3 四级结构辐致伏特同位素电池的实验结果及分析
3.4 四级结构双重效应同位素电池的实验结果及分析
3.4.1 不同连接方式FDEB的电学性能
3.4.2 不同连接方式FDEB的功率密度
3.5 不同厚度荧光层的多级双重效应同位素电池性能分析
3.6 不同厚度荧光层构成双重效应同位素电池的能量沉积分析
3.7 本章小结
第四章 GaAs-ZnS:Cu多级双重效应同位素电池的设计与参数优化
4.1 射线辐照条件
4.2 GaAs-ZnS:Cu多级双重效应同位素电池的结构设计
4.3 荧光材料自吸收效应分析
4.4 多级双重效应同位素电池电学输出基准的选择
4.5 多级双重效应同位素电池中荧光层厚度的确定和理论性能分析
4.6 本章小结
第五章 GaAs-ZnS:Cu双重效应同位素电池的制备与性能测试
5.1 薄膜三结GaAs伏特层的制作流程
5.2 薄膜三结GaAs伏特层的关键制作工艺
5.3 薄膜三结GaAs伏特层性电学性能测试
5.4 三级双重效应同位素电池的性能测试
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 研究工作创新点
6.3 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究[J]. 王娜,马洋,陈长松,陈江,伞海生,陈继革,成正东. 物理学报. 2018(04)
[2]俄罗斯展示镍-63电池样品[J]. 戴定,伍浩松. 国外核新闻. 2017(08)
[3]Vacuum degree effects on betavoltaics irradiated by 63Ni with differently apparent activity densities[J]. LIU YunPeng,XU ZhiHeng,WANG Hao,TANG XiaoBin. Science China（Technological Sciences）. 2017(02)
[4]Optimization design of GaN betavoltaic microbattery[J]. TANG XiaoBin,LIU YunPeng,DING Ding ＆ CHEN Da* Department of Nuclear Science and Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(03)
[5]放射性同位素电池的研究及进展[J]. 郭鹏伟,周剑良,左国平,欧频. 衡阳师范学院学报. 2011(06)
[6]一种基于PIN结的硅基微型核电池研究[J]. 乔大勇,陈雪娇,任勇,藏博,苑伟政. 物理学报. 2011(02)
[7]辐射伏特效应同位素电池换能单元设计及其性能测试[J]. 王关全,杨玉青,张华明,胡睿,魏洪源,熊晓玲,罗顺忠. 原子能科学技术. 2010(04)
[8]硅太阳能电池串联电阻的一种估算新方法[J]. 廖志凌,阮新波. 电工技术学报. 2008(05)
[9]荧光粉层-氧化铝保护膜层光学特性的研究[J]. 张贤利,李福生,方道腴. 照明工程学报. 2001(01)
[10]荧光粉层—氧化铝保护膜层光学特性的研究[J]. 张贤利,李福生,方道腴. 灯与照明. 2000(06)
硕士论文
[1]β辐致光伏效应同位素电池的设计、制备和温度影响研究[D]. 洪亮.南京航空航天大学 2015
本文编号：3682592
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3682592.html
