出品：中国科普博览SELF格致论道讲坛 主讲：中科院理化所研究员沈俊

制冷，先从人体冷冻讲起

在很多科幻电影里我们都看到过这样的场景，一个非常漂亮的棺，里面的人躺进去之后，瞬间飞越了几百年，然后画面切换，再出来还是一样的年轻漂亮。那么，大家有没有想过有那么一天，把自己也冷冻起来，然后几百年后再出来呢？接下来我们就来讲述这个关于温度的故事。

真的可以把人冻起来吗？

前一阵子，网上有个传得很火的视频，就是把这个金鱼放到液氮里面，然后拿出来以后它马上又复活了。那么，这个视频是可信的吗？很显然，这是假的，可是我们又真的看到这个动物冻起来以后又复活了，那该怎么解释呢实际上，视频里只是把金鱼放在液氮里几秒的时间，几秒的时间只是把金鱼的表层给冻了，而它里面的内脏是没有冻的，如果里面全部冻了的话它是绝对复活不了的。也就是说到目前为止，这种生命体的复活对于人类来说还是一个难题。

那我们可以把什么冻起来然后复活呢？首先是细胞，比如说精子、卵子，这个大家都听说过，也就是说这种细胞层面冷冻它是可以的。另外就是组织的冷冻，那么到多大尺度的组织呢？比如说我们的皮肤、角膜、身体里面各个比较小的器官都是可以的。事实上，现在有很多医疗机构、美容院就有这样的服务，比如你要保存自己的这个细胞那个细胞什么的，就可以给你冻起来然后以后再用，这也是可以达到的技术。

到目前为止，人体的器官还有整个人冻起来之后，是不可能复活的。现在也有做冷冻器官或者冷冻人体的公司，比如说美国的Alcor公司，之前有个非常知名的作家把他的头送到了这家公司，就是你任何人如果想冻自己都可以把自己送到这个公司去冻，只要付一定的金额就可以。但是呢，甭管是Alcor还是别的什么公司，它都只是一个遗体的保存，就是你想把比如说我冻上20年就是活人啊，我冻上20年我想再复活，那现在我们的技术是达不到的，为什么？就是因为这个尺度大了，我们知道人身体里面大概70%都是水，包括我们的骨头里面大概都有25%-30%的水，水冻成冰就会产生这种结晶体或者结晶态，这种结晶态就会刺破你的细胞、你的肌体组织和各个机构，也就是说，这种结晶态会导致你的整个这个器官或者功能的丧失或破坏。

我的工作：定制你想要的温度

从室温到零下-273.15，也就是说我们的绝对零度，你想要一个什么样的温度我们就来做这样一个温度提供给你——定制你想要的温度，那么这个就是我的工作。

冰箱空调大概就是到-40度这样一个温区。空调呢，你现在的生活可能已经离不开它了，但空调有个问题，它有氟利昂，会破坏臭氧，然后还会产生温室效应、ODP的这样一个排放等等。《京都议定书》《蒙特利尔协议》宣布到2025年这个所有的世界上的氟利昂不能够使用了，那么到时候我们怎么办？我们就有各种各样的替代的物质来进行这种新的制冷的方式。

我们现在的制冷方式是采用蒸汽压缩式制冷，它有这样液体在里面循环，它从液体变成气体再回来这样循环，只有一个这样的循环才能达到我们的目的。然而我们目前在研究一种新型的磁制冷技术，这样的技术它是用固体来制冷，也就是像氟利昂这样的液体我们不用了，而是把一个固体放在一个磁场里面，在加上和去掉这个磁场的时候它就会产生这种温度的变化，那么把这种变化循环起来那么它就制冷了，从而达到这个绿色环保这样一个目的。

现在你在市场上还不能购买到这样一个磁制冷机，就是由于我们现在还有一些比如说材料的问题、回热器换热效率低、系统制冷能力等等一些问题，但是目前在逐步解决这样一些问题，可能过一段时间就有可能几年之内吧，我相信应该能够在市场上看到了。

制冷技术应用广

其实做温度、做制冷的也可以为其他的很多学科来服务，比如

中科院在丽江的这样一个天文观测站，我能为他们解决什么问题？丽江云南属于偏远地区想要液氮，昆明云南总台不给，就没有办法做实验了。我就直接做个液氮机从空气中采集氮气再做成液氮就可以做实验了。现在能够做每天10升到1000升的液氮机可以做一些科学的实验。

还有天然气，天然气是绿色清洁能源，它的贸易也是分散在世界范围内，中国也像各个国家一样在收集各种资源。大约在十年前我去新疆，看到很多冲天的火炬，去的时候是夏天，那里又是沙漠，上面在烧，烧的就是天然气，因为要采底下的油、煤，气田没有那么大，比如只能够采5-10年，这种气体都烧掉了，大概我们国家每年烧两百亿左右，这都是钱。十年前我们去了，去了之后呢现在我们开始做天然气液化。通常的做法是建厂站，但工厂造价非常高，但这个气田采5-10年没有了怎么办？工厂就浪费了。还有一种办法是铺管线，铺管线造价也是非常。于是我们做了一个小型的液化天然气设备，就是一个集装箱的大小，非常紧凑。有些同学打游戏像红警、星际，像主基地一样在这里采气然后液化成液体，采完再到另外一个地方去采，气体变成液体压缩600倍，压缩600倍之后相当于卖给天然气的加气站就可以直接变成钱了，因此天然气液化的装置是做的非常好的。

为此我们成立了一家公司，现在在内蒙、山西、陕西已经投产十几套了，它的市场占有率能够超过40%，也能够为二氧化碳等等做一些贡献。

制冷技术还可以用在大科学装置。比如超导射频和它的低温系统，还有这些红外军事上面用的红外遥感遥测，以及北京的正负电子对撞机，就这种所有的这些设备都离不开低温。还有上海做超导磁悬浮列车，这也是需要低温制冷存在的。最低温度是-273.15度，到太空里面就需要这样的低温，美国做的磁制冷可以达到50mK的温度，是用在空间望远镜上。

制冷和散热不分家

其实散热也是制冷的另外一种表述。

比如空客A380的蒙皮，我们做飞机都看到，那个飞机翅膀上有无数个这样的铆钉，我们想用激光焊接替代铆钉使机身减重成本下降，机身减重之后呢可能我们这一堆人就能坐在同一个飞机里了。但是现在遇到一个问题，半导体所的这个来找我，他们是做激光器的，他们说1000瓦的焊不了蒙皮必须要3000瓦、5000瓦的，它在非常小的激光芯片上发出来的，大概一平方毫米像指甲盖的1/100，在这样小的面积上要有超高的热流密度才能产生强的激光，才能做激光焊接，这样才能做焊汽车、焊飞机这种事情。热流密度要达到什么程度呢？达到太阳表面的力度，10的7次方W/平方米，这是非常难的。

对于我们来说，要在一个非常小的面积非常快速地把这个温度给它散掉，这是我们设计的一个新型的激光器，做出来了新一代的半导体激光器，用于将来的先进制造2025。

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