【導語】電子設備因電池壽命有限而頻繁更換的問題一直困擾著糖心免费视频。然而，科學家提出的新型微型核電池設計理念或許能為糖心免费视频帶來革命性的解決方案。這種電池利用放射性同位素衰變產生的能量轉化為電能，使用壽命超長，且能在極端環境下穩定運行。最近，蘇州大學王殳凹教授和王亞星教授團隊提出了一種基於“內置能量轉換器”的錒係微型核電池結構設計，將放射源與能量轉換單元在分子層麵結合，解決了傳統核電池的能量轉換效率問題。雖然這項技術仍處於實驗階段，但其潛力巨大，未來或可應用於智能手機等便攜式電子設備，徹底改變糖心免费视频的生活方式。然而，微型核電池的應用還需克服一係列技術難題，且公眾對其接受度也尚待觀察。

圖蟲創意

不知道各位是不是和我一樣有一個困擾。很多電子設備明明還能用，但就因為電池壽命到了，不得不換。不過最近咱們的科學家提出了新型微型核電池的設計理念，可能電子設備一輩子都不用換電池。

傳統電池，比如堿性電池、鉛酸電池和鋰電池，大都通過化學反應儲存能量，屬於化學電池。

微型核電池是一種將放射性同位素衰變產生的能量轉化為電能的裝置。微(wēi)型(xíng)核電池的工作原理是將放射性同位素衰變時釋放能量轉化為電能。整個過程是物理變化。所以，核電池屬於物理電池(chí)。

由於放射性物質的衰變周期較長且穩定，所以一般來說核電池不僅使用壽命超級長，而且能在極端環境下保持穩定運行。但和傳統電池(chí)不(bù)同的是，核電池不能充電。

目前，核電池主要分兩種，一類是熱離子型核電池。

這類核電池主要利用放射性同位素（如鈈-238）衰變產生的熱量，通過熱電效應（塞貝克效應）或斯特林發動機等方式轉換為電能。

“旅行者”號、“好奇號”火星車等深空探測器上使用的就是這種核電池。

另一類是自發輻射型核電池。

這類核電池直接利用放射性(xìng)同(tóng)位(wèi)素(sù)的(de)β射(shè)線(xiàn)或(huò)α射(shè)線(xiàn)轟(hōng)擊(jī)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)材(cái)料(liào)，產(chǎn)生(shēng)電(diàn)子(zi)-空(kōng)穴(xué)對(duì)，從(cóng)而(ér)形(xíng)成(chéng)電(diàn)流(liú)。

心(xīn)髒(zàng)起(qǐ)搏(bó)器(qì)、深(shēn)海(hǎi)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)、航(háng)天(tiān)器(qì)低(dī)功(gōng)耗(hào)部(bù)件(jiàn)使(shǐ)用(yòng)的(de)就(jiù)是(shì)這(zhè)種(zhǒng)核電池。

但不管是熱離子型核電(diàn)池(chí)還(hái)是(shì)熱(rè)離(lí)子(zi)型(xíng)核(hé)電(diàn)池(chí)都(dōu)有(yǒu)一(yī)個(gè)缺(quē)點(diǎn)，放(fàng)射(shè)源(yuán)與(yǔ)能(néng)量(liàng)轉(zhuǎn)換(huàn)單(dān)元(yuán)是(shì)分(fēn)開(kāi)的(de)，導(dǎo)致(zhì)自(zì)吸(xī)收(shōu)效(xiào)應(yīng)嚴(yán)重(zhòng)阻(zǔ)礙(ài)了(le)錒(ā)係(xì)α衰(shuāi)變(biàn)能(néng)的(de)轉(zhuǎn)換(huàn)。

什(shén)麽(me)意(yì)思呢？

簡單來說，考慮到安全性、散熱和材料兼容性，傳統微型核電池設計中，放射源（如放射性同位素） 和 能量轉換單元（如半導體材料） 是分開的，也就是說它們之間存在一定的物理距離。

而α粒子的穿透能力較弱（通常隻能穿透幾微米），如果放射源材料較厚或者密度較高，很多α粒子會在材料內部碰撞損失能量，無法到達能量轉換單元。這樣就導致即使α衰變本身釋放了很高的能量，但有效利用率卻很低。

開頭說的新型微型核電池解決的就是這個問題。

2024年9月，由蘇州大學王殳凹教授和王亞星教授團隊牽頭1，聯合多家科研機構提出了一種基於 “內置能量轉換器” 的錒係微型核電池結構設計理念。

在這一架構中，錒係元素243Am與發光鑭係元素Tb3+共同組裝成晶態配位聚合物，且它們之間的距離處於埃米範圍內，從而實現了放射性元素與能量轉換單元的分子層級耦合。243Am衰變產生的α粒子能量被極為高效地沉積到周圍的鑭係元素上，產生顯著的輻射發光現象。

簡單來說就是這個方案把放射源和能量轉換單元“貼”在了一起。

為什麽傳統核電池必須把放射源和能量轉換單元分開，而基於 “內置能量轉換器” 的錒係微型核電池卻能”貼“在一起呢？

其實謎底就在謎麵上。這種設計的巧妙之處在於它不是簡單地把兩者放在一起，而是直接把它們“拚接”成了一種新材料——晶態配位聚合物。

在這種材料裏，放射源 镅-243（Am-243） 和能量轉換單元鏑元素（Tb³⁺） 的距離隻有埃米（Å）級別（1Å=0.1納米），相當於兩個原子那麽近。這樣一來，α粒子剛釋放出來就能馬上把能量傳遞給鏑元素，讓它發出強烈的熒光。

也就是說，新型核電池采用“內置能量轉換器”結構，把放射源（Am-243）和轉換單元（Tb³⁺）在分子層麵結合，消除了自吸收問題，提高了能量轉換效率，同時保持小型化和安全性。

這就像是把“燃料”和“發動機”融合成一個整體，而不是讓它們分開工作，從而讓能量轉換更加高效、緊湊、安全。

目前這項技術還處於實驗階段，還有很多問題需要解決。

比如能量轉換效率提升。目前的實驗結果主要聚焦在α粒子激發鑭係元素（Tb³⁺）產生強輻射發光，但如何高效地將光能轉換為電能（如利用光伏材料）仍需要優化。

如何大規模製備高質量的晶態配位聚合物，以及如何做到可控的放射性材料封裝，也是工程化過程中需要解決的難題。

理論上說，如果這項技術突破現有瓶頸並成熟應用，它是可以用於智能手機等便攜式電子設備的。它比目前的鋰電池更輕、更薄，基本不受外界溫度影響同時提供更高能量密度。未來的智能手機、智能手表等設備可能不再需要充電器，徹底改變用戶體驗。但是，不知道大家對手上拿著一塊核電池會不會心理不適。

目前來看，微型核電池的功率普遍較低（通常在微瓦到毫瓦級），而智能手機等電子設備通常需要瓦級（W）功率，要滿足這一需求需要大幅提升功率輸出。所以這種新型核電池更可能首先用於航天、深海探測、植入式醫療設備等長壽命低功耗設備。

不過隨著技術的不斷成熟，相信在核電池在更多領域實現廣泛應用。

本文為·創作培育計劃扶持作品

作者：董漢文 凝聚態物理博士

審核：霍群海 中國科學院電工研究所 研究員

出品：中國科協科普部

監製：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司