36、低温制冷与热管理技术解析

低温制冷与热管理技术解析

1. 低温制冷基础

在低温制冷领域，我们首先关注能够达到的最低冷端温度 (T_{2min})。其计算公式为：
(T_{2min}=\frac{31 + 2ZT_1 - 1}{Z})
其中，(Z = \frac{(a_1 - a_2)^2}{RK}) 。从这些公式中，还能推导出最佳性能状态 (Q_{opt})：
(Q_{opt}=\frac{(a_1 - a_2)ZT_1^2}{2R}K(T_1 - T_2))

当使用两个或更多半导体元件时，大约可以获得 -60°C 的最低冷端温度。

2. 超低温的产生方法

温度低于 1K 被定义为深度低温或超低温。利用低温液体的蒸汽可以获得 0.7 - 1K 范围内的温度。对于更低的温度，有以下三种方法：
- 绝热去磁法 ：许多盐类含有顺磁性金属，如 Ce、Cu、Mg、Cr 和 Fe 等。以下是一些常见的顺磁性盐：
- (P: NH_3Fe(SO_4)\cdot12H_2O)
- (Q: KCr(SO_4) 2\cdot12H_2O)
- (R: (CH_3NH_3)Cr(SO_4)_2\cdot12H_2O)
- (X: Ce(C_2H_5SO_4)_3\cdot9H_2O)
- (Y: CuK_2(SO_4)_2\cdot6H_2O)
- (Z: Ce_2Mg_3(NO_3) {12}\cdot24H_2O)

这些盐的熵和焓与温度和磁场密切相关。在没有磁场时，盐中具有磁矩 (m(H, T)) 的元素（3d 和 3f