【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在此方面開展的工作，相繼得到多個(gè)國際著名科學(xué)媒體及產(chǎn)業(yè)界新聞雜志如New Scientists、Technology Review、The Wall Street Journal等的報(bào)道，并獲得超過2000萬美元的投資，凸顯這類有別于傳統(tǒng)技術(shù)觀念的計(jì)算機(jī)熱管理方法的重大價(jià)值。實(shí)際上，圍繞各類電子元器件中相當(dāng)高的熱源密度，尋找具有高效熱輸運(yùn)效能的散熱方法多年來一直是學(xué)術(shù)界及工業(yè)界競(jìng)相追求的目標(biāo)。美國多個(gè)國立部門如國防部遠(yuǎn)景規(guī)劃項(xiàng)目署DAPAR、海軍研究辦公室（ONR）、能源部（DOE）以及自然基金會(huì)（NSF），美國宇航局（NASA）等項(xiàng)目就投入了巨資來支持規(guī)模相當(dāng)龐大的先進(jìn)熱管理技術(shù)研究。2008年在中國臺(tái)北舉辦的Computex 2005電子產(chǎn)品展會(huì)上，著名顯卡廠商Sapphire公司向公眾展示了一款采用液態(tài)金屬散熱的圖像顯示卡，該技術(shù)一經(jīng)披露，立即引起業(yè)界的高度關(guān)注，據(jù)悉，Sapphire公司的技術(shù)來自美國Nanocooler公司。在近期出版的英國《物理學(xué)雜志D輯：應(yīng)用物理學(xué)》雜志（Journal of Physics D：Applied Physics）上，以中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研制的室溫金屬流體散熱器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖為封面，報(bào)道了直接利用器件產(chǎn)生的熱量驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬散熱技術(shù)。液態(tài)金屬散熱在技術(shù)理念上顯著區(qū)別于傳統(tǒng)的風(fēng)冷、水冷及熱管等散熱技術(shù)，是近年來計(jì)算機(jī)熱管理領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展，由于其超高熱流密度散熱特性，在IT及相關(guān)行業(yè)展示出重大實(shí)用價(jià)值。當(dāng)前，國際上該技術(shù)已促成了多個(gè)由巨額風(fēng)險(xiǎn)基金投資的新公司的成立，其中，美國NanoCoolers僅初期融資就獲得了超過2000萬美元的投資（其專利落后于我國）；丹麥Danamics公司（創(chuàng)建于2005年，為Copenhagen Stock Exchange上市公司）也從液態(tài)金屬散熱著手獲得了大量風(fēng)險(xiǎn)投資，并于2008年12月推出了已市場(chǎng)化的CPU液態(tài)金屬散熱器；德國Coollaboratory公司圍繞液態(tài)金屬導(dǎo)熱膏熱截面材料，已形成市場(chǎng)銷售產(chǎn)品。盡管國際上已形成競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，由于我國擁有液態(tài)金屬散熱領(lǐng)域內(nèi)首項(xiàng)底層專利以及更多的擴(kuò)展技術(shù)，因而為今后進(jìn)軍國內(nèi)外先進(jìn)散熱器市場(chǎng)奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。當(dāng)前，國內(nèi)各類光電器件普遍采用受迫對(duì)流空氣來冷卻的發(fā)熱器件，散熱技術(shù)主要包括：風(fēng)冷散熱技術(shù)，以水冷為代表的液冷技術(shù)，熱管散熱技術(shù)及其各種變型。即通過擴(kuò)展肋片，改進(jìn)氣流分布，增大風(fēng)壓，將冷卻空氣壓送至散熱器件表面將該處熱量散走，此種方式的冷卻效率與風(fēng)扇速度成正比，因而會(huì)產(chǎn)生明顯噪音；風(fēng)冷散熱器冷卻熱流密度一般不超過10W/cm2，一旦器件發(fā)熱密度過高時(shí)，風(fēng)冷將很難勝任。隨著光電器件集成度的飛速增長，要求的換熱強(qiáng)度越來越高，采用液冷或熱管散熱方式的產(chǎn)品相繼出現(xiàn)在市場(chǎng)上。液體因單位體積熱容遠(yuǎn)大于氣體，作為循環(huán)工質(zhì)能夠提供更高的冷卻功率，是一種較佳選擇。然而，這類液體冷卻雖然效率較高，但在運(yùn)行中由于工質(zhì)蒸發(fā)或泄露等會(huì)導(dǎo)致器件老化、腐蝕，對(duì)液體及流動(dòng)管道的要求較高，可靠性尚有待提高，據(jù)報(bào)道，有些采用水冷的器件易于燒毀，原因就在于此類系統(tǒng)尚不可靠，一旦由于某些故障導(dǎo)致水流停止，則失去冷卻的器件溫度將迅速攀升，直至燒毀。熱管是一種被動(dòng)散熱，利用相變傳熱的冷卻方式，可以達(dá)到較之單相流體更高的熱流轉(zhuǎn)移通量，但熱管制做工藝如芯體材料的制備、工質(zhì)封裝、維護(hù)及可靠性等仍有待于提高，使用壽命也較短，這使其應(yīng)用受到一定限制。對(duì)于熱管而言，尤為不利的因素在于，當(dāng)熱流密度增大到一定程度后，易發(fā)生干燒現(xiàn)象（即工質(zhì)全部氣化），從而產(chǎn)生傳熱惡化，最終導(dǎo)致設(shè)備燒毀。而液體金屬滲漏率為零，且具有遠(yuǎn)高于水、空氣及許多非金屬介質(zhì)的熱導(dǎo)率，(如鎵導(dǎo)熱率約為水的60倍，高出空氣1000多倍)，且具有流動(dòng)性，因而可實(shí)現(xiàn)快速高效的熱量輸運(yùn)能力。下表給出了液態(tài)金屬散熱技術(shù)與水冷技術(shù)的各項(xiàng)具體性能對(duì)比見下表3。表3性能對(duì)比表 項(xiàng) 目水冷技術(shù)液態(tài)金屬散熱技術(shù)工 質(zhì)熱導(dǎo)率~ W/m℃~30W/m℃（鎵基）工質(zhì)沸點(diǎn)≤100℃（有可能產(chǎn)生氣液兩相，可靠性差，且由于蒸發(fā)需定期補(bǔ)充工質(zhì)） 2000℃（始終單相，穩(wěn)定可靠，不需補(bǔ)充工質(zhì)）工質(zhì)驅(qū)動(dòng)方式機(jī)械泵（耗能，噪音大，易壞損，可靠性差）電磁泵（節(jié)能，無運(yùn)動(dòng)部件，無噪音，不易壞損，可靠性優(yōu)）工質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大無熱流密度80W/cm2（難以滿足高熱流密度散熱需求）100W/cm2～1000W/cm2（可以很好的滿足各種高熱流密度散熱需求）價(jià) 格市場(chǎng)售價(jià)800～3000元與水冷相當(dāng) 項(xiàng)目技術(shù)的來源及合作單位情況項(xiàng)目技術(shù)的來源于中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所組建于1999年6月，是以原中國科學(xué)院感光化學(xué)研究所、低溫技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心為主體，聯(lián)合北京人工晶體研究發(fā)展中心和化學(xué)研究所的相關(guān)部分整合而成。全所現(xiàn)有專業(yè)技術(shù)人員321人，其中有中國科學(xué)院院士4人（其中1人同時(shí)為第三世界科學(xué)院院士），中國工程院院士2人，研究員68人，副高級(jí)專業(yè)技術(shù)人員93人。理化技術(shù)研究所是有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、凝聚態(tài)物理、制冷及低溫工程專業(yè)的博士和碩士學(xué)位及應(yīng)用化學(xué)碩士學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，并設(shè)有化學(xué)、動(dòng)力工程、工程熱物理及物理學(xué)博士后流動(dòng)站?，F(xiàn)有在學(xué)博士生和碩士生400余人?！　±砘夹g(shù)研究所是以物理、化學(xué)和工程技術(shù)為學(xué)科背景，以技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展為主的研究機(jī)構(gòu)?？傮w目標(biāo)是根據(jù)國家戰(zhàn)略需求和國際科技發(fā)展前沿，開展前瞻性應(yīng)用基礎(chǔ)研究、戰(zhàn)略高技術(shù)研究和成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化研究；突出技術(shù)創(chuàng)新的戰(zhàn)略性、關(guān)鍵性和集成性，在努力承擔(dān)國家重大任務(wù)的同時(shí)，加強(qiáng)與國內(nèi)外同行及行業(yè)、地方、企業(yè)的合作，探索促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化的新模式和新思路；形成較強(qiáng)的科技綜合實(shí)力、集成創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，把理化技術(shù)研究所建設(shè)成為在國際上有重要影響的高水平的研究機(jī)構(gòu)。重點(diǎn)研究領(lǐng)域?yàn)楣夤δ懿牧吓c器件、低溫工程學(xué)新技術(shù)、綠色化學(xué)合成新技術(shù)、能源材料與新技術(shù)。全所下設(shè)若干重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（工程中心）、研究中心和研究組。中國感光學(xué)會(huì)、中國化學(xué)會(huì)光化學(xué)委員會(huì)、中國制冷學(xué)會(huì)低溫專業(yè)委員會(huì)和中國物理學(xué)會(huì)低溫物理專業(yè)委員會(huì)等掛靠在理化所。負(fù)責(zé)編輯出版的刊物有《影像科學(xué)與光化學(xué)》。在科研合作方面，課題組多次與國內(nèi)兄弟院校聯(lián)合開展研究工作，并與國際科技組織進(jìn)行了多學(xué)科、多領(lǐng)域課題的科研合作研究。共獲國家獎(jiǎng)1項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)1項(xiàng)，其他獎(jiǎng)6項(xiàng)；出版中英文專著25部/篇；申請(qǐng)專利148項(xiàng)，其中授權(quán)專利55項(xiàng)；發(fā)表英文論文177篇，中文論文206篇；發(fā)表國際會(huì)議論文109篇，國內(nèi)會(huì)議論文81篇，技術(shù)力量相當(dāng)雄厚。2 項(xiàng)目的成熟性和可靠性中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所項(xiàng)目組已先期對(duì)各類最基本的液態(tài)金屬散熱器原理性器件進(jìn)行了充分探索，取得了許多令人鼓舞的結(jié)果。本項(xiàng)目擬推向產(chǎn)業(yè)化的高功率密度器件散熱技術(shù)，已通過蠕動(dòng)泵及電磁驅(qū)動(dòng)等方式進(jìn)行了充分測(cè)試，結(jié)果表明，由于液態(tài)金屬具有遠(yuǎn)高于普通流體的熱導(dǎo)率，其冷卻效果明顯優(yōu)于已有流體冷卻技術(shù)，且利于整個(gè)散熱系統(tǒng)的微型化，這一前期工作為發(fā)展高散熱密度冷卻技術(shù)開辟了新途徑。到目前為止，本實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)了多類電磁泵驅(qū)動(dòng)的液態(tài)金屬散熱器，進(jìn)一步揭示出該方法的優(yōu)越性，比如，這充分表明該散熱器具有十分突出的低功耗性。這些前期進(jìn)展為本項(xiàng)目研究和產(chǎn)業(yè)化打下了良好基礎(chǔ)?？傊?，液體金屬散熱器的冷卻性能十分快速顯著。形象的說，這是一種純金屬型但又借助于液體流動(dòng)的高效微型散熱器，這些前期進(jìn)展為本項(xiàng)目研究的展開打下了良好基礎(chǔ)；此外，國際機(jī)構(gòu)在落后于本實(shí)驗(yàn)室的情形下，也相繼研制出用于計(jì)算機(jī)顯卡乃至臺(tái)式機(jī)、筆記本等的液態(tài)金屬散熱器，特別是知名顯卡生產(chǎn)廠商Sapphire公司在中國臺(tái)北舉辦的Computex 2005電子產(chǎn)品展會(huì)上展示了一款采用液態(tài)金屬散熱的圖像顯示卡，引起轟動(dòng)，被認(rèn)為是“超乎想象力”的技術(shù)，充分證實(shí)了此項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)可行性和實(shí)用價(jià)值。但由于并不真正擁有液態(tài)金屬散熱技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(底層技術(shù)屬于本實(shí)驗(yàn)室)，該公司原本宣布的于 2