[发明专利]一种新型环境放射能采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及小、微型自供能系统、能源采集技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种可有效地收集放射能的新型环境放射能采集装置。

为了实现上述目的，本发明提高如下两种技术方案：

其一，一种新型环境放射能采集装置，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。

其二，一种新型环境放射能采集装置，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，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明属于原理性创新，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、对可见光单向透明），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，并且本发明构思新颖，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。