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展的關鍵瓶頸。然而，這一難題如今有望得到突破。東京大學的研究團隊近日公布了一種創新的 3D 水冷系統，該系統充分利用了水的相變過程，實現了高達 7 倍的熱傳遞效率提升。通過集成先進的微通道幾何結構和毛細管結構，該系統創造了性能新紀錄，為電子技術和可持續技術的未來發展奠定了基礎。

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

為應對這一挑戰，東京大學工業科學研究所的研究人員開發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表在《Cell Reports Physical Science》雜志上。

目前，一種有效的現代冷卻方法是在芯片內部直接構建微通道。這些微小的通道通過循環水吸收并帶走熱量。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，水在沸騰或蒸發時吸收的“潛熱”大約是其顯熱的 7 倍。

該技術的效率受到水的顯熱的限制。顯熱是指使物質溫度升高但不發生相變所需的熱量。而水在沸騰或蒸發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，可以實現兩相冷卻，從而顯著提高散熱效率?！?/p>

此前的研究已經展示了兩相冷卻的潛力，但也指出了該技術的復雜性，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、兩相流的調控以及流動阻力。

據本站了解，該研究描述了一種新型水冷系統，該系統包含三維微流體通道結構，利用毛細管結構和歧管分配層。研究人員設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。

研究發現，冷卻液流經的微通道的幾何形狀以及控制冷卻液分配的歧管通道，都會影響系統的熱性能和水力性能。

該系統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（COP），最高可達 105，這一數字顯著優于傳統冷卻技術。

“高性能電子設備的熱管理對于下一代技術的發展至關重要，我們的設計可能會為實現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。

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