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本站 4 月 20 日消息，隨著芯片尺寸不斷縮小且性能日益強大，散熱問題逐漸成為制約其發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。然而，這一難題如今有望得到突破。東京大學(xué)的研究團隊近日公布了一種創(chuàng)新的 3D 水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了水的相變過程，實現(xiàn)了高達 7 倍的熱傳遞效率提升。通過集成先進的微通道幾何結(jié)構(gòu)和毛細管結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)創(chuàng)造了性能新紀(jì)錄，為電子技術(shù)和可持續(xù)技術(shù)的未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

摩爾定律所描述的芯片持續(xù)微型化趨勢一直是數(shù)字時代發(fā)展的強大動力。然而，隨著芯片在更小的空間內(nèi)釋放出更強大的能量，其產(chǎn)生的熱量也不斷增加，現(xiàn)有的冷卻技術(shù)已難以滿足需求。

為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員開發(fā)了一種新的芯片冷卻性能提升方法。他們的研究成果已于近期發(fā)表在《Cell Reports Physical Science》雜志上。

目前，一種有效的現(xiàn)代冷卻方法是在芯片內(nèi)部直接構(gòu)建微通道。這些微小的通道通過循環(huán)水吸收并帶走熱量。然而，這種方法受到水的“顯熱”的限制，即水在不發(fā)生相變的情況下能夠吸收的熱量。相比之下，水在沸騰或蒸發(fā)時吸收的“潛熱”大約是其顯熱的 7 倍。

該技術(shù)的效率受到水的顯熱的限制。顯熱是指使物質(zhì)溫度升高但不發(fā)生相變所需的熱量。而水在沸騰或蒸發(fā)過程中吸收的相變潛熱大約是其顯熱的 7 倍。該研究的主要作者石洪遠解釋說：“通過利用水的潛熱，可以實現(xiàn)兩相冷卻，從而顯著提高散熱效率?！?/p>

此前的研究已經(jīng)展示了兩相冷卻的潛力，但也指出了該技術(shù)的復(fù)雜性，主要是由于在加熱后難以控制蒸汽氣泡的流動。提高熱傳遞效率取決于多種因素，包括微通道的幾何形狀、兩相流的調(diào)控以及流動阻力。

據(jù)本站了解，該研究描述了一種新型水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含三維微流體通道結(jié)構(gòu)，利用毛細管結(jié)構(gòu)和歧管分配層。研究人員設(shè)計并制造了各種毛細管幾何形狀，并在一系列條件下研究了它們的特性。

研究發(fā)現(xiàn)，冷卻液流經(jīng)的微通道的幾何形狀以及控制冷卻液分配的歧管通道，都會影響系統(tǒng)的熱性能和水力性能。

該系統(tǒng)所測量的有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，即制冷系數(shù)（COP），最高可達 105，這一數(shù)字顯著優(yōu)于傳統(tǒng)冷卻技術(shù)。

“高性能電子設(shè)備的熱管理對于下一代技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要，我們的設(shè)計可能會為實現(xiàn)所需的冷卻開辟新的途徑?！痹撗芯康馁Y深作者野村正弘表示。

高性能電子設(shè)備依賴先進的冷卻技術(shù)，而這項研究可能會成為未來設(shè)備性能最大化以及實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵所在。