Энергия будущего: ученые спасли мир от энергетического коллапса

4:27

15.06.2025 15:05

Инновационная разработка инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего может кардинально изменить подход к охлаждению электроники, сделав его более энергоэффективным и экологичным.

Новая технология, основанная на использовании уникальной волокнистой мембраны, позволяет отводить тепло без применения традиционных вентиляторов, радиаторов или жидкостных насосов. Более того, она способна значительно сократить потребление воды, что делает её перспективной альтернативой существующим системам охлаждения, особенно для центров обработки данных и мощных электронных устройств.

Подробности этого прорыва были изложены в статье, опубликованной 13 июня в одном из ведущих научных журналов, посвящённых энергетике.

С ростом популярности искусственного интеллекта и облачных вычислений потребность в обработке данных увеличивается в геометрической прогрессии, а вместе с ней растёт и количество выделяемого тепла. На сегодняшний день до 40% энергии, потребляемой центрами обработки данных, уходит на их охлаждение. Если эта тенденция сохранится, то к 2030 году общемировое энергопотребление на эти нужды может вырасти более чем вдвое. Новая технология испарительного охлаждения призвана переломить этот сценарий.

В основе разработки лежит недорогая мембрана из волокон, пронизанная сетью микроскопических взаимосвязанных пор. Благодаря капиллярному эффекту эта структура притягивает охлаждающую жидкость к своей поверхности, где та испаряется, эффективно отводя тепло от расположенной под ней электроники. При этом процесс не требует дополнительной энергии. Мембрана размещается над микроканалами, по которым движется жидкость, что позволяет равномерно рассеивать тепло.

Один из руководителей проекта отметил, что испарительное охлаждение способно отводить значительно больше тепла по сравнению с традиционными методами, такими как воздушное или жидкостное охлаждение, при этом потребляя меньше энергии.

Он также добавил, что хотя испарение уже используется в некоторых областях — например, в тепловых трубках ноутбуков или испарителях кондиционеров, — его эффективное применение в мощной электронике долгое время оставалось сложной задачей. Ранее попытки использовать пористые мембраны с большой площадью поверхности сталкивались с проблемами: поры либо были слишком маленькими и быстро засорялись, либо слишком большими, что приводило к нежелательному кипению. Новая разработка решает эти проблемы благодаря использованию волокнистой структуры с оптимальным размером пор, обеспечивающей стабильное и эффективное испарение.

Испытания показали, что мембрана демонстрирует выдающиеся результаты. Она выдерживала тепловые потоки свыше 800 ватт на квадратный сантиметр — один из самых высоких показателей среди подобных систем охлаждения. Кроме того, устройство стабильно работало в течение нескольких часов даже при переменных нагрузках.

Ещё один участник проекта подчеркнул, что успех технологии демонстрирует, как материалы, изначально созданные для других целей, могут найти совершенно новое применение. По его словам, волокнистые мембраны, которые ранее использовались для фильтрации, никто не рассматривал в контексте испарительного охлаждения. Однако их уникальные свойства — взаимосвязанные поры и подходящий размер — оказались идеальными для этой задачи.

Исследователей удивило, что при правильном усилении конструкции мембраны не только выдерживали экстремальные тепловые нагрузки, но и показывали высокую эффективность.

Несмотря на впечатляющие результаты, разработчики считают, что технология ещё не достигла своего предела. В настоящее время команда работает над улучшением мембраны и повышением её производительности. Следующим этапом станет интеграция технологии в прототипы охлаждающих пластин — плоских компонентов, которые крепятся к микросхемам, таким как процессоры, для отвода тепла. Кроме того, уже ведётся работа над созданием стартапа, который займётся выводом технологии на рынок.