研究组主要在低温制冷机、材料深冷处理、能源利用以及低温系统方面开展研究。研究组组长为王俊杰研究员。
近年来，研究组在国家自然科学基金委员会、国家科技部以及中国科学院等部门的支持下，与国内外专家合作，瞄准具有重要社会需求和学术价值的科学和技术问题开展研究，取得了一定的研究成果。
目前，研制成功的液氢温区小型台式制冷机采用单级脉冲管结构，无负荷最低温度已经达到16.5K，20K时具有0.3W的制冷量，在同类制冷机中处于国际领先水平。同时开展了材料的深冷处理研究，探索材料深冷处理的机理，研究不同材料的最佳处理工艺。所研究的材料涉及金属材料、高分子材料以及多种复合材料，并针对不同材料研发多种深冷处理工艺，明显改善了材料的各项性能。研发了SLX深冷处理设备，在各行业获得了推广应用，推动了深冷处理技术的应用。
近年研究组取得是部分成果如下：
一、低温制冷机研究
1.1 小型台式低温制冷机研究
自上世纪八十年代末开始，在周远院士的领导下在国内首先开展了脉冲管制冷机的研究工作，在理论探索或实际应用方面都在国际上占据重要地位，获得国内外同行的高度肯定。目前特别在液氮温区、液氢温区以及10K温区的高频脉冲管制冷机研究当中取得了一系列领先的成果，并基于研制的制冷机开发了一系列的低温科学仪器，为光学、磁学、力学等物理实验提供冷源。
10K温区高频脉管制冷机及其制冷量
1.2 V-M制冷机研究
V-M制冷机采用热能输入为动力，通过排出器的运动，使得三个工作腔的相位按一定规律变化，从而达到热腔和冷腔从外界吸热，而中间腔向外界排热的目的。 近年来，对VM机的机蓄冷机理与结构参数等方面开展了深入的研究，使得单级VM机突破了10K温区。将VM机与脉冲管制冷机耦合后，制冷温度进一步突破了液氦温度。
单级VM制冷机结构示意图及其制冷量
二、材料深冷处理工艺研究
深冷处理是普通热处理的延续，低温技术的一个分支。被处理材料在低温环境下由于微观组织结构发生了改变，在宏观上表现为材料的耐磨性、尺寸稳定性、抗拉强度、残余应力等方面的提高和零件使用寿命的改善。
研究团队先后对不同的材料，诸如高速钢，工模具钢、结构钢、渗碳钢、铸铁、硬质合金、铝合金、钛合金及铜合金等进行了不同的深冷处理工艺与机理的研究，经过多年来的研究发现，深冷处理不仅解决了企业生产中普遍存在的材料使用寿命短，尺寸稳定性差，耐磨性低等技术难题，同时为企业赢得了市场，减小了成本。
2.1 深冷处理机理-Mechanisms of cryogenic treatment
钢铁材料的深冷处理机理主要表现在以下三个方面：
XRD检测结果表明深冷处理使残余奥氏体含量降低
SEM检测结果表明马氏体基体上析出超细碳化物颗粒
TEM检测发现深冷处理后的马氏体板条束部分碎化，板条尺寸也有所减小
2.2 深冷处理效果-Effects of Cryogenic Treatment
M24丝锥深冷处理寿命测试结果：加工材料：1Cr18Ni9Ti；切削速度：提高30%；未深冷处理丝锥加工零件：20个；深冷处理后丝锥加工零件：50个
铝合金深冷处理能够有效降低残余应力，提高尺寸稳定性，钛合金深冷处理能够提高位错密度，产生孪晶结构，同时降低残余应力，从而提高钛合金塑性、耐磨性和尺寸稳定性，深冷处理后TC4合金塑性提高24.8%，耐磨性提高21.5%。
2.3 深冷处理设备-Equipment of Cryogenic Treatment
建立了深冷处理设备研制和工艺、机理研发平台，在国内最早实现了产业化，推动了深冷处理技术在航空、航天、军工、工模具、机床、阀门等行业的应用，为国内外500多家企业提供了专业化的深冷处理设备和和深冷处理技术服务。
设备主要技术参数：
温度控制范围：500 ℃ ～-196 ℃ ；
温度均匀度：±2℃；
控温精度：±1℃，
升降温速率：0.1 ～50℃/min；
最大处理量：大于100T
三：深冷处理技术应用
3.1 深冷处理技术在“嫦娥三号”着陆器定向天线驱动机构上的应用
“嫦娥三号”任务中，着陆器定向天线采用谐波传动减速器作为其驱动机构，谐波传动减速器是靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的一种设备。由于该谐波传动减速器完全暴露在月球环境中，月夜温度通常达到-180℃以下，因此，对于谐波传动减速器及其关键部件柔轮材料的性能要求很高。深冷处理提高了柔轮材料的强度、韧性、尺寸稳定性等综合性能，延长柔轮使用寿命，保证了谐波传动减速器在月球极端温度（-190℃ ～ +125℃）下长期月夜存储性能及服役性能。
减速器超载性能测试结果：
常规调质工艺（1#工艺）
超载60Nm，3小时15分钟柔轮齿根断裂破坏；
调质+深冷（2#工艺）
超载60Nm，6小时柔轮齿根断裂破坏；
调质+深冷（3#工艺）
超载60Nm，6小时15分钟柔轮齿根断裂破坏
3.2 深冷处理改善火箭大型铝合金零件尺寸稳定性
大型运载火箭锥壳、末修舱过渡环以及导轨等部件，由于尺寸大，生产周期短，加工后零件残余应力释放导致变形较为严重，产品合格率不到30%，采用了深冷处理技术有效地降低了零件残余应力，提高尺寸稳定性，使得产品合格率提高到80%，目前以上产品的深冷处理工艺均已定型，在生产中推广使用。
四、大规模物理储能研究
4.1 压缩空气储能研究
2012年中国科学院理化技术研究所周远院士团队与清华大学卢强院士团队、中国电力科学研究院周孝信院士团队共同承担了国家电网《压缩空气储能发电关键技术及工程实用方案研究》项目，项目团队负责该系统的热力流程设计、参数优化、设备选型、透平及储热系统研制、系统集成等工作，并成功研制出一台500kW 压缩空气储能动态模拟系统。
该系统采用压缩热反馈形式，摒弃了传统压缩空气储能系统需要燃料补燃形式；项目重点攻克了动力输出多级空气膨胀机、高效非稳态空气压缩机以及系统集成控制技术等环节，自主研发采用级间再热的三级透平膨胀机。
4.2 液态空气储能研究
在中科院理化所所长基金以及北京市自然科学基金重点项目的支持下，我们启动了液态空气储能项目的前期研究工作，该工作致力于摸清液态空气储能的科学基础工作，为大型低温液态空气储能研究打下坚实的基础，完成实验系统设计工作。力求通过本项目的研究，明确低温液化空气储能发电系统能量传递和转化规律，形成一套完善的流程设计方案和设备技术方案，构建100kW低温液化空气储能发电实验平台及其性能测试平台，完成10MW低温液化空气储能发电的工程实施技术方案。
