美国研究人员发现纳米真空管，能量密度远大于锂离子电池

目前，仍经常有科学家们试图对真空管(vacuum tubes)进行微型化改造，不过成功的案例却不多，主要是因为该种用玻璃封装的阀门已经在大多数应用领域被晶体管取代。

而美国伊利诺大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的研究人员则认为，真空管可用以做为高能量密度电池或是非易失性内存的基础；据说在理论上，纳米尺寸的真空管数组的能量密度应可达到锂离子电池的三倍。

伊利诺大学的研究人员Alfred Hubler与Onyeama Osuagwu，发表了一篇题为："数字量子电池：将能量与密度储存在纳米真空管数组中"的论文，不过相关研究仍在理论阶段，还有待进行实际验证。

该论文的基础是建立在场发射器件(field-emission devices)具备明显可允许电流通过结构的研究上；作者声称，将场发射器件通过适当的纳米等级设计，能将电击穿(electric breakdown)以量子化现象压缩；在10纳米的间隙距离之下，其电容量却会非常大。

该纳米真空管数组的架构，是以比 10纳米临界间距稍大的距离，以阴极、阳极、阴极的规则来垂直排列，与现今尖端微影技术的节点相当。论文作者指出，真空管的能量密度是受真空击穿(vacuum breakdown)所限制，不过在大气压力低于106 torr的情况下，击穿场就不会依赖剩余气体(residual gas)，而是随着电极表面的特性。

论文指出，纳米真空管的能量/功率密度会大于锂离子电池以及电化学电容器 (electrochemical capacitors)，估计重量能量密度可达每公斤1-Mjoule，体积能量密度则可达每立方公尺3-Gjoules。而且这种数字量子电池(虽然需要数十亿颗真空管组合成的数组)，还有许多其他的优势。

首先，这种真空管能以传统的微影技术与晶圆厂适用的金属材料、硅晶圆基板来生产，并可利用氧化硅来做为真空管的绝缘壁；其阳极材料则建议采用碳纳米管，阴极材料则可使用钨(tungsten)。除此之外，这种电池能轻易地被整合到IC基板中，做为芯片上的可充电式电池。

该真空管数组还有其他的优点，包括其充放电频率将超越其他所有的组件；论文作者并指出，由于纳米真空管可以保持数年的电气能量不损失，因此也可能做为非易失性内存组件。

编辑：博子