网站 Banner

        加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种新的冷却技术，可以显著提高数据中心和大功率电子设备的能源效率。 该技术采用专门设计的纤维膜，可通过蒸发被动散热。 它为风扇、散热器和液体泵等传统冷却系统提供了一种很有前途的替代方案。 它还可以减少与许多当前冷却系统相关的用水量。

         的Advance 在 6 月 13 日发表在 Joule 杂志上的一篇论文中进行了详细说明。

         随着人工智能 （AI） 和云计算的不断扩展，对数据处理的需求及其产生的热量正在飙升。 目前，冷却占数据中心总能源使用量的 40%。 如果这一趋势继续下去，到 2030 年，全球制冷能源使用量可能会增加一倍以上。

        ：新的蒸发冷却技术可以帮助遏制这一趋势。 它使用低成本的纤维膜具有一个由微小的、相互连接的孔组成的网络，这些孔通过毛细管作用将冷却液吸入其表面。 当液体蒸发时，它会有效地从下面的电子设备中带走热量 - 不需要额外的能量。 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有效散热。

         “与传统的空气或液体冷却相比，蒸发可以耗散更高的热通量，同时消耗更少的能源，”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 Renkun Chen 说，他与来自同一系的 Shengqiang Cai 和 Abhishek Saha 教授共同领导了该项目。 机械与航空航天工程 博士 学生 Tianshi Feng 和博士后研究员 Yu Pei 都是 Chen 研究小组的成员，他们是该研究的共同第一作者。

         目前许多应用都依赖蒸发进行冷却。 热管Chen解释说，笔记本电脑和空调中的蒸发器就是一些例子。 但将其有效地应用于高功率电子设备一直是一项挑战。 以前使用多孔膜的尝试——具有理想的蒸发表面积——都失败了，因为它们的孔要么太小，要么会堵塞，要么太大，会引发不必要的沸腾。 “在这里，我们使用多孔纤维膜，这些膜具有适当尺寸的互连孔，”Chen 说。 这设计实现了高效的蒸发，而没有这些缺点。

         当在可变热通量下进行测试时，该膜实现了破纪录的性能。 它管理的热通量超过每平方厘米 800 瓦特的热量，这是此类冷却系统有史以来的最高水平之一。 它还被证明在数小时的运行中保持稳定。

         “这一成功展示了为全新应用重新构想材料的潜力，”Chen 说。 “这些纤维膜最初是为过滤而设计的，以前没有人探索过它们在蒸发中的应用。 我们认识到，它们独特的结构特性 -- 相互连接的孔隙和恰到好处的孔径 -- 可能使它们成为高效蒸发冷却的理想选择。 令我们惊讶的是，通过正确的机械加固，它们不仅承受了高热通量，而且在热通量下表现得非常出色。

         虽然目前的结果很有希望，但 Chen 表示该技术的运行速度仍远低于其理论极限。 该团队现在正在努力改进膜并优化性能。 下一步包括将其集成到冷板原型中，冷板是连接到 CPU 和 GPU 等芯片以散热的扁平组件。 该团队还成立了一家初创公司，将这项技术商业化。

         这项研究得到了美国国家科学基金会（资助 CMMI-1762560 和 DMR-2005181）的支持。 这项工作部分在加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥纳米技术基础设施 （SDNI） 是国家纳米技术协调基础设施的成员，该基础设施由美国国家科学基金会（赠款 ECCS-2025752）支持。

         披露：加州大学董事会提交了与这项工作相关的专利（PCT 申请号 PCT/US24/46923。 作者声明他们没有其他相互竞争的利益。