被动冷却技术突破有望大幅削减数据中心能耗

这项进展详细刊登在6月13日《焦耳》(Joule)期刊发表的一篇论文中。

随着人工智能（AI）和云计算的持续扩张，对数据处理的需求及其产生的热量正在急剧上升。目前，冷却占数据中心总能耗的40%。若保持当前趋势，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。该技术采用低成本纤维膜，其表面布满相互连接的微孔网络，通过毛细作用将冷却液输送至膜表面。液体蒸发时可高效带走下方电子元件的热量——无需额外能耗。该膜体置于电子元件上方的微通道顶部，通过吸入流经通道的液体实现高效散热。

"与传统风冷或液冷相比，蒸发冷却能在更低能耗下消散更高的热通量，"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任坤·陈（Renkun Chen）表示。他与同系的蔡胜强（Shengqiang Cai）和阿布舍克·萨哈（Abhishek Saha）教授共同领导该项目。陈教授课题组博士生冯天石（Tianshi Feng）和博士后裴宇（Yu Pei）是该研究的共同第一作者。

陈教授解释，当前诸多应用依赖蒸发冷却，例如笔记本电脑的热管和空调蒸发器。但将其有效应用于高功率电子器件始终存在挑战。此前采用多孔膜的尝试均未成功——虽然多孔膜具备理想蒸发表面积，但孔隙过小易堵塞，过大则引发非预期沸腾。"我们采用具有恰当尺寸且相互连接孔隙的多孔纤维膜，"陈教授指出。这种设计规避了上述缺陷，实现了高效蒸发。

在变热通量测试中，该膜体取得突破性性能：可管理超过800瓦/平方厘米的热通量——这是此类冷却系统有史以来的最高纪录之一，并能稳定运行数小时。

"这项成果彰显了通过材料重构实现全新应用的潜力，"陈教授强调。"这些纤维膜最初设计用于过滤领域，此前从未有人探索其在蒸发冷却的应用。我们认识到其独特的结构特征——相互连接的孔隙及精准孔径——可能使其成为高效蒸发冷却的理想材料。令人惊讶的是，经过适当机械加固后，它们不仅能承受高热通量，更在其中表现出卓越性能。"

尽管当前成果喜人，陈教授指出该技术仍远未达到理论极限。团队正致力于改进膜体并优化性能，下一步将整合至冷板原型（冷板是附着在CPU、GPU等芯片表面用于散热的平板组件）。同时团队已创立初创公司推进该技术的商业化。

本研究获得美国国家科学基金会支持（资助号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资助（ECCS-2025752）。

披露声明：加州大学董事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。