被动冷却技术突破有望大幅削减数据中心能源消耗

该项进展的详细信息发表于6月13日出版的期刊《焦耳》上。

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攀升。目前，冷却能耗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抑制这一趋势。该技术采用低成本纤维膜，其表面具有相互连通的微孔网络，通过毛细作用驱动冷却液流经膜表面。液体蒸发时可高效带走下方电子器件的热量，无需额外能耗。该膜层覆盖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。

"相较于传统风冷或液冷，蒸发冷却能以更低能耗消散更高热通量，"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陈仁坤表示。他与同系的Shengqiang Cai教授和Abhishek Saha教授共同领导该项目。陈教授研究团队的博士生冯天石和博士后研究员裴钰是该研究的共同第一作者。

陈教授解释道，当前众多应用依赖蒸发冷却，如笔记本电脑的热管和空调蒸发器。但将其有效应用于高功率电子器件始终存在挑战。先前采用多孔膜的尝试因孔隙尺寸问题屡遭失败：孔隙过小会导致堵塞，过大则会引发非预期沸腾。"我们采用了具有合适尺寸连通孔隙的纤维膜，"陈教授指出。该设计在规避缺陷的同时实现了高效蒸发。

在可变热通量测试中，该膜层取得突破性表现：可处理超过800瓦/平方厘米的热通量，创下同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领域，此前无人探索其在蒸发冷却的应用。我们意识到其独特的结构特征——相互连通的孔隙及精准的孔径——可能成为高效蒸发冷却的理想选择。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，更在其中表现出色。"

尽管当前成果显著，陈教授指出该技术仍远低于理论极限。团队正致力于优化膜层性能，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等芯片实现散热。团队已成立初创公司推进该技术商业化。

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（批准号ECCS-2025752）。

披露声明：加州大学董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。