隨著晶片變得越來越小、功能越來越強大，保持晶片冷卻已經成為一個嚴重的瓶頸——直到現在。東京大學的研究團隊推出了一款革命性的3D水冷系統，該系統充分利用了水的相變能量，使傳熱效率提高了7倍。透過整合先進的微通道幾何結構和毛細管結構，該系統達到了性能紀錄，有望為電子和永續技術的下一個飛躍奠定基礎。

東京大學生產技術研究所的研究人員顯著提升了高功率電子設備冷卻技術的性能，這可能為未來的設備奠定基礎。

摩爾定律所描述的電子晶片的穩定微型化一直是數位時代的驅動力。然而，隨著晶片體積越來越小、性能越來越強，它們在更小的空間內產生的熱量也越來越多，現有的冷卻技術已難以跟上。

為了應對這項挑戰，東京大學工業技術研究所的研究人員開發了一種提高晶片冷卻性能的新方法。他們的研究成果最近發表在《細胞報告：物理科學》。

最有效的現代冷卻方法之一是直接在晶片中內建微通道。這些微小的通道使水循環，從而吸收並帶走熱量。

然而，這項技術受限於水的“顯熱”，即水在相變前所能吸收的熱量。相較之下，水沸騰或蒸發時吸收的「潛熱」大約是顯熱的七倍。

然而，這項技術的效率受到水顯熱的限制。顯熱是指在不造成相變的情況下升高物質溫度所需的熱量。水的相變潛熱，即沸騰或蒸發過程中吸收的熱能，約為其顯熱的7倍。 「透過利用水的潛熱，可以實現兩相冷卻，從而顯著提高散熱效率，」主要作者史紅元解釋。

先前的研究展示了兩相冷卻的潛力，同時也凸顯了該技術的複雜性，主要是由於加熱後難以控制蒸汽氣泡的流動。最大化傳熱效率取決於多種因素，包括微通道的幾何形狀、兩相流調節和流動阻力。

本研究描述了一種新型水冷系統，由三維微流體通道結構組成，利用毛細管結構和歧管分佈層。研究人員設計並製造了各種毛細管幾何形狀，並研究了它們在各種條件下的表現。

研究發現，冷卻劑流過的微通道的幾何形狀和控製冷卻劑分佈的歧管通道都會影響系統的熱性能和液壓性能。

測量到的有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，即性能係數（COP）高達105，這代表著對傳統冷卻技術的顯著進步。

「高功率電子設備的熱管理對於下一代技術的發展至關重要，我們的設計可能為實現所需的冷卻開闢新的途徑，」資深作者Masahiro Nomura 說。

高性能電子產品依賴先進的冷卻技術，這項研究對於最大限度地提高未來設備的性能和實現碳中和至關重要。

編譯自/ ScitechDaily