大連化物所研制出無液氦式絕熱量熱儀 實(shí)現(xiàn)4-100K熱容精密測量
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(以下簡稱“大連化物所”)氫能與先進(jìn)材料研究部熱化學(xué)研究組(DNL1903組)史全研究員團(tuán)隊(duì)在低溫量熱儀器研制方面取得新進(jìn)展，研制了一臺Gifford-MacMahon(G-M)式制冷絕熱量熱儀，實(shí)現(xiàn)了無液氦環(huán)境下4-100K溫區(qū)凝聚態(tài)物質(zhì)熱容精密測量。 
熱容是與物質(zhì)狀態(tài)和能量性質(zhì)緊密相關(guān)的基礎(chǔ)熱力學(xué)參數(shù)，通過熱容測定能夠獲得熵、焓、吉布斯自由能等熱力學(xué)函數(shù)，還能在液氦溫區(qū)探究晶格、超導(dǎo)、磁性、相變等具有理論研究與應(yīng)用價值的科學(xué)現(xiàn)象，為相關(guān)熱力學(xué)問題研究提供指導(dǎo)依據(jù)。絕熱量熱法是測量凝聚態(tài)物質(zhì)熱容最準(zhǔn)確、可靠的方法。
熱化學(xué)研究組長期從事低溫?zé)崛萁^熱量熱技術(shù)開發(fā)與儀器研制工作，先后在4.2-600K溫區(qū)建立了一系列精密絕熱量熱儀器(Thermochim. Acta.，1991；Thermochim. Acta.，1995；J.Therm. Anal. Calorim.，2008)。然而，這些儀器需使用液氮或液氦以獲取低溫測量環(huán)境，實(shí)驗(yàn)成本高且操作繁瑣，成為限制絕熱量熱技術(shù)發(fā)展與低溫?zé)崛菅芯康钠款i之一。
針對以上問題，本工作利用無液氦閉循環(huán)G-M制冷機(jī)獲取液氦溫度，研制出了一臺無液氦式低溫?zé)崛萁^熱量熱儀，實(shí)現(xiàn)了無液氦環(huán)境下液氦溫區(qū)凝聚態(tài)物質(zhì)熱容精密測量。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熱容測量驗(yàn)證，量熱儀在4-100K溫區(qū)熱容測量精度±0.8%、準(zhǔn)確度±1.5%，為液氦溫區(qū)熱容測量與相關(guān)熱力學(xué)問題研究提供了經(jīng)濟(jì)、便捷、可靠的量熱實(shí)驗(yàn)手段。相關(guān)研究成果以“Design and construction of a refrigerator-cooled adiabatic calorimeter for heat capacity measurement in liquid helium temperature region”為題，于近日發(fā)表在《科學(xué)儀器報告》(Review of Scientific Instruments)上。該工作第一作者為大連化物所DNL1903組羅積鵬博士。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院儀器設(shè)備功能開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目等資助。(文/圖 羅積鵬)
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