被动冷却技术重大突破或将大幅削减数据中心能耗

该进展详细发表在6月13日《焦耳》（Joule）期刊上的一篇论文中。

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——正在急剧飙升。目前，冷却占数据中心总能耗的40%。若趋势延续，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遏制这一趋势。该技术采用一种低成本纤维膜，其网状微孔结构通过毛细作用将冷却液输送至膜表面。随着液体蒸发，无需额外能耗即可高效带走下方电子元件的热量。该膜置于电子元件上方的微通道顶部，吸入流经通道的液体并高效散热。

"相较于传统风冷或液冷，蒸发冷却能在更低能耗下消散更高热通量，"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任堃（Renkun Chen）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。陈教授研究团队的博士生冯天时（Tianshi Feng）和博士后研究员裴宇（Yu Pei）为该研究的共同第一作者。

陈教授解释称，当前诸多应用依赖蒸发冷却，如笔记本电脑的热管和空调蒸发器。但将其有效应用于大功率电子器件始终面临挑战。此前采用多孔膜的尝试（因其高比表面积利于蒸发）均未成功——孔隙过小会导致堵塞，过大则引发非预期沸腾。"我们采用具有合适尺寸互连孔结构的纤维膜，"陈教授指出，该设计规避了上述缺陷，实现了高效蒸发。

在可变热通量测试中，该膜取得突破性性能：可处理超过800瓦/平方厘米的热通量，创下此类冷却系统的最高记录之一，并在持续运行数小时后仍保持稳定。

"这项成果展示了通过材料创新实现全新应用的潜力，"陈教授强调，"这些纤维膜原设计用于过滤，此前无人探索其在蒸发冷却的应用。我们认识到其独特的结构特性——互连孔结构和恰到好处的孔径——可能使其成为高效蒸发冷却的理想材料。令人惊讶的是，经适当机械强化后，它们不仅能承受高热通量，更展现出卓越性能。"

尽管当前结果充满希望，陈教授表示该技术仍远低于其理论极限。团队正致力于优化膜结构和性能表现。下一步计划将其集成到冷板原型中——这些平板组件可附着于CPU、GPU等芯片进行散热。团队同时已成立初创公司推进该技术的商业化。

本研究获美国国家科学基金会支持（资助号：CMMI-1762560、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，该机构隶属美国国家纳米技术协调基础设施网络，由美国国家科学基金会资助（资助号：ECCS-2025752）。

声明：加州大学校董会已就本技术提交专利（PCT申请号：PCT/US24/46923）。作者声明无其他利益冲突。