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在(zai)低溫技(ji)術領(ling)域(yu)，材(cai)料的(de)選擇(ze)對(dui)實(shi)驗和設備的(de)性能(neng)至關(guan)重要。本(ben)文小編(bian)為您推(tui)薦由Apiezon?發布的(de)白(bai)皮書《用(yong)于低溫環境的(de)專用(yong)碳氫基真空脂》，深入解析碳氫基真空脂在(zai)極端低溫環境下的(de)表現。

低溫(wen)(wen)技(ji)術通常指在(zai)低于123K（即-150℃）的溫(wen)(wen)度(du)下操作。在(zai)許多科學和(he)醫學領域(yu)，需要在(zai)低溫(wen)(wen)環境(jing)下進行實(shi)驗(yan)和(he)運(yun)行設備，溫(wen)(wen)度(du)甚(shen)至低至幾(ji)開(kai)爾文（Kelvin）。在(zai)這些溫(wen)(wen)度(du)下，需要使用特殊材料(liao)來提供密封和(he)熱(re)傳(chuan)導，因(yin)為標準的熱(re)沉(chen)化合物(wu)和(he)密封配方(fang)可能會開(kai)裂或失效，從(cong)而降(jiang)低密封效率和(he)熱(re)導率。

目前市(shi)場上有多種真空(kong)脂(zhi)可供選擇，例如基于(yu)(yu)全氟聚醚（PFPE）的產品(pin)，其標稱(cheng)工作溫(wen)度(du)遠(yuan)低于(yu)(yu)0℃。然而(er)，幾乎所(suo)有產品(pin)的標稱(cheng)工作溫(wen)度(du)范圍都限制(zhi)在-80℃。典型(xing)的熱(re)沉化合物僅適用(yong)于(yu)(yu)低至(zhi)-50℃的環(huan)境。僅有的例外是碳氫基真空(kong)脂(zhi)（含(han)專有添加(jia)劑(ji)），其工作溫(wen)度(du)可低至(zhi)-269°C，即(ji)液(ye)氦的沸點溫(wen)度(du)。

該白(bai)皮書(shu)探(tan)討低溫應(ying)用和(he)研究的需求(qiu)，分析碳氫基真空脂(zhi)在(zai)熱(re)接觸和(he)密封方面(mian)的性能表現(xian)。

低(di)溫應(ying)用示(shi)例

— 研究領域

在(zai)(zai)(zai)高校研究領域，許(xu)多實(shi)驗(yan)(yan)需(xu)(xu)要將樣(yang)品(pin)冷(leng)卻到極低溫(wen)度。在(zai)(zai)(zai)這些(xie)實(shi)驗(yan)(yan)中，通(tong)常需(xu)(xu)要在(zai)(zai)(zai)將樣(yang)品(pin)安(an)裝在(zai)(zai)(zai)低溫(wen)恒溫(wen)器(qi)的(de)(de)冷(leng)指上，以實(shi)現(xian)極低溫(wen)度。實(shi)驗(yan)(yan)完成后，需(xu)(xu)要將樣(yang)品(pin)移(yi)除。因此，用于安(an)裝的(de)(de)真空(kong)脂需(xu)(xu)要在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下(xia)具有可塑性，但(dan)在(zai)(zai)(zai)低溫(wen)下(xia)硬化(hua)。此外(wai)，如果(guo)該真空(kong)脂可在(zai)(zai)(zai)實(shi)驗(yan)(yan)完成后輕松去除和(he)清潔，將非(fei)常有用。

— 超導體

超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)是低(di)溫(wen)技術的(de)另(ling)一個(ge)關鍵(jian)應(ying)(ying)用(yong)領(ling)域，極低(di)溫(wen)度(du)是實現超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)現象的(de)必要條(tiao)件(jian)。低(di)溫(wen)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)的(de)典型工作低(di)于(yu)30K，而所謂(wei)的(de)高(gao)(gao)溫(wen)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)則可以在(zai)高(gao)(gao)達138K的(de)溫(wen)度(du)下工作。盡管被稱為(wei)“高(gao)(gao)溫(wen)”，但這(zhe)仍(reng)然屬于(yu)低(di)溫(wen)范圍，需要使用(yong)能夠承受極低(di)溫(wen)度(du)且不失去(qu)任何性能的(de)材(cai)料(liao)(liao)。超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)體(ti)是制造高(gao)(gao)強度(du)磁(ci)體(ti)的(de)關鍵(jian)，這(zhe)些磁(ci)體(ti)用(yong)于(yu)磁(ci)共振成像（MRI）掃描儀和(he)磁(ci)懸浮運輸系統等設備(bei)。更小眾的(de)應(ying)(ying)用(yong)包括粒(li)子(zi)加速(su)器和(he)聚變反(fan)應(ying)(ying)堆，這(zhe)些設備(bei)需要極高(gao)(gao)的(de)磁(ci)場來提供必要的(de)約束和(he)加速(su)力。在(zai)這(zhe)些系統中，冷卻設備(bei)與(yu)超(chao)(chao)(chao)導(dao)(dao)材(cai)料(liao)(liao)之間需要良好的(de)熱接(jie)觸，并且需要精確(que)的(de)溫(wen)度(du)測量。

溫度傳(chuan)感器

對(dui)于溫(wen)(wen)度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，保(bao)持良(liang)好的(de)熱(re)(re)接(jie)(jie)觸以提供(gong)準確的(de)測量至關重要(yao)。通常(chang)(chang)使(shi)用(yong)熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)(ou)套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)來直接(jie)(jie)測量液(ye)氮或(huo)液(ye)氦的(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)。熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)(ou)套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)用(yong)于保(bao)護精密(mi)溫(wen)(wen)度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)免(mian)受損(sun)壞，并允許將(jiang)溫(wen)(wen)度(du)(du)探頭放置(zhi)在感(gan)(gan)興趣的(de)區域，例(li)如(ru)管(guan)道的(de)中心。使(shi)用(yong)熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)(ou)套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)的(de)一(yi)個挑(tiao)戰是(shi)需要(yao)在外(wai)壁和(he)溫(wen)(wen)度(du)(du)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)之間(jian)建立良(liang)好的(de)熱(re)(re)接(jie)(jie)觸。碳(tan)氫真(zhen)(zhen)空脂(zhi)通常(chang)(chang)用(yong)于填(tian)充低溫(wen)(wen)設備中的(de)熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)(ou)套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)，以提供(gong)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)與被測介質之間(jian)的(de)必要(yao)接(jie)(jie)觸。在這(zhe)種情(qing)況下，真(zhen)(zhen)空脂(zhi)非常(chang)(chang)理想，因為它易于涂抹在熱(re)(re)電(dian)(dian)偶(ou)(ou)或(huo)插入套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)中。真(zhen)(zhen)空脂(zhi)在室(shi)溫(wen)(wen)下會軟化，這(zhe)意味著可以輕松(song)將(jiang)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)探頭從套(tao)(tao)(tao)(tao)管(guan)中取出進行(xing)維護或(huo)更換，而使(shi)用(yong)環氧樹脂(zhi)或(huo)類似(si)的(de)**性固定熱(re)(re)界面材料則(ze)無法做(zuo)到(dao)這(zhe)一(yi)點。探頭更換并冷(leng)卻后，真(zhen)(zhen)空脂(zhi)再次硬化，提供(gong)與外(wai)殼表面的(de)良(liang)好熱(re)(re)接(jie)(jie)觸。

低(di)溫(wen)潤(run)滑

潤滑脂無(wu)(wu)法提供(gong)解決方案的另一個(ge)領域是低溫潤滑。無(wu)(wu)論(lun)基礎油是什么，潤滑脂在(zai)低于(yu)約(yue)170K時都會固化，因此在(zai)操作過(guo)程(cheng)中無(wu)(wu)法提供(gong)潤滑。真空脂可以用(yong)(yong)作組裝潤滑劑，幫助構建低溫系統(tong)(tong)，例如允許軸(zhou)通過(guo)O形圈插入(ru)而不會損壞彈性(xing)體(ti)。在(zai)這(zhe)種情況下，能(neng)夠承(cheng)受熱(re)循(xun)環的真空脂非常有用(yong)(yong)，因為它允許拆卸和(he)更換軸(zhou)以進行(xing)(xing)維(wei)護。需(xu)要(yao)注意的是，在(zai)極(ji)低溫度下運(yun)行(xing)(xing)的運(yun)態系統(tong)(tong)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)(yong)固體(ti)潤滑涂層(ceng)。

熱傳遞性能

低溫(wen)(wen)技術中(zhong)的(de)(de)(de)一個(ge)關鍵問(wen)題(ti)(ti)是(shi)在(zai)(zai)冷(leng)卻設備(bei)和(he)實驗對(dui)象之(zhi)(zhi)間提供(gong)良好(hao)的(de)(de)(de)熱(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)。例如，將半導(dao)(dao)(dao)體(ti)芯片安(an)裝到低溫(wen)(wen)恒溫(wen)(wen)器的(de)(de)(de)冷(leng)指上(shang)(shang)，為了有(you)效冷(leng)卻芯片，需要在(zai)(zai)兩個(ge)表面(mian)之(zhi)(zhi)間提供(gong)良好(hao)的(de)(de)(de)熱(re)接(jie)觸(chu)(chu)。在(zai)(zai)低溫(wen)(wen)下(xia)，熱(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)主要通過(guo)直(zhi)接(jie)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)(dao)(dao)進行，因(yin)為輻射和(he)對(dui)流的(de)(de)(de)影響(xiang)可(ke)(ke)以忽略不(bu)計。在(zai)(zai)考(kao)慮(lv)熱(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)(dao)(dao)時，需要在(zai)(zai)材(cai)料(liao)之(zhi)(zhi)間建立良好(hao)的(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)。在(zai)(zai)宏(hong)觀層面(mian)上(shang)(shang)，兩個(ge)相鄰表面(mian)可(ke)(ke)能看起(qi)來是(shi)平的(de)(de)(de)，但在(zai)(zai)微(wei)觀層面(mian)上(shang)(shang)，情況并非如此，其表面(mian)粗(cu)糙度可(ke)(ke)使得(de)兩個(ge)材(cai)料(liao)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)實際(ji)接(jie)觸(chu)(chu)面(mian)積非常中(zhong)。事實上(shang)(shang)，由(you)于微(wei)觀粗(cu)糙度，實際(ji)接(jie)觸(chu)(chu)面(mian)積可(ke)(ke)能僅為總面(mian)積的(de)(de)(de)1-2%。在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)下(xia)，這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)(ti)較(jiao)小，因(yin)為兩個(ge)材(cai)料(liao)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)氣(qi)體(ti)分子運(yun)(yun)動有(you)助于傳(chuan)(chuan)(chuan)傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)。然而(er)，這(zhe)個(ge)過(guo)程效率較(jiao)低，一旦溫(wen)(wen)度接(jie)近**零(ling)度，氣(qi)體(ti)分子的(de)(de)(de)運(yun)(yun)動減慢，熱(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)遞(di)主要由(you)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)(dao)(dao)主導(dao)(dao)(dao)。使用低溫(wen)(wen)導(dao)(dao)(dao)熱(re)脂的(de)(de)(de)原理(li)很(hen)簡單，導(dao)(dao)(dao)熱(re)脂在(zai)(zai)兩個(ge)材(cai)料(liao)之(zhi)(zhi)間提供(gong)直(zhi)接(jie)的(de)(de)(de)熱(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)(dao)(dao)路徑，消除所(suo)有(you)的(de)(de)(de)自由(you)空間并填充了峰谷。

有(you)(you)許(xu)多(duo)熱(re)(re)沉化合(he)物經配制可(ke)(ke)提供良好的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)導(dao)(dao)率，其中(zhong)一(yi)(yi)些含有(you)(you)金屬顆粒以提高整體(ti)熱(re)(re)導(dao)(dao)率。這(zhe)些材料在低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)使用中(zhong)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個主要(yao)缺點是顆粒的(de)(de)(de)(de)增加(jia)會增加(jia)接觸表面之間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)空(kong)間(jian)(jian)，實(shi)際上可(ke)(ke)能(neng)對系統的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)傳遞特性(xing)產生不(bu)利影響。另外(wai)兩種被廣泛接受(shou)的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)熱(re)(re)傳導(dao)(dao)方法(fa)是使用銦箔或(huo)特殊配方的(de)(de)(de)(de)碳氫(qing)(qing)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)導(dao)(dao)熱(re)(re)脂(zhi)（Apiezon? N），后(hou)者含有(you)(you)添加(jia)劑(ji)以防(fang)止(zhi)在極(ji)低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下開裂或(huo)失效，銦箔在較高溫(wen)(wen)(wen)(wen)度下可(ke)(ke)提供更(geng)佳的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)導(dao)(dao)率，但當溫(wen)(wen)(wen)(wen)度降(jiang)至約40K以下時(shi)，Apiezon? N脂(zhi)變得(de)更(geng)有(you)(you)效，當溫(wen)(wen)(wen)(wen)度進一(yi)(yi)步(bu)降(jiang)至1-6K范圍時(shi)，Apiezon? N的(de)(de)(de)(de)性(xing)能(neng)比銦箔好得(de)多(duo)。使用碳氫(qing)(qing)真空(kong)脂(zhi)的(de)(de)(de)(de)另一(yi)(yi)個優點是易于去除(chu)。這(zhe)在科學實(shi)驗(yan)中(zhong)尤(you)其有(you)(you)用，因為樣品需要(yao)臨時(shi)安裝在低(di)(di)溫(wen)(wen)(wen)(wen)恒溫(wen)(wen)(wen)(wen)器(qi)中(zhong)，如(ru)果使用銦箔，實(shi)驗(yan)完(wan)成后(hou)很難去除(chu)箔片，而碳氫(qing)(qing)真空(kong)脂(zhi)可(ke)(ke)以通(tong)過(guo)使用碳氫(qing)(qing)溶劑(ji)（如(ru)甲苯或(huo)d-檸檬烯(xi)）完(wan)全去除(chu)。

蒸(zheng)氣(qi)壓和真空應用(yong)

除(chu)了提供熱接觸(chu)外，碳氫真(zhen)空脂還可以為需要在(zai)(zai)低溫(wen)下運(yun)行(xing)的(de)(de)真(zhen)空系統提供優異的(de)(de)密封介質。在(zai)(zai)這種應用中(zhong)，產品的(de)(de)關鍵(jian)特(te)性是能(neng)夠在(zai)(zai)極低溫(wen)度下保持不(bu)開裂，并具有低蒸氣壓(ya)，以防止(zhi)不(bu)需要的(de)(de)材料釋(shi)放(fang)到真(zhen)空環境中(zhong)。

【結論】

對于低溫(wen)應用(yong)，通常(chang)需要(yao)在(zai)(zai)(zai)兩個表面之間提(ti)供良(liang)好的(de)(de)熱(re)(re)導(dao)率(lv)。為了實現這(zhe)一(yi)點，需要(yao)使用(yong)一(yi)種能夠(gou)在(zai)(zai)(zai)極低溫(wen)度下提(ti)供必要(yao)熱(re)(re)導(dao)率(lv)并承(cheng)受熱(re)(re)循(xun)(xun)環的(de)(de)真空(kong)脂(zhi)。碳氫(qing)真空(kong)脂(zhi)（Apiezon? N）已經(jing)開發并應用(yong)多(duo)年(nian)，可以(yi)在(zai)(zai)(zai)液氦溫(wen)度下提(ti)供優異的(de)(de)性能。除了提(ti)供良(liang)好的(de)(de)熱(re)(re)導(dao)率(lv)外(wai)，它還可以(yi)反復循(xun)(xun)環回(hui)室(shi)溫(wen)，以(yi)便拆卸和更(geng)換(huan)組件。并可通過(guo)使用(yong)常(chang)見(jian)的(de)(de)碳氫(qing)溶(rong)劑(ji)完全(quan)去除。此外(wai)，還可以(yi)用(yong)作真空(kong)密封劑(ji)，提(ti)供非(fei)常(chang)低的(de)(de)蒸氣壓(ya)，從而允許在(zai)(zai)(zai)極壓(ya)壓(ya)力下使用(yong)，進入超高真空(kong)范圍。

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