什么是低溫學(xué)？

低溫學(xué)是材料在極低溫度下的產(chǎn)物和行為研究。

極低溫會(huì)改變材料的化學(xué)性質(zhì)。這已成為研究人員研究不同材料從氣體到液體再到固體的研究領(lǐng)域。這些研究不僅促進(jìn)了我們對(duì)不同材料的理解，還促進(jìn)了全新技術(shù)和行業(yè)的創(chuàng)造。

任何材料的溫度都是其所含能量的量度。快速運(yùn)動(dòng)的分子比慢速運(yùn)動(dòng)的分子具有更高的溫度。

例如，當(dāng)水在0°C時(shí)從液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w時(shí)，低溫范圍要低得多；從 -150°C 到 -273°C。-273°C 是可以達(dá)到的極低溫度。在此溫度下，所有分子的活動(dòng)停止，使分子處于可能的極低能量狀態(tài)。

-150°C 或以下的液態(tài)氣體也可用于冷凍其他材料。一旦氣體開(kāi)始液化，環(huán)境就被認(rèn)為是低溫環(huán)境。用于低溫的常見(jiàn)的氣體是氧氣、氮?dú)狻錃夂秃狻?/p>

低溫學(xué)的歷史

低溫學(xué)這個(gè)詞來(lái)自希臘語(yǔ)“kyros”，意思是寒冷。這與縮寫(xiě)的英文單詞“to generate”相結(jié)合，使我們將這個(gè)詞稱為低溫學(xué)。

非常冷的溫度不是用華氏度或攝氏度來(lái)衡量的，而是用開(kāi)爾文來(lái)衡量的。開(kāi)爾文使用單位符號(hào) K。它以開(kāi)爾文男爵命名，他認(rèn)為在極低的溫度下需要一個(gè)新的標(biāo)度，而不是通過(guò)華氏或攝氏等水的物質(zhì)狀態(tài)變化來(lái)衡量。零開(kāi)氏度 (0 K) 是理論上可能的極冷溫度。

1877 年，Rasul Pictet 和 Louis Cailletet 液化氧氣，他們都使用不同的方法進(jìn)行該過(guò)程。發(fā)現(xiàn)了第三種液化氧氣的方法，此時(shí)氧氣能夠在 90 K 下液化。不久之后，液氮達(dá)到了 77 K。全世界的科學(xué)家開(kāi)始競(jìng)相降低物質(zhì)的溫度到零。

下一個(gè)突破發(fā)生在 1898 年，當(dāng)時(shí) James DeWar 在 20 K 下液化氫。這給研究人員帶來(lái)了一個(gè)新問(wèn)題，因?yàn)?20 K 也處于沸騰溫度。然而，這提出了如何在這樣的溫度下處理和儲(chǔ)存氣體的另一個(gè)問(wèn)題。因此產(chǎn)生了當(dāng)今用于儲(chǔ)存氣體的 杜瓦瓶。

低溫行業(yè)的一次重大進(jìn)步是在 1908 年，當(dāng)時(shí)物理學(xué)家 Heike Kamerling Onnes 在 4.2 K 和 3.2 K 下液化氦氣。隨著這一發(fā)展，低溫學(xué)的進(jìn)步要小得多，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)定律，你可以接近零，但從未真正達(dá)到它。自上次重大發(fā)現(xiàn)以來(lái)，技術(shù)進(jìn)步了很多，我們現(xiàn)在可以在距離零極小的距離內(nèi)凍結(jié)材料，但科學(xué)家們?nèi)匀粺o(wú)法打破每個(gè)粒子都為零能量的熱力學(xué)定律。

有哪些低溫應(yīng)用？

低溫用于各種應(yīng)用。它可用于產(chǎn)生火箭的低溫場(chǎng)、使用液氦并需要低溫冷卻的 MRI 機(jī)器、儲(chǔ)存大量食物、霧、回收、冷凍血液和組織樣本，甚至冷卻超導(dǎo)體。

應(yīng)用和用途：

冷凍手術(shù)

冷凍手術(shù)是一種使用低溫去除不需要的組織的手術(shù)。歷史上，冷凍手術(shù)已被用于治多種疾病，常見(jiàn)的是良性和惡性皮膚病。這種類型的手術(shù)是有效的，因?yàn)樗ㄟ^(guò)對(duì)需要從體內(nèi)移除的細(xì)胞使用冷凍溫度來(lái)起作用。冰晶開(kāi)始在細(xì)胞上形成并終將它們撕裂。

低溫電子學(xué)

低溫流體可以提供的超冷凍溫度使材料中的電子能夠以很小的阻力自由移動(dòng)。這對(duì)超導(dǎo)體和航天器設(shè)計(jì)有很大好處。例如，作為低溫流體儲(chǔ)存的氧氣和氫氣是非常有利的來(lái)源，可用于為太空火箭提供動(dòng)力。

冷凍生物學(xué)

低溫生物學(xué)是研究低溫對(duì)生物體的影響。低溫生物學(xué)有六個(gè)主要領(lǐng)域：

微生物、植物、動(dòng)物和脊椎動(dòng)物的冷適應(yīng)研究

用于體外受精的細(xì)胞組織和胚胎的冷凍保存

凍干，藥物的冷凍干燥

冷凍手術(shù)屬于這一類

應(yīng)用于生物系統(tǒng)的過(guò)冷

食品保鮮

為了保存諸如農(nóng)產(chǎn)品之類的包裝食品，可以用液氮噴灑食品以吸收農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)的熱量。氮在食物被消耗之前蒸發(fā)。通過(guò)低溫技術(shù)的這種應(yīng)用，食物可以保存更長(zhǎng)時(shí)間，而不會(huì)對(duì)人類消費(fèi)產(chǎn)生任何化學(xué)威脅。

氣體運(yùn)輸

低溫也用于運(yùn)輸通常不是低溫的氣體。例如，使用低溫技術(shù)，氣體可以轉(zhuǎn)化為液體，從而使它們更容易從一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方。以天然氣 (LNG) 為例，它是乙烷、甲烷和其他氣體的混合物。當(dāng)這些氣體液化時(shí)，它們占用的空間遠(yuǎn)小于保持氣態(tài)時(shí)的空間。因此，運(yùn)輸費(fèi)用變得更低并且過(guò)程變得更加容易。

冷凍療法

冷凍療法是用來(lái)描述人體何時(shí)暴露在極冷溫度下的術(shù)語(yǔ)。這種應(yīng)用常見(jiàn)的用途是冷凍水療的新趨勢(shì)。在這些區(qū)域，人們可以在充滿低溫流體的低溫桑拿房中站立幾分鐘。研究表明，這種對(duì)身體有許多好處，例如減少炎癥、增加能量、控制疼痛，甚至可以促進(jìn)新陳代謝等。冷凍療法的研究還很新，其益處尚未得到充分研究或了解。

人體冷凍

動(dòng)物和人類的低溫保存被稱為人體冷凍學(xué)。該領(lǐng)域的研究人員讓他們的受試者希望通過(guò)冷凍他們的身體，他們將來(lái)可以使他們復(fù)蘇。目前，全世界有數(shù)百人（和他們的寵物！）通過(guò)冷凍保存被冷凍。人體冷凍科學(xué)尚未得到證實(shí)，大多數(shù)科學(xué)家對(duì)這些說(shuō)法表示懷疑。

極低溫下很多電子元器件和傳感器沒(méi)法正常運(yùn)行，但是像冷凍療法，低溫電子學(xué)，甚至高原低溫環(huán)境下，都需要一些氧氣濃度的監(jiān)控，此時(shí)，能夠耐受-100℃的氧化鋯氧氣傳感器O2S-FR-T2-18BM-C就很好的填補(bǔ)了行業(yè)的空缺。

O2S-FR-T2-18BM-C氧化鋯氧氣傳感器典型參數(shù)簡(jiǎn)述：

一、傳感器特征

1、快速響應(yīng)的二氧化鋯（ZrO2）傳感器 ，與OXY-LC氧氣傳感器接口板配合使用2、壽命長(zhǎng)，不消耗技術(shù)

3、一體式加熱元件

4、高精確度

5、線性輸出信號(hào)

二、技術(shù)指標(biāo)

工作原理：氧化鋯氧氣測(cè)量原理

量 程：0.1-25%或0.1—100%Vol ?O2

精 度：0.5%FS

工作環(huán)境：探頭工作溫度范圍：-100 to 250℃；變送板：-30 to 70℃

尺 寸：M18x1.5螺絲安裝 ，探頭安裝長(zhǎng)度：28mm，45mm和55mm

電源電壓: 8—28V

輸出方式：RS485 或者 4-20Ma

可工作海拔6000米的高原或者山峰上。

　　審核編輯：鄢孟繁