被动冷却技术突破可显著降低数据中心能耗

该项进展的详细内容发表在6月13日的Joule期刊上。

随着人工智能（AI）和云计算的持续扩展，对数据处理的需求——以及由此产生的热量——正在急剧飙升。目前，冷却占数据中心总能耗的40%。若趋势延续，到2030年，全球用于冷却的能耗可能会增加一倍以上。

新型蒸发冷却技术可能有助于遏制这一趋势。它采用一种低成本纤维膜，该膜具有相互连接的微孔网络，利用毛细作用将冷却液引导至其表面。随着液体蒸发，它能高效带走下方电子器件的热量——无需额外能量。该膜位于电子器件上方的微通道顶部，吸入流经通道的液体，并高效散热。

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昆·陈（与同系的蔡盛强教授和Abhishek Saha教授共同领导该项目）表示："与传统的空气或液体冷却相比，蒸发可在消耗更少能量的同时消散更高的热通量。"陈研究组的博士生冯天时和博士后研究员裴钰是该研究的共同第一作者。

陈解释说，目前许多应用依赖蒸发进行冷却，例如笔记本电脑中的热管和空调中的蒸发器。但将其有效应用于高功率电子器件一直是个挑战。先前使用多孔膜的尝试（其具有理想的蒸发高表面积）未能成功，因为孔隙要么过小导致堵塞，要么过大引发不想要的沸腾现象。"在此，我们采用了具有恰当尺寸互连孔隙的多孔纤维膜，"陈说。这种设计实现了高效蒸发，同时避免了上述缺点。

在不同热通量条件下的测试中，该膜实现了破纪录的性能。它成功处理了超过每平方厘米800瓦的热通量——这是此类冷却系统有记录以来的最高水平之一。同时，其在数小时的运行中也表现出稳定性。

"这一成功展示了为全新应用重新构想材料的潜力，"陈说。"这些纤维膜最初是为过滤设计的，之前无人探索其在蒸发领域的应用。我们认识到其独特的结构特性——互连的孔隙和恰到好处的孔径——可能使其成为高效蒸发冷却的理想选择。令人惊讶的是，经过适当的机械加固后，它们不仅能承受高热通量，而且在其中表现极为出色。"

尽管当前结果充满希望，但陈表示该技术运行水平仍远低于其理论极限。团队正在努力改进膜结构和优化性能。下一步计划是将其集成到冷板的原型中；冷板是附着在CPU和GPU等芯片上以散热的平板组件。团队还创立了一家初创公司，以实现该技术的商业化。

本研究得到了美国国家科学基金会（资助号CMMI-1762560和DMR-2005181）的支持。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）进行，该机构是国家纳米技术协调基础设施的成员，由美国国家科学基金会（资助号ECCS-2025752）支持。

披露事项：加州大学董事会已就相关工作提交专利申请（PCT申请号PCT/US24/46923）。作者声明无其他竞争利益。