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The heat transfer analysis of a microinsulation for nuclear microbatteries.

机译：核微电池微绝缘的传热分析。

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摘要

Microelectromechanical Systems (MEMS) have not gained wide use because they lack the on-device power required by many important applications. Numerous studies have been carried out regarding technologies for providing electrical power to MEMS devices. Compared with solar or chemical energies, radioisotope sources have the advantage of large energy density and long lifetime. The radioisotope decay heat could be directly converted to electricity using thermoelectric or thermionic techniques. As a crucial part of this process, a microinsulation concept has been designed to maintain the radioisotope source temperature high in order to obtain good conversion efficiency.; This paper reviews thermionic energy conversion technology and creates heat transfer models for a Micro Heat Barrier (MHB) and radioisotope powered thermionic microbattery developed by Sandia National Laboratory. The computed results indicate that the MHB has apparent thermal conductivity on the order of 10-4 W/mK at vacuum and is capable of providing sufficient thermal resistance to produce a high conversion efficiency for a thermionic microbattery. A new microinsulation concept using photo resist SU-8 is designed and the photolithography fabrication process is described. The microinsulation sample's apparent thermal conductivity is measured and compared with theoretical results. The experimental results show that a typical design has apparent thermal conductivity on the order of 10-4 W/mK at vacuum and have a good agreement with what the model predicts.
机译：微机电系统（MEMS）缺乏广泛的应用，因为它们缺乏许多重要应用所需的设备上功率。关于用于向MEMS装置提供电力的技术已经进行了许多研究。与太阳能或化学能相比，放射性同位素源具有能量密度大和寿命长的优点。可以使用热电或热离子技术将放射性同位素的衰变热直接转化为电。作为该过程的关键部分，已设计了一种微绝缘概念，以保持较高的放射性同位素源温度，以获得良好的转化效率。本文回顾了热电子能量转换技术，并为由桑迪亚国家实验室开发的微型热障（MHB）和放射性同位素供电的热电子微电池创建了热传递模型。计算结果表明，MHB在真空下的表观热导率约为10-4 W / mK，并且能够提供足够的热阻，从而为热电子微电池产生高转换效率。设计了一种新的使用光刻胶SU-8的微绝缘概念，并描述了光刻制造工艺。测量微绝缘样品的表观热导率，并将其与理论结果进行比较。实验结果表明，典型设计在真空下的表观导热系数约为10-4 W / mK，与模型预测值具有良好的一致性。

著录项

  • 作者

    Yao, Rui.;

  • 作者单位

    The University of Wisconsin - Madison.;

  • 授予单位 The University of Wisconsin - Madison.;
  • 学科 Engineering Nuclear.; Energy.
  • 学位 Ph.D.
  • 年度 2007
  • 页码 120 p.
  • 总页数 120
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 原子能技术;能源与动力工程;
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