被动冷却技术突破可大幅削减数据中心能耗

这项进展的详细信息发表在6月13日的《焦耳》(Joule)期刊上。

随着人工智能（AI）和云计算的持续扩展，对数据处理的需求及其产生的热量正在急剧上升。目前，冷却能耗占数据中心总能耗的40%。若趋势持续，到2030年全球冷却能耗可能增长一倍以上。

新型蒸发冷却技术有望抑制这一趋势。该技术采用低成本纤维膜，其内部具有相互连通的微孔网络，可通过毛细作用将冷却液输送至膜表面。液体蒸发时能高效带走下方电子元件的热量，且无需额外能量输入。该膜层覆盖在电子元件上方的微通道顶部，可吸入流经通道的液体并高效散发热量。

"相较于传统风冷或液冷，蒸发冷却能以更低能耗消散更高的热通量，"加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院机械与航空航天工程系教授陈仁坤表示。他与同系教授蔡盛强（Shengqiang Cai）、阿布舍克·萨哈（Abhishek Saha）共同领导该项目。陈教授研究团队中的博士生冯天石和博士后研究员裴宇为该研究的共同第一作者。

陈教授解释说，当前许多应用依赖蒸发冷却，例如笔记本电脑的热管和空调的蒸发器。但将其有效应用于高功率电子器件一直存在挑战。此前采用多孔膜的尝试均未成功——这类膜虽具有利于蒸发的高表面积，但其孔隙要么过小易堵塞，要么过大引发非预期沸腾。"我们采用具有合适尺寸互连孔隙的多孔纤维膜，"陈教授指出。该设计在规避上述缺点的同时实现了高效蒸发。

在可变热通量测试中，该膜实现了突破性性能：可处理每平方厘米超过800瓦特的热通量，属此类冷却系统记载的最高水平之一，并在连续数小时运行中保持稳定。

"这项成果彰显了重新构想材料以实现全新应用的潜力，"陈教授表示。"这些纤维膜原本设计用于过滤，此前无人探索其在蒸发冷却中的应用。我们认识到其独特的结构特征——互连孔隙和恰到好处的孔径——可能使其成为高效蒸发冷却的理想选择。令人惊讶的是，经过适当机械强化后，它们不仅能承受高热通量，更能在极端条件下表现出色。"

尽管当前成果喜人，陈教授指出该技术仍远低于理论极限。团队正致力于改进膜层结构和优化性能，下一步计划将其集成到冷板原型中（冷板是附着于CPU、GPU等芯片的扁平散热部件）。同时团队已成立初创公司推进该技术商业化。

本研究获美国国家科学基金会资助（项目编号CMMI-1762560与DMR-2005181）。部分工作在加州大学圣地亚哥分校圣地亚哥纳米技术基础设施（SDNI）完成，该机构隶属国家纳米技术协调基础设施网络，由美国国家科学基金会支持（资助号ECCS-2025752）。

信息披露：加州大学校董会已就本成果提交专利（PCT申请号PCT/US24/46923）。作者声明无其他竞争性利益。