一、研究方向
1. 极低温稀释制冷与应用
量子科技是国家重点布局的战略前沿领域，大规模超导量子计算及新型量子器件研究对毫开尔文温区稳定、大冷量极低温环境提出迫切需求。当前，固液界面Kapitza热阻随温度降低显著增大，He-3/He-4混合物热质传递与多级换热耦合机制尚不清晰，制约稀释制冷系统冷量提升及极低温测量能力发展。极低温实验室围绕瓦级大冷量稀释制冷系统和量子功能材料器件研究，重点研究混合工质热质传递、固液界面传热、层状换热器与混合室制冷机理，揭示结构及运行参数对系统性能的调控规律。面向超导、拓扑、低维及磁性等量子功能材料，开展极低温下电输运、热输运、磁性、量子相变及器件性能研究，探索材料微观结构、界面效应与量子功能之间的关联机制。结合极低温实验、热力学建模、数值模拟和器件原位表征，发展极低温物性测量与量子功能材料器件测试方法，为大规模量子计算、量子器件研发和极低温科学研究提供理论与技术支撑。
2. 低温分离纯化与应用
氦及其稀缺同位素氦-3是支撑量子科技、聚变能源、极低温科学与高端装备发展的重要战略资源，天然气、煤层气中的氦资源提取以及聚变堆氦资源循环回收已成为国际关注的前沿问题。氦同位素分离纯化面临组分物性高度接近、低温相平衡与界面传质机制复杂、微量组分选择性识别困难等亟待解决的关键科学问题。极低温实验室围绕低温气液相际传质和多孔介质吸附过程，重点研究He-3/He-4低温传质分离、He/H2(D2)低温吸附分离及He/Ne低温吸附分离中的相平衡、传质动力学与选择性吸附机理，揭示温度、压力、浓度及孔隙结构对分离纯化效率的调控规律。结合热力学建模、数值模拟与极低温实验，发展氦及氦-3高效提取与循环回收技术，为聚变堆氦资源利用、天然气和煤层气提氦及极低温系统氦循环提供理论基础与工程方法。
3. 基于低温技术的氢能源利用
氢能是支撑能源结构转型、实现深度脱碳与保障国家能源安全的重要二次能源，液氢凭借高储氢密度和远距离输运优势，已成为航空航天、绿色交通及大规模氢能储运利用的重要载体。面向可再生能源高比例消纳和深远海风电规模化开发，液氢制储运加用及氢基化学品柔性制备仍面临超高压低温条件下汽蚀与复杂两相流动机制不清、微通道内低温传热强化与流动阻力协同调控困难、波动性风电驱动制氢-液化-氢基化学品过程动态耦合与能效优化机理不明等关键科学问题。极低温实验室围绕超高压液氢泵、液氢PCHE换热器及深远海风电柔性制氢/液氢/氢基化学品系统，重点研究低温高压流动传热、界面相变与系统能量转换规律，结合热力学建模、多相流数值模拟、低温实验和系统动态仿真，发展高效液氢输运换热与深远海风电柔性转化技术，对氢能规模化利用及海洋可再生能源高效消纳具有重要意义。
二、科研项目
国家自然科学基金青年科学基金C类项目. 刘琦. 在研 2027.1
印刷电路板式换热器冷激检漏测试. 孟鹏通, 刘冠杰. 在研 2026.7
国重实验室课题—3He-4He混合溶液相平衡及物性研究. 王倩, 熊杰. 在研 2026.1
间歇流蓄冷间壁式换热器在脉冲管膨胀式低温制冷机中的性能及应用研究, 崔文慧. 在研 2025.7
氢液化用紧凑高效PCHE换热器技术研究及性能测试. 刘琦, 孟鹏通. 在研 2025.6
聚变堆多工况下真空室排出气深冷分馏工艺研究. 王倩, 刘琦, 吴园园. 在研 2025.2
液氢高压泵实证平台研制及整机性能测试. 王倩, 刘琦, 吴园园. 在研 2023.1
三、科研设备
millikelvin制冷机（ez-Q F500）
责任人：刘琦 (l-q19@tsinghua.org.cn)
面向量子芯片、量子器件开展20 mK以下极低温实验系统搭建。
液氢泵测试平台（90 MPa 80 kg/h）
责任人：吴园园、刘琦 (l-q19@tsinghua.org.cn)
针对液氢增压泵、液氢潜液泵、液氢储罐开展极低温测试。
多孔材料几何特征测试平台
责任人：喻凡
多孔材料几何特征测试平台由比表面积及孔径分析仪、真密度分析仪、真空泵、气瓶柜以及气路系统构成精确测量材料的比表面积、孔径孔容以及孔径分布等关键数据。
纳米金属粉末烧结工艺实验平台
责任人：喻凡
纳米金属粉末烧结工艺实验平台由真空气氛管式、气体流量控制系统、真空泵、气瓶柜以及气路系统构成。
间歇流蓄冷间壁式换热器实验平台
责任人：崔文慧
可实现换热器在不同工质流量以及不同换热周期条件下的换热性能测试。
四、科研合作
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
中海石油气电集团有限责任公司
华南理工大学工业装备与控制工程系
长春理工大学材料科学与工程学院
南京理工大学新能源学院
华北电力大学能源动力与机械工程学院
电子科技大学中山学院材料与食品学院
电子科技大学中山学院机电工程学院
国家超级计算太原中心
极低温实验室归属中山低温院极低温技术研究中心。实验室自建立以来，一直围绕极低温设备及系统研制、极低温热质传递理论研究二个主题开展工作。实验室研究方向为稀释制冷、分离纯化、氢能利用。实验室成员承担了包括纵向课题、企业横向合作、低温院预研项目在内的多个研究项目，总经费达千万元。实验室具备millikelvin制冷机、液氢泵实验台、低温吸附实验台、PCHE实验台、孔隙率测试仪、比表面积分析仪、电化学工作站等平台和设备。
热烈欢迎专注低温及氢能、优势互补、有志本领域开拓的课题组及团队交流合作！
