中科院祭出制冷黑科技,数据中心散热迎来革命性解决方案。
同志们,今天给大家讲一个小众但关乎全人类幸福的新发明——溶解压卡制冷新方案。这是2026年1月底发表在《Nature》上的论文成果,第一作者来自中科院金属所等机构。
咱们先说说现在的制冷技术,不管是消费级的空调,还是工业领域的制冷设备,主流都是蒸汽压缩制冷,原理就是靠制冷机的气化、液化过程吸放热。
而中科院这次的成果,就是压卡的一种,但不是传统的固态压卡,而是液态流体的压卡,我们叫它溶解压卡。 具体来说,它用的是硫氰酸这种常见工业盐,这种盐溶解到水里时会强烈吸热,再配合压力来调控:加压时,盐会大量结晶析出,这个过程放热;突然泄压时,结晶会瞬间溶于水,大量吸热,从而实现冷却效果。 这里有个关键优势:盐溶液既是制冷剂,又是传热介质,不用像固态压卡那样单独装一套系统搬运热量,传热能力也大幅提升。它的单循环冷却量高达67焦每克,是固态压卡的10倍以上。 可能大家还没完全懂它的工作原理,咱们再详细说下冷却的四步流程,比把大象装进冰箱复杂一点:
第一步,绝热加压。这时系统构形熵大幅降低,因为盐结晶析出,原子分子排列更有序;绝热状态下总熵不变,热熵就会升高。 一方面加压的机械做功会让系统升温,另一方面盐溶液原本的潜热,会因为相变(盐析出是放热过程,和溶解吸热可逆)释放,变成显热,导致温度上升。
第二步,等温放热。升温后的系统会向环境释放热量,回到初始的室温。
第三步,绝热泄压。压力移除后,构形熵大幅增加,盐重新溶解,热熵必须降低;而绝热状态下,系统只能通过降低自身温度来实现,所以温度会骤降。
第四步,等温吸热。系统温度变低后,通过换热器从芯片等热源吸收热量,回到室温,从而完成冷却。
根据论文实验数据,室温下这种盐溶液20秒内就能原位降温约27度,最高接近30度;高温环境下,最高降温能超过50度。而且它的第二定律效率达到了77%,远超传统蒸汽压缩制冷的40%-60%,既突破了传统路线的效率瓶颈,也解决了新型路线的冷量限制,完美融合了两者的优势。
当然它也有短板:一是压力要求极高,实验中需要600兆帕,相当于6000个大气压,即便工程优化后降到200-400兆帕,也需要高强度的气泵、管道材料和密封设计,成本和可靠性是不小的工程门槛。 二是硫氰酸有一定刺激性和毒性,必须用全封闭系统,对设计是个挑战。三是长期稳定性有待验证,虽然实验室测试良好,但经过数万次循环后,冷却效果能否保持,目前还不确定。
最后大家关心,它能用于数据中心散热吗?完全可以。 目前数据中心散热,风冷正在被淘汰,液冷主要是冷板和介电液:冷板循环水或乙二醇,随着AI芯片功率增加,效果越来越有限;把芯片泡在介电液里效率虽高,但介电液多含氟,成本极高。
中科院这个方案的优势很明显:铵盐成本低,有经济性;同时作为制冷剂和传热介质,链路简单,不用二次回路;温跨大,高温下可达50度以上,且秒级响应,远超现有冷板、介电液10-20度的温跨和分钟级的响应速度。 当然,目前还只是原型机,只要在材料和设计上进一步优化,它绝对会成为数据中心散热的杀手级技术储备。




