高温芯片的酷炫解决方案：电子设备的先进热管理技术

研究人员展示了高功率电子设备冷却技术显著的性能提升。他们设计了新颖的毛细几何结构，突破了热传递效率的界限。这项研究可能在下一代技术的发展中发挥关键作用。

电子芯片随时间的指数微型化，正如摩尔定律所描述的，在我们的数字时代发挥了关键作用。然而，小型电子设备的工作功率受到可用先进冷却技术不足的显著限制。

为了应对这个问题，一项由东京大学工业科学研究所的研究人员发表在Cell Reports Physical Science上的研究，描述了电子芯片冷却性能的显著提升。

当今芯片冷却最有前景的现代方法涉及将微通道直接嵌入芯片内部。这些通道允许水通过，有效地吸收和转移热量。

然而，这种技术的效率受限于水的显热。这个量指的是在没有引发相变的情况下，增加物质温度所需的热量。水的相变潜热，即在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，从而在热耗散方面显著提高效率，”研究的主要作者施洪源解释说。

以往研究表明了两相冷却的潜力，同时也强调了这种技术的复杂性，主要是由于加热后管理蒸汽气泡流动的困难。最大限度地提高热传递效率取决于多种因素，包括微通道的几何形状、两相流的调控以及流动阻力。

这项研究描述了一种新颖的水冷却系统，包含三维微流体通道结构，利用毛细结构和分配层。研究人员设计并制造了各种毛细几何形状，并在一系列条件下研究了它们的性能。

研究发现，通过冷却剂流动的微通道的几何形状以及控制冷却剂分配的配水通道，都会影响系统的热性能和流体性能。

所测得的有用冷却输出与所需能量输入的比率，被称为性能系数（COP），达到了10⁵，这代表了对传统冷却技术的一项显著进步。

“高功率电子设备的热管理对下一代技术的发展至关重要，而我们的设计可能为实现所需的冷却开辟了新途径，”资深作者野村正宏说道。