工作原理是利用制冷劑的氣態–液態相變來吸收熱量，從而降低被制冷物體的溫度。深冷機可制冷到極低溫度，甚至可以達到接近零度的溫度。目前深冷機的溫度范圍通常在10K以下，但已有實驗室成功制備出可工作在1K以下的深冷機。

制冷管、蒸發器、膨脹閥等部件組成。其中，壓縮機負責將制冷劑壓縮，使其變成高溫高壓的氣體。制冷管是制冷劑在低溫環境下的工作區域，負責將制冷劑的溫度降低。蒸發器則是負責將制冷劑中的液體通過蒸發釋放出去的熱量帶走，同時讓制冷劑變成氣態。后，制冷劑通過膨脹閥降壓，變成低溫低壓的液體，重新進入壓縮機循環工作。

深冷機廣泛應用于實驗室、半導體材料制備廠商、大型電子設備制造商等領域，是現代科學技術和工業制造中重要的工具。

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