被动冷却技术突破可大幅降低数据中心能耗

这项突破性进展详细发表在6月13日的《焦耳》期刊论文中。

随着人工智能和云计算持续扩张，数据处理需求及其产生的热量正呈指数级增长。目前数据中心制冷能耗占总能耗比例高达40%。若趋势持续，到2030年全球制冷能耗或将翻倍有余。

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，通过毛细作用使冷却液均匀分布。液体蒸发时可高效带走下方电子元件的热量——全程无需额外能耗。该膜层置于电子元件上方的微通道结构，引导流经通道的液体实现高效散热。

"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的机械与航空航天工程系教授任坤晨表示。他与同系的蔡胜强、阿布舍克·萨哈教授共同领导该项目。陈教授研究团队的博士生冯天时和博士后研究员裴钰是论文共同第一作者。

陈教授解释，当前笔记本电脑的热管和空调蒸发器等设备已采用蒸发冷却原理，但将其有效应用于高功率电子器件始终存在挑战。早期尝试使用的多孔膜虽具备理想蒸发面积，却因孔隙过小易堵塞或过大引发非预期沸腾而失败。"我们采用具有恰当孔径的互联多孔纤维膜，"陈教授指出，这种设计成功规避了传统缺陷。

在可变热通量测试中，该膜层表现创纪录：可处理超过800瓦/平方厘米的热通量——属同类冷却系统最高水平之一，并能稳定运行数小时。

"这项成果展现了材料创新应用的潜力，"陈教授强调，"这些纤维膜原本设计用于过滤领域，我们首次发掘其在蒸发冷却的应用价值。其互联孔隙结构和精准孔径展现出的卓越性能，甚至在强化机械性能后能承受极高热通量——这超出我们预期。"

尽管当前成果显著，陈教授指出该技术仍远未达理论极限。团队正优化膜层性能，下一步将集成至CPU、GPU等芯片的散热冷板原型中，并成立初创公司推进商业化进程。

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

声明：加州大学董事会已就本技术提交国际专利申请（PCT/US24/46923），作者声明无其他利益冲突。