1873年范德瓦爾斯在他的博士論文《論液態與氣態的連續性》中提出了包含氣態和液態的“物態方程”，論證了氣態和液態能以連續性的方式互相轉變，指出所有氣體都存在著臨界溫度，這成為將來所有氣體液化的理論指導。范德瓦爾斯還提出分子不但占有體積而且相互之間有作用力。

 

1880年范德瓦爾斯又提出了“對應態定律”，用這個定律就可用一個方程描寫所有氣體的行為。在范德瓦爾斯對應態定律的指導下，杜瓦（James Dewar）于1898年液化了氫氣，卡墨林-翁納斯（Kamerlin-Onnes）于1908年實現了氦氣液化。

 

杜瓦對低溫學的貢獻非常重要，他不但在1898年首先液化了氫氣，也是氫液化和固化（對液氫減壓降溫）的開拓者，而且于1892年發明了雙層鍍銀玻璃中間抽真空的低溫容器，成為此類低溫容器的鼻祖，在低溫科學技術領域的卓越貢獻在氦氣液化過程中起到了極其重要的作用。

 

在科學上的所有進展都離不開當時工業技術的支撐。在19世紀末和20世紀初那段時期工業和技術已經為科學的發展和進步奠定了物質和技術的基礎。氧氣和空氣的液化、空氣低溫分離、小型液空裝置等不斷面世，這不僅為氦液化提供了預冷源，更重要的是為氦氣液化提供了相應的實驗設備。

 

氦氣當時是通過加熱獨居石（磷鈰鑭礦石）的方法獲得的，每克磷鈰鑭礦石中大約含25px3-50px3的氦氣。卡墨林-翁納斯做實驗時液化系統中共用了200L（常溫、常壓下）的氦氣。

 

1882年卡墨林-翁納斯被任命為萊登大學物理系實驗物理主任并開始籌建低溫物理實驗室，他在與范德瓦爾斯合作進行氣體和液體性質的系統研究中獲得了靈感，領會了物質氣態和液態的本質聯系。

 

卡墨林-翁納斯不但是一位杰出的科學家、也是有開拓眼光的科學技術管理者，他采取開發政策，1885年在科學雜志《萊登大學物理實驗室通訊》上詳細地公布了實驗室全部結果、所有實驗裝置的細節和技術進展，歡迎世界各國的人士來訪、學習交流和討論。這樣他建立了廣泛的學術聯系，獲得了大量的信息。

 

卡墨林-翁納斯是把研究-教育-產業三者之間建立互動的先行者。1890年他建立了萊登儀器工學校，對學員進行儀表制造和玻璃裝置燒制的培訓，完成學業后有的在他的實驗室作技工，有的自立組建公司，為實驗室提供所需的各種設備和玻璃容器。

 

卡墨林-翁納斯領導的實驗室為了滿足低溫研究的需要，1892年建造了每小時14L的空氣液化裝置，在1906年具有了每小時液化4L氫氣的能力，并用抽氣減壓的方法獲得了14K的低溫，為液化氦打下了堅實的基礎。卡墨林-翁納斯在液化氦氣的競爭中脫穎而出，后來居上。在1908年7月10日獲得了世界上第1滴液氦。連同1911年他第一個發現汞的超導電性，卡墨林-翁納斯開創了液氦溫區和超導的新領域。

 

氦在通常情況下為無色、無味的氣體；熔點-272.2℃（25個大氣壓），沸點-268.785℃；密度0.1785克/升，臨界溫度-267.8℃，臨界壓力2.26大氣壓；水中溶解度8.61厘米³/千克水。氦是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。液態氦在溫度下降至2.18K時（HeⅡ），性質發生突變，成為一種超流體，能沿容器壁向上流動，熱傳導性為銅的800倍，并變成超導體；其比熱容、表面張力、壓縮性都是反常的。

 

液氦在一個大氣壓下密度為0.125 g/mL。氦有兩種天然同位素：氦3、氦4，自然界中存在的氦基本上全是氦4。

文章來源：紐瑞德氣體網站