来源 | Joule

链接 | https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101975

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背景介绍

节能热管理对于数据中心至关重要，因为数据中心的冷却需求已经占总能源使用量的40%。随着AI工作负载和全球数据使用量的增加，数据中心冷却的总能耗预计将增加160%，到2030年将超过1,000 太瓦时。传统基于空气冷却的方法可以消耗高达45%的数据中心总能量，越来越不足以管理现代服务器的热负荷。先进的冷却策略对于遏制这一趋势、降低运营成本和支持碳减排目标至关重要。在新兴的冷却方法中，由多孔膜中的毛细管作用驱动的薄膜蒸发有望实现高热通量耗散。然而，在芯片级领域实现高性能和长期稳定性仍然是一个重大挑战。

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成果掠影

近日，美国加州大学圣迭戈分校蔡胜强、陈仁坤、阿比舍克·萨哈研究团队，开发出一种被动蒸发冷却膜，有望显著降低数据中心的能源使用。这项技术采用一种专门设计的纤维膜，通过蒸发实现被动散热，为风扇、散热片和液泵等传统冷却系统提供了一种颇具前景的替代方案。这项技术采用一种专门设计的纤维膜，通过蒸发实现被动散热，为风扇、散热片和液泵等传统冷却系统提供了一种颇具前景的替代方案。它还可能减少许多现有冷却系统所依赖的水资源消耗。研究成果以“High-flux and stable thin-film evaporation from fiber membranes with interconnected pores”为题发表在《Joule》期刊。

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图文导读

图1.不同类型膜的蒸发；(A)液体弯月面剖面图，显示高通量薄膜蒸发仅发生在过渡区域内。(B)具有隔离孔的膜（例如AAO），其中特定孔中的缺陷和堵塞可能会限制流动并导致局部热点。(C)具有由纤维形成的3D互连孔的纤维膜，即使在存在局部堵塞的情况下也能实现有效的液体输送。（D和E）平均水力孔径为6.1 μm的纤维膜的SEM图像。

图2.纤维膜中的水传输和毛细管压力的表征。(A)渗透率作为平均水力孔径的函数。(A)渗透率作为平均水力孔径的函数。

图3.蒸发实验设置和结果总结。(A)蒸发测试装置。(B)五种纤维膜的测量热通量作为CHF的函数，平均水力孔径（dh;m）范围为3.2至11.4 μm。箭头和箭头上方的数字代表每种膜的最大和最小CHF。每条曲线和相关的误差条代表至少五个测试样品的平均结果。(C)对应的HTC作为每种膜类型的热通量的函数。HTC被定义为热通量除以膜厚度。(C)对应的HTC作为每种膜类型的热通量的函数。HTC被定义为热通量除以膜厚度。

图4.高热通量水平下的长期稳定性试验总结（A）在两个不同的热通量水平下进行的平均水力孔径为6.1 μm的纤维膜（样品D）的长期稳定性试验。(B)长期稳定性试验后纤维膜的形态。

图5.水滴在两个方向上对纤维膜的铺展效果。（A）沿着厚度方向的垂直铺展。

(B)沿着径向横向展开。