奈米級真空管可化身高效能電池？

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科學家仍經常試圖對真空管(vacuum tubes)進行微型化改造，不過成功的案例卻不多，主要是因為該種用玻璃封裝的閥門已經在大多數應用領域被電晶體取代。而美國伊利諾大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的研究人員則認為，真空管可用以做為高能量密度電池或是非揮發性記憶體的基礎；據說在理論上，奈米尺寸的真空管陣列的能量密度應可達到鋰離子電池的三倍。
伊利諾大學的研究人員Alfred Hubler與Onyeama Osuagwu，發表了一篇題為「數位量子電池：將能量與密度儲存在奈米真空管陣列中」的論文，不過相關研究仍在理論階段，還有待進行實際驗證。
該論文的基礎是建立在場發射元件(field-emissiondevices)具備明顯可允許電流通過結構的研究上；作者聲稱，將場發射元件透過適當的奈米等級設計，能將電氣崩潰(electricbreakdown)以量子化現象壓縮；在10奈米的間隙距離之下，其電容量卻會非常大。
該奈米真空管陣列的架構，是以比10奈米臨界間距稍大的距離，以陰極、陽極、陰極的規則來垂直排列，與現今尖端微影技術的節點相當。論文作者指出，真空管的能量密度是受真空崩潰(vacuum breakdown)所限制，不過在大氣壓力低於106 torr的情況下，崩潰場就不會依賴剩餘氣體(residualgas)，而是隨著電極表面的特性。
論文指出，奈米真空管的能量/功率密度會大於鋰離子電池以及電化學電容器(electrochemicalcapacitors)，估計重量能量密度可達每公斤1-Mjoule，體積能量密度則可達每立方公尺3-Gjoules。而且這種數位量子電池(雖然需要數十億顆真空管組合成的陣列)，還有許多其他的優勢。
首先，這種真空管能以傳統的微影技術與晶圓廠適用的金屬材料、矽晶圓基板來生產，並可利用氧化矽來做為真空管的絕緣壁；其陽極材料則建議採用碳奈米管，陰極材料則可使用鎢(tungsten)。除此之外，這種電池能輕易地被整合到IC基板中，做為晶片上的可充電式電池。
該真空管陣列還有其他的優點，包括其充放電頻率將超越其他所有的元件；論文作者並指出，由於奈米真空管可以保持數年的電氣能量不損失，因此也可能做為非揮發性記憶體元件。
(參考原文：Nano vacuum tubes could make better batteries, or memories，by Peter Clarke)