一种新型放射能采集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种新型放射能采集装置，包括生长于透明衬底上的辐射发光层，生长于辐射发光层表面的光线反射层，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。本实用新型专利技术巧妙设计了放射能‑光能‑电能的二级能量转换系统，将放射能的吸收和电能的产生在物理结构上分开，最大程度地避免了光电转换单元的辐照损伤，并设置了可通过射线粒子的光线反射层，一方面降低了射线粒子的能量，减少辐照损伤，提高使用寿命，另一方面是收集了辐射发光层发散的光线，从而提高了光电转换单元的输出功率和整体的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及小、微型自供能系统、能源采集
，具体地讲，是涉及一种新型放射能采集装置，主要应用于放射性环境中为微机电系统供能。
技术介绍
近年来，随着微机电系统（MEMS）技术和低功耗器件的飞速发展，以微电子芯片、微型传感器和微型电源的高度集成系统为代表的微机电系统已经广泛应用于无线传感网络、医疗与卫生、生物、环境监测、军事、气象预报、信息通信和矿井检测等领域，在国民经济、国防安全的各个层面发挥着巨大作用。微机电系统是一个独立的智能系统，主要由传感器、执行器和微能源三大部分组成。当前研究中所用的微系统主要依赖电池供能，但传统的供能电池寿命有限，已经阻碍了各类微机电系统的进一步应用。随着低功耗器件的飞速发展，低功耗产品的能耗已经降到微瓦和毫瓦量级，因此在环境中进行能量采集为系统供能已经成为可能。目前在自供能电源的研究中，一般是通过采集光、热、磁、声、电磁场、振动等能量的方式进行工作。其中光能一般通过太阳能电池来采集；热能一般通过热电材料利用温差发电来实现；声能大多利用赫姆霍茨谐振器来采集；磁能一般通过磁致伸缩材料来采集；电磁波一般通过接收端耦合或者磁致伸缩材料与压电材料复合的方式来采集，亦有通过耦合感应电能传输技术，将电磁能转化为电能；有采用压电材料，利用环境中振动能发电的压电式微电源，亦有通过设计阻尼器，利用电磁式微电源。但是上述的所有的能量采集方式有其局限性，即环境中必须有相应的能量源。如果环境中没有上述的能量源，这些自供能方式就无法实施。在某些特殊的场合下，上述各种能量源并不存在，因此必须开发利用其它能量源的供能方式。放射能也是一种常见的能量，但是目前国内外尚未见到有利用放射能的自供能装置。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本技术提供一种可有效地收集放射能的新型放射能采集装置。为了实现上述目的，本技术提高如下两种技术方案：其一，一种新型放射能采集装置，包括生长于透明衬底上的辐射发光层，生长于辐射发光层表面的光线反射层，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。具体地，所述辐射发光层由辐射发光材料构成。更具体地，所述辐射发光材料为荧光或磷光材料、或半导体量子点材料。具体地，所述光线反射层的光折射系数远高于所述辐射发光层的折射系数。优选地，所述光电转换单元为无机或有机、染敏、钙钛矿太阳能电池。为了集成化考虑，所述透明衬底安置于所述光电转换单元上。其二，一种新型放射能采集装置，包括设置于透明衬底上的辐射发光层，设置于辐射发光层和透明衬底之间的光线反射层，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。具体地，所述辐射发光层由辐射发光材料构成。更具体地，所述辐射发光材料为荧光或磷光材料、或半导体量子点材料。具体地，所述光线反射层的光折射系数远高于所述辐射发光层的折射系数。优选地，所述光电转换单元为无机或有机、染敏、钙钛矿太阳能电池。为了集成化考虑，所述辐射发光层紧贴所述光电转换单元设置。为了保护各部件，所述辐射发光层与所述光电转换单元之间还设有透明的隔离层。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：（1）本技术属于原理性创新，巧妙设计了放射能-光能-电能的二级能量转换系统，将放射能的吸收和电能的产生在物理结构上分开，最大程度地避免了光电转换单元的辐照损伤（光电转换单元多采用半导体材料，对放射性粒子非常敏感；仅在低剂量射线下稳定），并巧妙设置了可通过射线粒子的光线反射层（其对射线粒子透明、对可见光单向透过），一方面降低了射线粒子的能量，减少辐射发光层和光电转换单元的辐照损伤，提高使用寿命，另一方面是收集了辐射发光层发散的光线，使之能够尽可能地反射到光电转换单元表面上去，最大限度地实现了光能的利用，从而提高了光电转换单元的输出功率和整体的能量转换效率，并且本技术构思新颖，结构简单，便于实际转化和生产制造，具有广泛的应用前景，适合推广应用。（2）本技术工作于放射性环境中采集放射能，将其转换为电能，为自供能系统中微信号处理单元、微传感器或微存储单元提供能量，亦可应用于同位素电池中采集并转换能量；其利用放射性元素自发衰变时产生的高能放射性粒子，穿过发光反射层射入辐射发光层中激发材料发出荧光或磷光，这些光线部分直接照射在光电转换单元表面，部分经光线反射层反射后照射在光电转换单元表面，产生电流，然后为自供能系统中的单元提供能量。（3）本技术的放射能采集装置，具有寿命长、输出功率高、维护成本低和抗干扰能力强的显著优点，可以作为某些微型系统如信号采集微处理器、传感器，信号处理器、信号存储等微型系统的能源供给。其依靠采集放射性同位素衰变产生的能量工作，因此不需要额外的能量供给如光、热、振动等，故可在无光、热、振动等能量供给方式的场合工作。该装置有效解决了辐照损伤问题，因此装置寿命仅取决于放射性环境中同位素的种类，只要环境中放射性粒子在一定强度，该采集装置即可工作。同时放射性同位素的能量密度极高，因此利用放射能的能量采集装置的输出功率要高于利用光、热、振动等形式的能量采集装置。再者，该装置一经植入系统，不需更换，可有效降低系统维护成本。整个装置抗外界干扰能力强，可在振动、电磁干扰、高温、低温、和密封系统工作。附图说明图1为本技术的一种结构示意图。图2为本技术的另一种结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1如图1所示，该新型放射能采集装置，包括生长于透明衬底1上的辐射发光层2，生长于辐射发光层表面的光线反射层3，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元4，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。为了集成化考虑，所述透明衬底安置于所述光电转换单元上。具体地，所述辐射发光层由辐射发光材料构成。所述辐射发光材料为荧光或磷光材料、或半导体量子点材料。并且，所述光线反射层的光折射系数远高于所述辐射发光层的折射系数。优选地，所述光电转换单元为无机或有机、染敏、钙钛矿太阳能电池。本实施例的工作原理：放射性元素自发衰变的时候产生高能的放射性粒子，放射性粒子各项同性地向各个方向发射，因此放射性环境中存在着大量的高能射线粒子。本技术的装置安置于放射性环境中，当放射性粒子穿过光线反射层时，与光线反射层的原子相互作用，损失部分能量在光线反射层中，然后入射到辐射发光层；当放射性粒子入射到辐射发光层中，辐射发光材料激发荧光或者磷光，这些光线也是各项同性向四周发射，部分光线透过透明衬底到达光电转换单元表面，一部分光线到达光线反射层的反射面，被反射后重新穿过辐射发光层和透明衬底达到光电转换单元表面；光电转换单元将到达其表面的光线吸收，产生光生载流子，再对光生载流子进行收集，产生电流，该电流为自供能系统中其他单元提供能量。实施例2如图2所示，该新型放射能采集装置，包括设置于透明衬底1上的辐射发光层2，设置于辐射发光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型放射能采集装置，其特征在于，包括生长于透明衬底上的辐射发光层，生长于辐射发光层表面的光线反射层，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。

【技术特征摘要】
1.一种新型放射能采集装置，其特征在于，包括生长于透明衬底上的辐射发光层，生长于辐射发光层表面的光线反射层，以及用于接受辐射发光层发出的光线并输出电能的光电转换单元，其中，所述光线反射层朝向辐射发光层的一侧面为反射面，所述光电转换单元设置于所述光线反射层的反射面同侧。2.根据权利要求1所述的一种新型放射能采集装置，其特征在于，所述辐射发光层由辐射发光材料构成。3.根据权利要求2所述的一种新型放射能采集装置，其特征在于，所述辐射发光材料为荧光或磷光材料、或半导体量子点材料。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种新型放射能采集装置，其特征在于，所述透明衬底安置于所述光电转换单元上。5.一种新型放射能采集装置，其特征在于，包括设置于透明衬底上的辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一英，袁登鹏，江婷，刘柯钊，付军，陈杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51