除夕临近。 对于某些人来说，在厨房里待了两天，在桌子上呆了十分钟，对于某人来说，这是一个聚会所有亲朋好友的好时机，对于某人来说，这是一个奇迹，圣诞老人，当然还有在圣诞树下的礼物。 一年又一年，孩子们为无所不能的灰胡子巫师（我在说圣诞老人，而不是甘道夫）写了一个愿望清单，我的父母正在尽力实现这些愿望。 时代在变化，愿望在变化：在一个孩子高兴地骑着木马，现在给一个平板电脑之前。 但是，乐高玩具一直被认为是对儿童（对成年人来说是一种罪过）的普遍优秀礼物。
但是，这种丰富多彩的构造函数不仅可以是所有年龄段的出色娱乐活动，而且是稀释制冷机的极其有用的组成元素，稀释制冷机用于量子计算机的开发。 英国兰开斯特大学的科学家决定进行一项实验，将乐高积木冷冻至接近绝对零（−273.15°C）的温度。 这个看似奇怪的实验显示出非常有趣的结果，我们将从研究小组的报告中了解其详细信息。 走吧
乐高简史
鉴于此实验的主要特征是乐高，不讲关于该构造函数的一些事实是不礼貌的。
几乎所有乐高零件均由塑料制成，尤其是ABS塑料（丙烯腈丁二烯苯乙烯或（C
8 H
8 ）
x ·（C
4 H
6 ）
y ·（C
3 H
3 N）
z ）。 但是，在乐高玩具诞生的早期，从1932年到1949年，它生产木制玩具。
奥勒·柯克·克里斯蒂安森（Ole Kirk Christiansen），1957年该公司由Ola Kirk Christiansen在丹麦成立。 这位改变了成年人对儿童玩具的看法的人于1891年出生，他是一个贫穷的农民家庭。 从14岁起，奥莱（Ole）在他的兄弟的指导下，开始学习木匠的技能，后来他从事这项工作，但是已经不在丹麦了（从1911年至1916年，他在德国和挪威工作）。
1916年，奥莱（Ole）回到家乡，花了所有的积蓄，买了一个木工店和一个木材仓库，在那里他住所，同时也从事木材和木制品的贸易。
1930年，一家小规模但盈利的企业允许成立自己的公司来生产家庭用品，其中很大一部分是楼梯和烫衣板。 但是，30年代的经济不是最稳定的，许多企业倒闭或蒙受巨大损失。 克里斯蒂安森的公司也不例外。
在这里值得做些小题外话。 1916年，奥莱（Ole）嫁给了一个来自挪威的女孩，名字叫Kirstina Serensen，给他生了四个儿子。 不幸的是，柯斯蒂娜（Kirstina）于1932年去世。
为纪念公司成立80周年而拍摄的小型动画电影《乐高物语》（2012年）。让我们回到业务问题。 由于危机，需要一些新的，受欢迎的和有利可图的东西。 奥莱和他的儿子戈特弗里德（Gottfried）开始制作木制玩具。 因此，有一家LEGO公司，其名称在拉丁语中的翻译为“ collect”。 有趣的是，在这家如今享誉全球的公司中，最初只有7人工作。
自1947年以来，乐高开始生产的不是木制的，而是塑料的立方体，上面有特殊的凸出部分，用于将立方体相互连接。
与我的兄弟一起出现的第一批剧集之一（嗯，怀旧）。Ole Christiansen彻底改变了玩具世界。 乐高的主要“成分”是想象力，思维和创造力。 孩子们与设计师一起玩耍，可以创造出充满不可思议的人物，惊人的建筑和令人心碎的故事的整个世界。 孩子们并不愚蠢，他们对世界的看法不同，他们探索世界，将其像构造函数一样分解为组成部分。 奥莱·克里斯蒂安森（Ole Christiansen）对此很有把握，作为两个崇拜设计师的出色女孩的叔叔，我可以自信地说他是对的。
但是可以说不是单个玩具。 在今天的研究中，乐高积木幸免于难。 为什么科学家决定冻结构造函数？ 答案很平庸-看看会发生什么。 他们的好奇心绰绰有余。
在实验过程中，将乐高积木（以下称为样品）暴露在70 mK（millikelvin，1 mK = 10
-3 K）至1.8 K的温度范围内。结果，得出了样品的热导率幂律：
κ =（8.7±0.3）x 10
-5 T
1.75±0.2 WK
-1 m
-1事实证明，由于其独特的结构，乐高积木可以成为出色的隔热材料。 并且，对于低温部件的绝热，需要低导热率的材料。 目前，此类材料已广泛用于量子计算机的创建中，该量子计算机依靠隔离的低温进行正常操作。 现在已经有一种
Vespel聚合物，它具有良好的隔热性能，但是制造起来相当昂贵，这不能说是由广泛的ABS塑料制成的LEGO砌块。
研究成果
图片编号1：实验设置。在实验中，使用了4个块连接在一起。 将样品放入由兰开斯特大学创建的
溶解冰箱*中 。
溶解冰箱*是使用两个氦同位素： 3 He和4 He的低温装置。 当温度达到700 mK或更低时，混合物会自发发生相分离，形成一个新的相：富3 He和富4 He。
块之间的连接是使用块本身的几何形状进行的，即，不使用任何粘合剂材料。 样品的总高度为40.2 mm，面积为502 mm
2 ，重量为9.28 g。样品的顶部和底部是铜板（触点），使用真空油脂附着以改善热接触。
底部铜板热连接至冰箱的混合室。 将一个3Ω有线锰加热器（铜，锰和镍的合金）和一个电阻温度计连接到上部铂上。 在实验之前，下板的温度在T low≈4.5 mK下保持9天。 为了测量热导率，将恒定的热量Q施加到上板上，在上板温度稳定（T
high ）之后，进行直接测量。 从样品材料本身检测到热泄漏，在整个实验中该热泄漏保持在相同水平：Q
0 = 3.2 x 10
-10 W（3.4 x 10
-11 Wg
-1 ）。
正如研究人员自己所说，对于绝缘体在远低于德拜温度的温度下的热导率，可以使用表达式κ=λTn，其中κ是热导率系数。
常数λ和n可以通过将实验数据拟合为以下表达式来确定：
λ= Q（n +1）Δx/ a（T
高 n +1 -T
低 n +1 ）
T
高和T
低 -样品整个结构的高温和低温。
图片编号2上图显示了模块化ABS结构的测量到的
Q结果与T
high的比较。
塑料材料在非常低的温度下的热导率表明T
n在n处的依赖性在1.7至2.46的范围内。 还发现各向异性的模块化ABS结构的热导率将强烈地依赖于测量轴。
此外，很明显，LEGO ABS结构的导热系数要比市场上最好的容积式绝热材料之一（
Macor * ）低得多。 乐高积木的接头处的接触电阻极有可能提供如此高的隔热性。
Macor *是一种高度隔热的玻璃陶瓷，可在1000°C下保持稳定。 Macor由以下成分组成：46％的二氧化硅（SiO 2 ），17％的氧化镁（MgO），16％的氧化铝（Al 2 O 3 ），10％的氧化钾（K 2 O），7％的三氧化硼（B 2 O） 3 ），4％氟（F）。
当对上板施加≈400nW的功率时，上板的温度升高1 K，但下板的温度保持不变。 为了进行比较：具有与LEGO ABS结构相同尺寸的Vespel-SP22结构的壁厚应小于300微米，以实现相同程度的绝缘。
同时，“ 3001”块（块的项目编号）LEGO的壁厚约为1.2毫米。 用这样的墙砌块要容易得多。 但是1.2毫米仍然是一个很小的厚度，但是，乐高单元能够承受液压机中≈300千克的负载。 这种强度测试表明，尽管内部存在空隙，但砌块的结构仍具有相当高的机械稳定性。 因此，从机械角度来看，LEGO装置可以承受任何合理的低温实验。
从室温冷却至4.2 K时，ABS结构的热压缩率为1.5％（Vespel为0.6％），这也是一个重要指标。
在此视频中，研究的作者谈论了他们的工作并展示了自我的结果。为了更详细地了解这项研究的细微差别，建议您查看
科学家的
报告 。
结语
在该实验中，有可能发现通常的乐高设计师积木具有惊人的性能，尤其是考虑到这是常规的ABS塑料，而不是某些超级材料。
在一个LEGO块覆盖502 mm
2的实验中，达到100 mK到1 K的温度范围仅需要400 nW的功率。此外，上板温度的变化不会影响下板的温度，这表明高度的隔热性。
从材料的角度来看，乐高单元绝不比Vespel或Macor等绝缘子好。 但是，其优于竞争对手的优势不在于材料，而在于结构的几何形状：每个砖块内部均存在空隙以及砖块之间的紧密连接（上图）。
乐高积木的实验结果表明，可以在3D打印机上重建由多种材料（ABS塑料）制成的相似结构。
结合3D打印的功能和从这项研究中获得的知识，可以创建新的结构，其绝缘，机械甚至电气特性将针对特定任务进行预先建模。 不要忘记生产成本。 因此，面积为100 cm
2的Vespel薄板的成本约为3D打印机整个安装的成本，这对于打印ABS结构是必不可少的。 从环境角度来看，一个重要的事实是ABS可以重复使用，这与同一个Vespel不同。
有时，最简单的事物乍一看就具有令人难以置信的隐藏属性，这些属性最初不是由创建者在其中放置的。 要找到它们，您需要从一个新的角度看待这些对象，并问自己一些别人会认为是愚蠢的问题，例如“如果将乐高推入低温装置并冻结到绝对零值，会发生什么？”。
一些发现是通过长期，艰苦和极其复杂的计算，理论研究以及对每种可能结果的思考而发现的。 其他人则成为任何科学家都应该具备的偶然性或简单的科学好奇心的结晶。 因为如果一个科学家不想对我们周围的世界有更多的了解，他可能会被困在他之前的发现中。
新年的顶峰
2019年将不可避免地得出合乎逻辑的结论。 在这一年中，世界上发生了许多令人鼓舞和悲伤的事件。 但是，无论人类遇到什么困难，科学界都会继续为自己的利益而努力。 在现代科学中，不应有任何国家，旗帜，颜色和语言，而在现代科学中，则应具有一种使整个世界变得更美好的热情，而不必被地缘政治或种族界限所分割。
我们离乌托邦很远，距离科幻作家如此热情地描述了光明的未来主义未来也很遥远。 但这并不意味着我们应该停滞不前，或更糟糕的是，退后一步。
我们必须记住，不必为了热爱科学而对科学家感兴趣。 儿童是一个很好的例子。 我的侄女没有博士学位，他们没有从大学毕业，也没有写论文，他们距离学校还很远，但是在他们眼中，我渴望看到一个了解周围巨大世界的渴望。
我经常听到和看到“留着孩子”一词。 他们是在灵魂，情感，世界视野等背景下说话的。 对于我来说，这句话对科学界来说是很棒的。 保持孩子的好奇心和渴望理解的能力是没有界限的，因为科学是没有界限的。
亲爱的朋友们，新年快乐，也许充满了新的问题和答案，跌宕起伏，争吵与和解，离别和聚会，因为这就是我们的生活-艰辛，有时是不可预测的，但非常有趣。 节日快乐！ :)
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