杭州造出可量产“超级冰箱”

杭州又添一项令人瞩目的科研成果能够量产。近日，白马湖实验室方凯团队研制的国内首台采用单一气库技术路线且制冷量达1.5瓦以上的脉管制冷机，成功通过量产验证。液氦温区脉管制冷机堪称一台“超级冰箱”，能够制造出接近绝对零度（－273.15℃）的极低温环境，广泛适用于量子计算机、医用核磁共振成像设备、半导体工厂以及可控核聚变装置等领域。过去很长一段时间，脉管制冷技术和核心部件被国外企业垄断，成了限制我国高端产业发展的关键瓶颈。方凯团队集中精力攻克了国产液氦温区脉管制冷机的设计和工艺定型难题，让设备能够在45分钟内降到4.2K（约－269℃）的极低温，制冷量达到1.8至2瓦，核心性能指标达到了国际同类产品的先进水平。这一温度，如同给材料施加了“魔法开关”，可以使超导材料电阻归零，实现近乎无损的电力传输。“脉管制冷机的研发和生产最大挑战，就是批量生产的良率和长期性能稳定性不足，常常需要一台台调试，难以实现量产。业内普遍认为，哪支队伍解决了量产难题，哪支队伍就处于世界领先地位。”浙江大学能源工程学院教授甘智华指出。在白马湖实验室里，记者亲眼见到了这台“超级冰箱”。它主要由压缩机、旋转阀和冷头三个部分构成。其中，旋转阀是核心部件，负责控制循环气流的相位和流向。体积虽小，但金属阀体上却有近20个孔洞，位置看似随意，实则经过精心设计，最精密部分的加工误差不能超过0.005毫米，相当于头发丝直径的二十分之一。“旋转阀里每个流道的布局、每个孔洞的位置，都是我和团队一点点商议出来的。通过流道与气孔的配合，可以让不同区域的气团协同运作，改变气体相位差，进而达成制冷效果。”方凯分享道。设计完成后，制造过程同样充满挑战。由于国内缺乏成熟的供应商，外购的部件常常无法达到实验要求，团队只好自己动手改进工艺。方凯提到，在实验初期，他们曾在数千片薄如纸片的金属丝网中，一片片手工挑选合格的回热填料。经过对原材料和工艺各环节的严格管控，今年3月，设备在实验室完成性能验证，制冷量、降温速度、功耗等表现均达到国际先进水平，而成本仅为进口设备的三分之二。此外，团队还不断进行结构迭代和工艺验证，确保了产品的一致性和批量稳定性。根据规划，未来一年可生产“超级冰箱”50至100台。