Стремительное развитие искусственного интеллекта и высокопроизводительных вычислений в современном мире сталкивается с серьёзными препятствиями, наиболее опасным из которых является проблема перегрева дата-центров. Так, например, в Китае на долю технологий охлаждения приходится около 20% всего потребления электроэнергии в стране и 7,8% выбросов углекислого газа.

Традиционные парокомпрессионные холодильники, работающие по принципу сжатия и испарения хладагента, не только оказались энергозатратными, но и использовали фреоны, которые вредны для окружающей среды. У пришедших им на смену твердотельных охладителей также был выявлен существенный недостаток: они плохо передавали тепло. Сам по себе материал был холодным, но не имел возможности «отдать» холод процессору из-за плохой теплопроводности на границах сред.

Команда под руководством профессора Ли Бина из Института металловедения нашла способ обойти данное ограничение. Исследователи открыли явление под названием «барокалорический эффект растворения» (dissolution barocaloric effect).

Суть открытия учёные объяснили на простой аналогии. Они предложили представить себе сухую губку: «если ее сжать, она нагреется, если отпустить — остынет. Но если взять губку, пропитанную соленой водой, эффект будет намного сильнее. При сжатии из пор выделяется концентрированный рассол, а при разжатии губкактивно впитывает жидкость обратно, поглощая огромное количество тепла из окружающей среды». То же самое происходит в растворе обычной соли — тиоцианата аммония (NH4SCN). Это вещество не токсично и широко используется в промышленности. При повышении давления соль выпадает в осадок, выделяя тепло. Как только давление падает, кристаллы мгновенно растворяются и температура резко снижается.

Эксперименты продемонстрировали впечатляющие результаты:
*️⃣ скорость: при комнатной температуре раствор остывает почти на 30°С всего за 20 секунд;
*️⃣ мощность: при высоких температурах перепад может достигать 54°C, что значительно превосходит показатели существующих твердотельных материалов;
*️⃣ эффективность: моделирование показывает, что один цикл такой системы способен поглощать до 67 джоулей на грамм раствора, а теоретическая эффективность установки достигает 77%.

Главное достижение китайских ученых заключается не только в создании мощного охладителя, но и в решении «невозможного треугольника» калорических материалов, который заключается в совмещении низкого углеродного следа, высокой холодопроизводительности и эффективной теплопередачи.

В отличие от твердотельных систем, где тепло «заперто» внутри материала, новая технология использует саму жидкость в качестве теплоносителя. Этот «умный рассол» можно закачивать насосом непосредственно в рубашки охлаждения горячих чипов, делая систему предельно простой и эффективной.

Потенциальная сфера применения таких устройств чрезвычайно широка: от охлаждения суперкомпьютерного оборудования до поддержания температурного режима в жилых зданиях.

📕 Тематические ссылки:
https://refindustry.com/news/market-research/chinese-researchers-develop-new-barocaloric-fluid-cooling-method/
https://www.chinadaily.com.cn/a/202602/04/WS6983166ba310d6866eb377c7.html