被动冷却技术突破或使数据中心能耗大幅降低

这项进展详述于6月13日发表在期刊Joule上的一篇论文中。

随着人工智能（AI）和云计算的持续扩展，数据处理需求——以及其产生的热量——正在急剧上升。目前，冷却占数据中心总能耗的40%。若当前趋势持续，到2030年全球冷却能耗可能增加一倍以上。

新型蒸发冷却技术有助于遏制这一趋势。该技术采用一种低成本纤维膜，其表面具有相互连通的微孔网络，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发热量。

"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沈仁坤解释道，他与同系的蔡胜强、Abhishek Saha教授共同领导该项目。沈教授研究团队的博士生冯天石和博士后裴宇是该研究的共同第一作者。

沈教授阐明，当前许多应用依赖蒸发进行冷却，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仍存挑战。此前使用多孔膜的尝试均未成功——虽然高表面积利于蒸发，但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隙的纤维膜，"沈教授指出，该设计实现了高效蒸发且规避了上述缺陷。

在变热通量测试中，该膜实现了破纪录性能：可管理超过800瓦/平方厘米的热通量——属同类冷却系统最高记录之一，并能在持续运行数小时内保持稳定。

"这一成果展现了材料创新应用的潜力，"沈教授强调，"这些纤维膜最初设计用于过滤领域，此前无人探索其在蒸发冷却的应用。我们认识到其互连孔隙和精准孔径的结构特性可能适用于高效蒸发冷却。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——更能在该条件下表现卓越。"

尽管当前成果显著，沈教授指出该技术仍远低于理论极限。团队正致力于优化膜性能，下一步将集成至冷板原型（附着于CPU、GPU等芯片的扁平散热组件）。同时已启动初创公司推进技术商业化。

本研究获美国国家科学基金会资助（项目编号CMMI-1762560、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（项目ECCS-2025752）。

声明：加州大学董事局已就相关技术提交专利申请（PCT申请号PCT/US24/46923）。作者声明无其他利益冲突。