乐高竟是良好的低热导率材料？研究员玩出了新高度

如果说《我的世界》，这款像素游戏满足了人们在网络世界的各种幻想，那么乐高积木则是存在于现实世界中的**“真实方块”**。

虽然它们看起来是些毫不起眼的小塑料砖块，但只要掌握了**“无中生有”**这项技能，它就可能一跃成为你“高攀不起”的天价亚子。

俗话说得好，一千个玩家手中就有一千种乐高（俗话：我没说），可在我手里，没有了拼装图纸的乐高，就是a piece of shit。

但是在其他大神的手中，它们是这样的……

Emmm，是我把乐高给你们寄过去，还是你把手和脑子寄过来？

酸了酸了，看了别人的作品后不由得发出感叹**“万物皆可乐高”**！而除了人在玩它，小方块甚至还要好生陪着猫咪小主。

而现在，它们又被授予了一项更艰巨的使命。

一直以来，低热导率材料（传递热量非常缓慢的物体）是各种制冷机器中必不可缺的组件，类似稀释制冷机（由液态氦3和氦4同位素提供制冷能力的机器）中的防辐射垫片和支撑架都是维持超低温的关键组件。

目前，高分子塑料家族是这方面表现比较优秀的材料之一，比如VESPEL工业塑料，它更是属于优秀群体中的“尖子生”，导热率非常低。不过，这塑料啥都好，就是挺贵的（差不多8000/根），如果大批量采购，小型实验室可能会有点捉襟见肘。

于是，来自英国兰卡斯特大学的研究人员盯上了乐高积木，想测试下乐高是不是“耐寒”？（不要问为什么要用乐高，问就是想玩）

如果验证乐高确实也具有低热导率，那么以后它或许可以干掉那些昂贵的工业塑料，成为更便宜、更有效的替代品，成功上位。

说干就干，研究人员购买了一套乐高（先在实验室自个儿玩了俩小时），然后挑选了一名“小宇航员”和拼接好的四个小砖块。

这是为了避免体积过大对实验产生影响，因为对于不足5平方厘米的物体而言，实验产生的功率不会对周围温度造成太大的变化。

然后把这两位“勇士”放入了稀释制冷机中，该设备的工作原理是通过液态氦3的循环来让制冷机不断运行。

图源：Lancaster university

在0.86k的温度下，液态氦3与氦4会产生分离形成两相。此时，含有更多氦3的相称为浓缩相，而含氦3较少的相称为稀释相。然而天下分久必合合久必分，为了达到相平衡，浓缩相的氦3原子会穿过两相之间的界面进入到稀释相。

成功“偷渡”过来后，新来的氦3原子发现这边的氦3原子温度都比自己高，为了更好地混入其中，穿过来的氦3原子只能通过吸热反应来提高温度，顺带着将混合室的整体温度降了下来，达到制冷的效果。

同时，吸热过多的氦3原子发现自己吸多了热变得膨胀了（类似液态水加热后变成了水蒸气），然后被装置中的抽气机抽走，经过冷凝后氦3原子继续补充到浓缩相中形成一个循环。

另外，对于两个“小家伙”而言，维持整个循环仅需要提供400nw的温度即可维持在0.1k~1k的温度范围内。因此研究人员得以在实验室内连续九天记录了乐高表面的温度变化数据。

图源：Lancaster university

在计算了乐高积木的热导率后，研究人员得出结论，乐高在接近绝对零度（-273.15℃）的温度下是一种很不错的热绝缘体。

图源：Lancaster university

根据他们发表在《科学报告》上的论文称：**当对顶部积木进行加热后，并没有导致底部积木的温度发生明显变化。**实际表现与上文提到的VESPEL工业塑料相比也不遑多让。

这就有意思了，两个价格相差这么大的材料，在实验中表现居然不相上下，要知道，用于制造乐高的ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）有可能和你家卫生间管道就是同一种，换句话说，就是很常见的货色。

那么换一根别的管子是不是也能做到呢？不行，因为它不是乐高。

实际上，除了材料外，研究人员发现乐高的精密式“套娃”结构才是关键所在。

乐高三维结构渲染图。图源：nature

由于积木的拼接是通过大小圆柱之间的互锁而组成的，同时小砖与小砖之间的接触表面积非常小，最大程度上减少了砖块之间的物理接触，导致砖与砖之间的接触电阻非常高，从而减缓了热量的传递。

看来，乐高这么多年的“开模”公司不是吹的，毕竟就算是上个世纪70年代出厂的产品，也要保证和当代的产品有很好的兼容，严丝合缝。

最后，把乐高送进“冰箱”里有啥用呢？

看把这小人冷得（身上都盖了一层霜）

通过实验，研究人员认为，参考乐高积木这种结构＋材料，将来有可能为更多需要超冷技术的设备制造相关的零件。比如量子计算机这种只能在极低温环境下工作的设备，就非常吃“装备”。

lawrence berkeley国家实验室的一种8位量子处理器

不过，还有一个问题，用乐高组装的制冷机器，看到忍不住想拆了玩咋办...

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