??低溫恒溫器基礎知識

什么是低溫恒溫器？

低溫恒溫器是研發領域中用于維持樣品極低溫度的設備。

這些裝置利用制冷劑（例如液氦或液氮）、珀爾帖元件或制冷機來產生極低的溫度，并將其維持在恒溫槽內的真空室中。其他裝置則通過細噴嘴將制冷劑直接噴灑到目標物體上。除了作為獨立的光譜分析裝置外，這些裝置還應用于低溫電子顯微鏡、半導體測量儀器以及采用超導器件的設備中。

低溫恒溫器的用途

低溫恒溫器廣泛應用于研發及其他需要穩定低溫環境的領域。它們可用于在極低溫度下進行各種光學測量，例如紫外、可見光和紅外吸收光譜、熒光光譜和圓二色性光譜，以及物理性質測量，例如電學性質測量、交流磁化率測量和霍爾效應測量。使用低溫恒溫器可以維持樣品和設備的低溫環境，抑制設備的熱振動，并最大限度地減少對樣品的熱力學損傷。

在可與顯微鏡配合使用的設備中，低溫恒溫器用于用顯微鏡觀察樣品；在允許電接觸的設備中，它們用于電阻測量和連接壓電元件、二極管、溫度計等。低溫恒溫器有時也用于超導線圈和超導磁體，在需要穩定維持極低溫度的超導領域，對低溫恒溫器的需求量很大。

低溫恒溫器原理

1. 冷卻機制

低溫恒溫器利用各種冷卻機制，包括液氮和液氦等制冷劑、珀爾帖元件等電元件以及制冷機。

2. 系統配置

低溫恒溫器系統有兩種結構：一種是封閉式系統，它將真空容器與制冷劑結合在一起；另一種是開放式系統，它直接將制冷劑吹入容器中。在封閉式系統中，待冷卻物體被密封在真空容器內，該容器位于恒溫槽中，周圍環繞著絕緣材料，從而防止物體與外界熱接觸。

該系統能夠相對容易地維持低溫，甚至可以將溫度降至幾開爾文的極低水平。其缺點是裝置的整體結構較為復雜，使得更換樣品等操作較為繁瑣。不過，也有一些產品通過改進裝置結構，例如采用頂部裝載式設計，從而簡化了操作。

另一方面，使用細噴嘴將液氮等制冷劑直接噴灑到樣品上的裝置稱為開放式系統。其特點包括結構相對簡單、可在冷卻過程中直接觀察物體以及操作便捷。然而，其可達到的溫度并不低，通常只有幾十開爾文左右。

3. 光學窗口

在低溫恒溫器中，樣品被保存在一個恒溫腔內，腔內被絕緣材料包圍以保持低溫，但設有一個光學窗口用于光譜觀察。

低溫恒溫器的類型

低溫恒溫器種類繁多，必須根據應用和需求選擇合適的型號。例如，使用無制冷劑裝置（如超低溫冰箱）則無需液氦或液氮等制冷劑，從而可以降低制冷劑成本。

上述封閉式系統的可達到溫度極低，范圍在 4K 到約 1.7K 之間，而開放式系統的極限溫度約為幾十 K。此外，光學窗口的數量和類型以及其他特性因產品而異，一些產品具有延伸到外部的超導磁體或端子，從而可以與樣品進行電接觸。