科普!液氮低温恒温器是什么?应用场景和领域有哪些?

嘉仪通 2024-12-13 17:28:59

液氮低温恒温器是一种利用液氮作为降温媒介的低温恒温设备,应用非常广泛,涉及材料包括超导材料、半导体、压电铁电介电、有机聚合物、生物材料、医药材料、凝胶材料、量子点、红外探测器、太阳能电池、LED、各类金属等。

一、液氮低温恒温器的工作原理

利用液氮的低温特性来实现低温环境。液氮的沸点约为 77K(- 196℃),当液氮在容器内蒸发时,会吸收大量的热量,从而使周围环境温度降低。

然后通过合理的结构设计和温度控制手段,如在容器外设置保温层、在内部安装温度传感器和加热器等,就可以在一定范围内精确调节并保持温度的恒定。

二、液氮低温恒温器的功能特点

‌快速降温‌:通过液氮可以在短时间内快速降温至液氮温度。

精确控温‌:通过温度控制器的调节,可以在较宽的温度范围内,如77K-500K(或者更高)快速变温,并能稳定到某一设定值上。

‌光学窗口‌:可定制透明石英窗等光学窗口,支持从紫外到近红外等宽谱范围的测试。

测试气氛:支持真空环境或者通入惰性气体

‌液氮泄漏保护‌:如泄压阀保护,防止液氮泄漏等,以确保使用的安全性。

三、液氮低温恒温器的应用场景

1.低温电学测试:霍尔效应、电阻率、seebeck、l-V曲线、DLTS等;

2.低温光学测试:PL、EL、FTIR、UV-Visible、荧光光谱、拉曼、穆斯堡尔谱、光电效应等;

3.低温热学测试:热导率、Cp、TG、DSC、TMA等;

4.低温磁学测试:磁化率、磁化强度、磁阻、超导等;

5.低温成像/显微测试:XRD、SEM、TEM、STM、XPS、磁光克尔等;

6.低温压电、铁电、介电测试等;

7.低温力学试验:低温下材料机械性能、塑性、韧性测试;

8.温度冲击实验:高温低温循环升降等;

9.低温生物医药等方面测试等;

四、液氮低温恒温器的应用领域

科研领域

低温物性分析:可用于研究物质在低温下的物理性质和行为,如低温下的热物理、电学、磁学、光学性质等。

超导研究:可测量超导材料的超导转变温度、临界电流密度、临界磁场强度等参数,探究超导态下的零电阻和完全抗磁性等特性;

半导体研究:研究半导体材料在低温下的电学性能,以及光学特性,为新型半导体器件的研发提供依据;

化学:可模拟化学反应在低温环境下的进行过程,研究低温对化学反应速率、平衡常数、反应机理等的影响;

材料科学:对新型材料的性能进行评估和优化,探究材料在低温下的力学性能、热学性能、电学性能等的变化规律,为材料的工程应用提供数据支持.

工业制造领域

电子工业:在半导体器件制造过程中,用于模拟低温工作环境,测试低温下的性能表现;

航空航天工业:模拟高空低温环境,评估材料和部件在低温下的性能变化;还可用于研究航空航天推进系统中的低温燃料和氧化剂的储存、输送和燃烧特性,为推进系统的设计和优化提供依据。

能源工业:可用于研究新型储能材料在低温下的性能,如锂离子电池、液流电池等在低温环境下的充放电特性、循环寿命等,提高储能系统在低温条件下的性能和可靠性.

生物医疗领域

医药研究:研究生物医药低温下的稳定性和活性等方面研究;

医学研究:研究低温对生物细胞和组织的影响,探索低温治疗技术;

医疗器械:用于研究制造低温手术器械,如低温手术刀、低温冷冻探头等.

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五、常见可联用设备

‌电学测量设备‌:可以和各类源表、数字万用表等电学设备联用,测量电阻率、seebeck、l-V曲线等。

‌光谱仪‌:可以配合各种光谱仪使用,在低温环境下进行光谱测量时,能够提供稳定的低温环境,。

‌电磁铁‌:可以配合电磁铁使用,特别是在需要磁场环境下的实验中,能够提供稳定的低温磁场环境。

‌显微镜‌:可以配合显微镜使用,特别是在低温显微成像实验中,能够提供低温环境,满足特殊需求。

‌力学测试设备‌:可用于需要低温环境的力学测试中,如:与拉伸机配合在低温温条件下进行材料应力应变测试。

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