液氮冷卻主要應用手段

液氮冷卻是一種利用氮氣冷卻的方法，在氣體冷卻中對被冷卻的氣體進行冷卻使其溫度降低，使被冷卻的氣體的溫度下降到比被冷卻的氣體低的範圍。它與氣體冷卻不同，它不需要冷卻劑參與。冷卻方法是在液氮中加入某種催化劑或藥劑（通常是氮氣）來實現的。它可以在許多應用中使用，包括：太陽能電池系統、生物能源、新材料等。液氮冷卻在生物醫藥和能源領域的應用包括：生物反應器的冷卻（包括單細胞生物反應器或細胞培養）；用於微納製造的真空系統；微奈米工藝裝置等。

1、單細胞生物反應器

在單細胞技術中，有幾個關鍵步驟需要用到液氮冷卻，其中包括：①將單細胞培養液加熱到高液氮溫度（通常在30℃以上）；②冷卻細胞表面；③去除細胞表面活性劑；④為細胞提供真空環境。這些步驟必須同時進行。在單細胞生物反應器中，用於生物感測的細胞是在低溫條件下進行儲存的。為了保證單細胞分離過程中細胞的質量濃度與細胞大小成正比。首先需要保證樣品的高低溫度；其次利用低溫和非低溫裝置（如冰箱）獲得細胞的大小和形態。液氮用於單細胞生物反應器的主要技術包括：液氮降溫、細胞計數、細胞遷移及分化、熒光和體細胞表達等。

2、微納製造

微奈米工藝（微加工）可用於生產各種技術、裝置和器件。微加工是一種製備奈米器件、元件和裝置的工藝過程。微晶薄膜是基於電晶體中的晶格尺寸形成的；它們具有不同的特性，因此需要微加工。基於半導體的微加工過程是以微晶片（奈米）為基礎的，通常是基於金屬化銦（In銦）半導體或氮化鎵（GaN）半導體。由於許多不同材料都具有不同的尺寸、化學性質和光學性質，因此微晶晶片也被稱為微粒材料。微晶晶片通常是由超薄超導體（包括鋁）製成（包括In-Cell），因此通常被稱為微孔材料或微加工電晶體（twin-memory microscopy radio）。然而，為了在超微小電晶體中實現納秒級精確晶圓微孔的尺寸和光學性質，透過使用液氮方法（高氮氣流量、溫度控制、高真空系統）可獲得最佳控制環境來實現超微小電晶體在微米尺度上的高精度製造。

3、真空系統

隨著工業生產對環境的要求越來越高，以產生低成本的氣體冷卻技術為目的的真空系統將變得越來越重要。高純度、低排放和低汙染的低分子源材料，如量子點、功能材料等將被用來作為微納製造的研究材料選擇。由於這些應用對製造技術的不斷髮展提出了越來越高的要求。高純度、低汙染的低分子源材料，已經成為眾多奈米領域發展的重要方向。利用液氮進行真空系統冷卻有助於提高材料純度、製備工藝效能、提高真空裝置的效率。

4、微奈米工藝裝置

微納製造裝置：透過使用液氮冷卻使裝置冷卻至工作狀態，實現大規模微奈米加工。其中可以包括晶片、感測器、微奈米機器、微納器件和裝置等。微納米制造：將微納米制造裝置放置於微納裝置內部（如薄膜、感測器、電晶體等）以實現對整個器件元件的製造加工。微奈米工藝裝置包括精密模具、離子注入、外延、沉積、刻蝕、光刻、光學、超微加工和表徵等。這些系統往往需要幾個不同的部件組合成一個整體來完成加工裝置。但是由於微奈米材料表面很光滑且有一定的粗糙度，需要相應的加工裝置來完成微奈米工藝要求。因此，可以採用離子注入、沉積或者刻蝕等方法來實現微奈米材料的製作和加工。