[发明专利]一种基于碳纳米管的同位素电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于碳纳米管的同位素电池，包括换能结构和源结构两部分，其中：换能结构包括第一衬底，位于第一衬底背面的背电极，位于第一衬底上表面的绝缘层和绝缘层上的金属电极对，以及定向排布于金属电极对间的半导体性碳纳米管，所述金属电极对中的一个电极由功函数高于碳纳米管费米能级的金属构成，另一个电极由功函数低于碳纳米管费米能级的金属构成，所述碳纳米管的两端分别与两个电极接触；源结构包括第二衬底和淀积于第二衬底上的放射性同位素膜；源结构和换能结构对准封接在一起，二者相接触的部位之间电学隔离，所述放射性同位素膜和碳纳米管位于封接形成的空腔内。

2.如权利要求1所述的同位素电池，其特征在于，所述第一衬底是硅片、砷化镓片、碳化硅片或氮化镓片，所述绝缘层的材料是二氧化硅、氮化硅或氧化铪。

3.如权利要求1所述的同位素电池，其特征在于，所述金属电极对是叉指电极对或者是简单的对电极。

4.如权利要求1所述的同位素电池，其特征在于，所述功函数高于碳纳米管费米能级的金属选自下列金属中的一种或多种：Au、Pd和Pt；所述功函数低于碳纳米管费米能级的金属选自下列金属中的一种或多种：Hf、Al、Ti、W、Cr、Sc和Zn。

5.权利要求1～5任一所述的同位素电池的制备方法，包括以下步骤：

1)根据下述步骤a-c制备换能结构：

a、在第一衬底上表面形成绝缘层，并在绝缘层上制作金属电极对，该电极对中的一个电极由功函数高于碳纳米管费米能级的金属构成，另一个电极由功函数低于碳纳米管费米能级的金属构成；

b、在第一衬底的背面制作背电极；

c、将碳纳米管组装于所述金属电极对之间，使碳纳米管的两端分别与两个电极接触，并去除金属性碳纳米管，保留半导体性碳纳米管；

2)制备源结构：在第二衬底上淀积放射性同位素膜；

3)使源结构的放射性同位素膜面对换能结构的碳纳米管，将源结构和换能结构对准封接在一起，并在二者的相接触的部位实现电学隔离。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)a中采用溅射、蒸发或电镀的方法制作金属电极对，通过光刻定义电极图形，采用腐蚀或剥离方法实现金属图形化；步骤1)b采用溅射、蒸发或电镀的方法制作背电极。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1)c采用化学气相沉积、介电泳和电弧放电的方法将碳纳米管组装于所述金属电极对间；然后通过在所述金属电极对的两个电极间施加电压或电流烧掉金属性碳纳米管，余下半导体性碳纳米管。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)采用电镀或分子镀或化学镀的方法中制作放射性同位素膜。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述换能结构和源结构的封接方法是利用粘结剂将二者粘结，或者是用外加固定结构将二者固定在一起。

10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3)换能结构和源结构相接触部位的电学隔离通过下述方法I)或II)实现：I)在二者之间设置绝缘垫圈或者直接制作于源结构或换能结构上的绝缘结构，再将二者封接在一起；II)使用绝缘粘结剂将源结构和换能结构粘结在一起。