在芯片技術(shù)持續(xù)飛速發(fā)展的背景下，一個長期困擾行業(yè)的問題逐漸浮出水面：隨著芯片體積不斷縮小、性能日益增強，散熱難題愈發(fā)凸顯，成為制約其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。然而，這一難題或?qū)⒂瓉磙D(zhuǎn)機。東京大學的一支科研團隊近日宣布了一項革命性的3D水冷系統(tǒng)創(chuàng)新，該系統(tǒng)巧妙利用水的相變原理，實現(xiàn)了熱傳遞效率的大幅提升，增幅高達7倍。

長久以來，摩爾定律推動下的芯片微型化進程一直是推動數(shù)字時代前行的核心動力。但隨著芯片在有限空間內(nèi)釋放出更強大的能量，散熱問題也日益嚴峻，現(xiàn)有冷卻技術(shù)逐漸捉襟見肘。

為了破解這一難題，東京大學工業(yè)科學研究所的研究人員經(jīng)過不懈努力，開發(fā)出一種全新的芯片冷卻技術(shù)，相關(guān)研究成果已在《Cell Reports Physical Science》期刊上發(fā)表。這項技術(shù)不再局限于傳統(tǒng)冷卻方法中水的顯熱吸收，而是巧妙地利用水沸騰或蒸發(fā)時的潛熱，這一熱量吸收能力是顯熱的7倍之多。

研究指出，傳統(tǒng)冷卻方法受限于水的顯熱，即在不發(fā)生相變的情況下水所能吸收的熱量有限。而水在相變過程中吸收的熱量則要大得多。項目主要負責人石洪遠解釋，通過引入兩相冷卻機制，即利用水的潛熱，可以顯著提升散熱效率。

盡管兩相冷卻技術(shù)的潛力早已為人所知，但其復雜性也不容小覷，尤其是在控制蒸汽氣泡流動方面。提高熱傳遞效率的關(guān)鍵在于微通道的幾何設計、兩相流的精確調(diào)控以及流動阻力的優(yōu)化。

東京大學的研究團隊設計了一種包含三維微流體通道的新型水冷系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)合了毛細管結(jié)構(gòu)和歧管分配層。研究團隊精心設計了多種毛細管幾何形狀，并在不同條件下對其性能進行了深入研究。他們發(fā)現(xiàn)，微通道的幾何形狀以及歧管通道對冷卻液的分配，均對系統(tǒng)的熱性能和水力性能產(chǎn)生重要影響。

該系統(tǒng)所展現(xiàn)出的制冷系數(shù)（COP），即有用冷卻輸出與所需能量輸入的比率，最高可達105，這一數(shù)值遠超傳統(tǒng)冷卻技術(shù)，標志著在熱管理領(lǐng)域取得了重大突破。

“高性能電子設備的熱管理對于推動下一代技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，”該研究的資深作者野村正弘表示，“我們的設計可能為實現(xiàn)高效的冷卻方案開辟了新的道路。”

這項研究不僅為高性能電子設備提供了潛在的冷卻解決方案，更可能成為未來設備性能最大化以及實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵所在。隨著技術(shù)的不斷成熟與應用，我們有理由相信，這一創(chuàng)新將為芯片技術(shù)的持續(xù)發(fā)展注入新的活力。