终身不用充电的微型核电池

普通化学电池寿命有限，必须经常更换，尤其在微型设备中，这个问题更加突出，为了解决这个问题，人们一直在研制微型核能电池。2009年年底，美国一家公司宣布说，他们已研制出一款新型微型核能电池，它可为微小装置提供持久的电能，其工作时间可长达25年。无独有偶，另一组来自美国密苏里大学的科学家也于不久前宣布，他们开发了一种只有钱币大小的核能电池，其突破在于采用新技术进一步缩小了微型核能电池的体积并且延长了芯片的寿命。

　　在现阶段，微型核能电池还不能驱动笔记本电脑和手机，这是因为它们产生的电能还太小，甚至只能以毫微瓦计算，而1毫微瓦只相当于1瓦的十亿分之一，不过即使这样，微型核能电池也已经大有用场了。这种电池将有望应用于“耗能极低的可植入装置”中，它可以帮助医生长期监视病人的健康状况；它们还可用于驱动微机电装置和其他极小的电子设备；以核能电池驱动的传感器可长期监测桥梁、道路和建筑物的使用状态，民用航班也可用这种传感器监测飞机的机械故障。

　　核能电池并不是新事物，它们此前已经应用于军事或者航空航天领域，但体积往往很大，而现在微型机电系统和纳米级机电系统已成为科学研究的热门领域，人们因此需要体积更小的核能电池为它们提供持久的电能，至于笔记本电脑和手机等民用电子装置对这种电池就更是期待了。

　　对于核能电池是否安全的问题，人们大可放心，因为它们的能量由放射性同位素的自然衰变而产生，这种衰变由物质中不稳定的原子核放射出粒子及能量所导致。当放射性同位素发生衰变时，它们释放出带电粒子，而半导体，例如硅，则能捕获这些粒子，从而产生电流，这个过程很像太阳能电池板从阳光中捕获光子并将它们转变成电流的过程。核能电池正是利用放射性同位素衰变会释放出能量的原理制成的。

　　核能电池的工作时间可以持续得很长，这是普通的化学电池所无法比拟的。工作时间长为核能电池带来了其他电池无法望其项背的优势。在许多情况下，电池和设备必须是一次性的，根本不容更换，例如深海传感器、太空探测器以及一些植入人体内的医疗装置等。科学家们认为，微型核能电池潜在工作时间可达几百年甚至更长。

　　微型核能电池虽然有不少优势，但它们还无法向普通化学电池那样在我们的日常生活中得到普遍的应用，这是因为还有些关键性问题不得不解决，如核能电池的体积总是过大，而减小体积电量又太小，要解决这类问题，科学家们必须拿出巧妙的办法来。

　　电量小是因为硅芯片产生电流的面积小，而加大面积又会使电池变得过大，解决这个问题的途径可以是寻找新的更有效率的材料，但美国罗彻斯特大学的研究小组则青睐于另外一种方法。他们意识到，在自然衰变中发出的放射性同位素，例如氚(氢的一种同位素)，有一半并没有被硅捕捉到，这种情况有点类似于太阳发出的光子绝大部分都散发到宇宙中去了，而我们地球接收到的只是其中极小一部分一样。于是，他们决定想办法让硅捕获更多的粒子，方法是在硅上面弄出许多坑来，从而在有限的平面上获得更大的表面积。

　　科学家形容说，这些坑就好像是一些深井，而放射性的氚气则会充斥于这些深井中，如此一来，产生电流的面积便可以成倍地增加了。不过这些“深井”其实小得令人难以置信，“井口”宽约1微米，深约40微米，要挖这样的井，需有赖于一种名为“蚀刻”的技术。科学家说，他们用这种方法使电量提高了10倍，而一种更先进的“挖井”方法还将会使电量提高160倍。

　　不过提高核能电池的效率，缩小电池体积的目标并非仅靠“挖井”一种方法就可以完全达到，在过去的很长时间里，人们主要使用硅半导体作为芯片的材料，而美国这家公司新推出的“微核”则使用了碳化硅，其芯片很小，而抵抗放射性损害的能力则更强；他们还在试验用叠放芯片的方法提高电量，据说这样产生的电流可以达到1微瓦或者百万分之一瓦；他们的另一个举措是尝试用新的放射性同位素，例如钷-147，据说这种同位素能为未来的核能电池提供更多的能量。至于密苏里大学，他们的创新之处在于使用了液体芯片，这也使得芯片的内部结构更不容易因粒子衰变而受到破坏了。

　　如果未来的某一天，微型核能电池在我们的日常生活中得到广泛的应用，到那时我们的手机和笔记本电脑就可以终身就不用充电了。