随着芯片变得越来越小、功能越来越强大，保持芯片冷却已经成为一个严重的瓶颈——直到现在。东京大学的一个研究团队推出了一款革命性的3D水冷系统，该系统充分利用了水的相变能量，使传热效率提高了7倍。通过整合先进的微通道几何结构和毛细管结构，该系统达到了性能纪录，有望为电子和可持续技术的下一个飞跃奠定基础。

东京大学生产技术研究所的研究人员显著提升了高功率电子设备冷却技术的性能，这可能为未来的设备奠定基础。

摩尔定律所描述的电子芯片的稳步微型化一直是数字时代的驱动力。然而，随着芯片体积越来越小、性能越来越强，它们在更小的空间内产生的热量也越来越多，现有的冷却技术已难以跟上。

为了应对这一挑战，东京大学工业技术研究所的研究人员开发了一种提高芯片冷却性能的新方法。他们的研究成果最近发表在《细胞报告：物理科学》上。

最有效的现代冷却方法之一是直接在芯片中内置微通道。这些微小的通道使水循环，从而吸收并带走热量。

然而，这项技术受限于水的“显热”，即水在相变前所能吸收的热量。相比之下，水沸腾或蒸发时吸收的“潜热”大约是显热的七倍。

然而，这项技术的效率受到水显热的限制。显热是指在不引起相变的情况下升高物质温度所需的热量。水的相变潜热，即沸腾或蒸发过程中吸收的热能，大约是其显热的7倍。“通过利用水的潜热，可以实现两相冷却，从而显著提高散热效率，”主要作者史红元解释说。

先前的研究展示了两相冷却的潜力，同时也凸显了该技术的复杂性，主要是由于加热后难以控制蒸汽气泡的流动。最大化传热效率取决于多种因素，包括微通道的几何形状、两相流调节和流动阻力。

本研究描述了一种新型水冷系统，该系统由三维微流体通道结构组成，利用毛细管结构和歧管分布层。研究人员设计并制造了各种毛细管几何形状，并研究了它们在各种条件下的性能。

研究发现，冷却剂流过的微通道的几何形状和控制冷却剂分布的歧管通道都会影响系统的热性能和液压性能。

测量到的有用冷却输出与所需能量输入的比率，即性能系数（COP）高达 105，这代表着对传统冷却技术的显著进步。

“大功率电子设备的热管理对于下一代技术的发展至关重要，我们的设计可能为实现所需的冷却开辟新的途径，”资深作者 Masahiro Nomura 说道。

高性能电子产品依赖于先进的冷却技术，这项研究对于最大限度地提高未来设备的性能和实现碳中和至关重要。

编译自/ScitechDaily