被动冷却技术突破有望大幅降低数据中心能耗

这一进展的详细信息发表在6月13日的Joule期刊上。

随着人工智能（AI）和云计算的持续扩张，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%。若趋势持续，到2030年全球用于冷却的能源消耗可能增加一倍以上。

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，其网状微孔相互连通，利用毛细作用使冷却液遍布膜表面。液体蒸发时，能高效带走下方电子元件的热量——无需额外能量。该膜位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。

"相比传统风冷或液冷，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坤晨（Renkun Chen）表示。他与同系教授蔡盛强（Shengqiang Cai）和阿布舍克·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）和博士后裴宇（Yu Pei）是该研究的共同第一作者。

陈教授解释道，目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存在挑战。先前使用多孔膜的尝试（其高表面积利于蒸发）均告失败：孔洞过小会导致堵塞，过大则会引发非预期沸腾。"在此，我们采用具有恰当孔径的连通多孔纤维膜，"陈教授指出。这种设计实现了高效蒸发而无上述缺陷。

在变热通量测试中，该膜取得突破性表现：管理的热通量超过800瓦/平方厘米——属此类冷却系统有史以来最高记录之一，并在持续运行数小时内保持稳定。

"这项成果展现了材料创新应用于全新领域的潜力，"陈教授强调，"这些纤维膜最初设计用于过滤，此前无人探索其在蒸发冷却的应用。我们认识到其独特结构特征——互连孔隙与精准孔径——可使它们成为高效蒸发冷却的理想材料。令人惊讶的是，经过适当机械强化后，它们不仅能承受高热通量，更在其下表现卓越。"

尽管当前成果喜人，陈教授表示该技术仍远低于理论极限。团队正致力于优化膜结构与性能表现。下一步计划将集成至冷板原型（附着于CPU、GPU等芯片的散热扁平组件）。团队也已创立初创公司推进技术商业化。

本研究获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，该机构隶属美国国家纳米技术协调基础设施网络，由国家科学基金会资助（ECCS-2025752）。

披露声明：加州大学理事会已就本技术提交专利申请（PCT申请号PCT/US24/46923）。作者声明无其他利益冲突。