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液氮冷阱是利用液氮的超低温特性实现气体捕集的关键设备，广泛应用于真空系统、化学合成及材料制备等领域。其核心原理基于物质的相变热力学：当气体流经低温表面时，若温度低于该气体的凝结点，气体分子将失去动能并凝聚为液体或固体，从而被从气流中分离。
从结构上看，液氮冷阱主要由三部分构成：阱体（核心捕集区域）、液氮容器（提供冷源）和气路接口（进气 / 出气通道）。阱体通常采用高导热系数的金属材料（如紫铜、不锈钢）制成，内部设计为螺旋状或翅片状，以增大与气体的接触面积。液氮容器包裹或嵌套在阱体外部，通过持续补充液氮（沸点 - 196℃）维持阱体温度在 - 150℃至 - 190℃范围 —— 这一温度区间可覆盖绝大多数气体（如水分、氧气、有机溶剂蒸气等）的凝结点（例如，水在 0℃凝结，而甲烷的凝结点为 - 161.5℃，均远高于液氮冷阱的工作温度）。
工作时，待处理气体从进气口进入阱体，流经低温表面时，其中的可凝性组分迅速凝结为固态（如冰、干冰）或液态附着在阱体壁上，未被捕集的惰性气体（如氮气、氦气）则从出气口排出。通过这种 “低温捕集 - 气固分离” 机制，液氮冷阱既能净化气体流，又能防止污染物进入后续设备（如真空泵），同时可回收有价值的挥发组分。
其核心优势在于液氮提供的稳定超低温环境：相较于机械制冷（如半导体冷阱），液氮温度更低且无温度波动，可捕集更多种类的气体；相较于干冰（-78.5℃），其制冷能力更强，能应对低沸点物质（如甲烷、乙炔）的捕集需求。此外，冷阱的捕集效率与阱体温度、气体流速及接触时间正相关，设计时需通过优化气路长度和阱体结构确保气体充分冷却。
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