瞬态电池：让电子设备“化身于无形”

王握文宁凡明

2020-01-10 08:24:05　来源：解放军报

　　●它是一种能自毁或自行溶解的电池，可与电子设备“同归于尽”

　　●它发挥出应有的作用，瞬态电子设备才算得上“名副其实”

　　●它在信息安全、植入式医疗、绿色环保等领域应用前景广阔

　　“阅后即焚”：理想很丰满，现实很骨感

　　“阅后即焚”，是一种保守秘密、不留隐患的信息处理方式。10多年前，一部讲述某国特工遗失绝密光盘的喜剧片就以此为名；另一部影片《碟中谍》则展示了一种有“阅后即焚”功能的智能眼镜。

　　电影里的情节是虚构的。但现实中，随着科技的进步，具有“用后即毁”功能的产品已经真的应运而生。如存储有涉密信息的设备一旦遗失或被盗，可让它自动销毁，以确保信息安全。在医药领域，那些植入人体的医疗器件在帮助病人康复后，可自行或在外部作用下溶解消失，而不需要手术取出，以减轻病人痛苦。用于特殊环境检测的设备，完成检测任务后能自行降解销毁，既节省人工拆除成本，又能避免“电子垃圾”污染。

　　然而，目前植入人体的医疗器件、能自行降解的特殊检测设备，成本高、风险大、可靠性不强，难以大范围推广应用。用于存储、传输、处理涉密信息的设备，要实现“用后自毁”或在遗失、被盗后让其失效，在技术上也有不小难度。

　　于是有人在想，能否在硬件上加装自毁装置，通过触发或遥控让其损毁，从而实现装备的损毁？但自毁装置很难微型化，也很难实现关键功能单元的定向损毁和器件物理底层的彻底损毁。

　　还有人在想，通过软件，采用数据擦除技术，用大量无效数据反复覆盖在原先存储的秘密数据上，让人分不出真伪而实现有效保护。可现有数据擦除速率慢，难以满足紧急销毁数据要求，且擦除后仍有可能被恢复。

　　瞬态特性：让电子设备自毁或消失成为可能

　　2012年，在国际顶尖期刊《科学》杂志上发表的《一种物理瞬态的硅基电子器件》论文，首次提出了“瞬态电子器件”这一全新概念。也就是说，当电子功能器件在实现指定功能或完成某项任务后，其物理形态和功能可以在外界刺激触发下，发生部分自毁消失或者完全自毁消失的一种电子器件。

　　这种新兴电子器件的关键在于“瞬态”，即具有瞬态特性：电子器件的稳定工作状态能在某些特定条件下被打破，实现从一种状态向另一种状态的转变。它既可以是物理结构的瞬态、也可以是功能的瞬态，可以是稳态功能之间的转换、也可以是稳态功能的消失，还可以是由物理结构损毁带来的结构与功能的同步消失。这些都属于“瞬态”范畴。

　　科学家们认为，瞬态电子器件应该具备以下特征：与常规电子器件相同的稳定性和可靠性，实现各种功能转换的瞬态特性，其使用寿命是预先设置和实时可控的。

　　“瞬态电子器件”概念一经提出，便迅速成为国际上的一个研究热点和新兴研究方向，各主要军事强国陆续开展相关研究。如美国DARPA就设立了“可程序控制损毁和消失的器件”研究计划，支持相关机构开展瞬态电子器件技术研究。近年来，研究者已研究出多种功能的瞬态电子设备，但大部分只是在外界光照、热辐射或者溶剂浸泡等刺激下引发自毁消失，还远未实现真正的“全瞬态”特性。也就是说，还不是完全意义上的瞬态电子设备。

　　究其原因，一方面是全瞬态功能的电子设备设计、制造的技术难度高、要求严，另一方面是缺乏具有瞬态功能的电源供应器件，即瞬态电池。这种很大程度上依赖于“非瞬态”电源来实现设备功能运行的情况，制约和阻碍了瞬态电子设备的自毁功能和自毁程度。业内权威人士指出：如果电子设备使用的电池不是瞬态的，那么就不能称为“全瞬态电子设备”。

　　瞬态电池：真正赋予电子设备完全自毁功能

　　瞬态电子设备发展呼唤瞬态电池，事实上，它已是呼之欲出了。因为科学家们从一开始就在进行着不懈探索。

　　2016年，全球首款实用型瞬态电池研制成功。它的神奇之处，不在于能为普通家用计算器提供时长15分钟、电压2.5伏的稳定供电，而是遇水后30分钟内就能从人间“蒸发”。这一研究成果在国际上引起了广泛关注。

　　瞬态电池能够溶解自毁，奥秘就在于研制者巧妙地设计并制备出一种瞬态材料，使瞬态电池具有稳定的输出电压来实现功能，还能遇水快速自毁溶解，从而为瞬态电子设备提供了“绝配”的瞬态电源。据研究者称，这种瞬态电池，利用“物理与化学混合瞬态”的方法，通过电池中电极材料的物理断裂、电极材料颗粒的脱落和分散，再结合其他可溶性物质的化学溶解，让整个电池结构足以有效自毁溶解。经多次试验验证，这种瞬态电池可满足瞬态电子设备研制需要，为其提供具有瞬态特性的稳定电源，能与电子设备“一损俱损”或“同归于尽”，让瞬态电子设备真正“名副其实”。

　　全球首款实用型瞬态电池问世后，短短几年时间，便在欧美一些国家取得了长足进步，研制出多种瞬态电池，推动了瞬态电子设备发展。在我国，一些高校和科研院所，也在持续开展瞬态电子设备的基础和应用研究。瞬态电池作为瞬态电子设备中的核心，目前在输出电压、结构设计、自毁或溶解、寿命预先设定等方面，还需进一步优化，以助力电子设备应急销毁的可控性和稳定性提升。

　　军事应用：瞬态电池前景广阔

　　瞬态电池的问世，为瞬态电子设备提供了具有瞬态功能的电源，也为期待获得重大突破的瞬态电子器件研制带来了福音。这是因为，与常规自毁技术相比，负载在瞬态电池上的瞬态电子设备具有许多独特优势：它无须附加自毁装置，通过电池自毁即可助力设备自毁，能节省设备的空间与重量，实现设备的微型化；能实现电子设备的物理底层彻底损毁，从根本上确保数据或信息安全；可在外部触发条件下实现损毁或失效，满足设备应急快速销毁要求。

　　专家分析指出，随着瞬态电池和瞬态电子器件更多关键技术的突破和最终量产，必将产生电子设备及相关领域的一场重大变革，推动信息安全、绿色电子、生物医学、智能控制等相关产业的发展。

　　在军事领域，瞬态电池及瞬态电子器件具有广阔应用前景。

　　——将配备有瞬态电池的瞬态电子器件用于谍报装备，一旦被发现或丢失，可让谍报装备自毁或“消失”，保护情报信息和情报人员安全，甚至做到无迹可寻。

　　——对于部署在固定地点或敏感部位的监控、窃听装置，利用瞬态电子器件具有的可控损毁功能，在完成阶段性任务或是可能被发现、受到安全威胁时，立即启动损毁程序，防止被发现或破解。

　　——在军事医疗领域，植入式瞬态电子医疗器件，可实现在体直接体检与疾病控制，提高士兵健康监测、伤员救治的便捷性和效率。某些在体电子器件，如一些防止伤口感染的器件、诊疗需要植入体内的离子浓度测量器件等，在疾病痊愈后即可自行溶解消失，无须通过手术取出，对于提升战场救治水平和部队战斗力具有重要作用。

编辑：迟语洋

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