記者從中國科學(xué)院金屬研究所獲悉，近日，該研究所李昺研究員團隊與合作者在制冷技術(shù)領(lǐng)域取得新突破——首次發(fā)現(xiàn)“溶解壓卡效應(yīng)”，有望為高耗能數(shù)據(jù)中心等算力基礎(chǔ)設(shè)施提供低碳、高效的新型冷卻解決方案。該研究成果1月22日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。

算力作為數(shù)字經(jīng)濟時代的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，其高速發(fā)展背后是日益增長的能源消耗與散熱需求。數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)能耗占數(shù)據(jù)中心總用電的近40%，傳統(tǒng)壓縮機制冷方案不僅能耗大、排放高，且在應(yīng)對高功率散熱需求時面臨換熱效率瓶頸。研究團隊在實驗中發(fā)現(xiàn)，硫氰酸銨（NH?SCN）溶液在壓力變化下可以表現(xiàn)出驚人的熱效應(yīng)：加壓時鹽析出并放熱，卸壓后鹽迅速溶解并強力吸熱，室溫下溶液溫度可在20秒內(nèi)驟降近30℃，在高溫環(huán)境下降溫幅度更大，遠超已知固態(tài)相變材料性能。這一現(xiàn)象被命名為“溶解壓卡效應(yīng)”。該效應(yīng)將制冷工質(zhì)與換熱介質(zhì)合二為一：利用溶液本身流動性實現(xiàn)高效傳熱，同時通過溶解、析出過程提供巨大冷量，從而打破了長期以來困擾制冷領(lǐng)域的“低碳-大冷量-高換熱”不可能三角關(guān)系。

“壓卡效應(yīng)”可以形象地理解為：就像用力擠壓一塊干燥的海綿，海綿內(nèi)部結(jié)構(gòu)被壓緊時會發(fā)熱；松開手后，海綿迅速回彈，會從周圍吸收熱量而變涼。這種固態(tài)材料靠自身結(jié)構(gòu)變化來制冷的方式，雖原理新穎，但傳熱慢、制冷量有限。而新發(fā)現(xiàn)的“溶解壓卡效應(yīng)”則相當(dāng)于擠壓一塊吸滿鹽水的濕海綿——擠壓時鹽水被擠出并放熱，松開手時海綿重新吸回鹽水，這一過程會強力、快速地吸收周圍大量熱量。它不僅制冷能力更強，還因為液體本身能流動傳熱，一舉解決了傳統(tǒng)固態(tài)材料“造得出冷、卻送不走熱”的工程難題，為高效、緊湊的冷卻系統(tǒng)開辟了全新可能。

基于“溶解壓卡效應(yīng)”，團隊設(shè)計出一套四步循環(huán)系統(tǒng)：加壓升溫→向環(huán)境散熱→卸壓降溫→輸送冷量，單次循環(huán)可實現(xiàn)每克溶液吸收67焦耳熱量，理論效率高達77%，展現(xiàn)出優(yōu)異的工程應(yīng)用潛力。

該成果為下一代數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)提供了原創(chuàng)性方法，有望推動算力基礎(chǔ)設(shè)施低碳運行。