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科研进展

理化所出版英文著作《面向芯片、器件与系统的液态金属先进冷却》

稿件来源:低温生物与医学研究组 发布时间:2019-12-11

       近日,在国家出版基金资助下,中科院理化所刘静研究员出版了一部旨在阐述最新尖端冷却技术的英文著作:《面向芯片、器件与系统的液态金属先进冷却》(上海科学技术出版社,2020)。在这部历时近10年完成的学术著作中,作者系统总结了国内外特别是由其团队首创并系统发展起来的液态金属芯片冷却理论与技术体系。该书系国内外首次出版,填补了相应学术文献空白。

  近年来,随着微纳电子技术的飞速发展,高集成度芯片、器件与系统等引发的热障问题,成为制约各种高端应用的世界性难题,突破散热瓶颈被提高到前所未有的层面。在这一态势下,刘静教授于2000-2002年间酝酿并首次在芯片冷却领域引入了具有颠覆性意义的通用型低熔点合金散热技术,有关工作随后在国内外学术界和产业界引发重大反响和大量后续研发,成为近年来的国际前沿研究热点和较具发展前景的新兴产业方向之一,且在更广层面极端散热领域的价值还在不断增长。在多年持续探索中,刘静团队逐步构建起了液态金属芯片冷却的一系列基础原理与底层核心技术,发表了上百篇研究论著,获得核心专利授权百余项,还应邀在国际传热界权威综述系列《传热学进展》发表了长达114页的专题评述,相应工作涉及室温液态金属强化传热、相变与流动理论,电磁、热电或虹吸驱动式芯片冷却与热量捕获,微通道液态金属散热,刀片散热,混合流体散热与废热发电,低熔点金属固液相变吸热,以及提出无水换热器工业,发明自然界导热率最高的液态物质-纳米金属流体及热界面材料等。这类从室温至2300°C可保持液相且能根据应用场景灵活实现固液转换的全新一代热管理技术,在技术理念上打破了传统模式。此前,工业界数十年来主要沿用空冷、水冷及热管散热,但性能趋于瓶颈。

  液态金属技术除了在高功率密度电子芯片、光电器件以及极端散热上有着重大应用价值外,还被逐步拓展到消费电子、低品位热能利用、光伏发电、能量储存、智能电网、高性能电池、发动机系统以及热电转换等领域。作为当今性能最为卓越的热管理解决方案之一,液态金属为对流冷却、热界面材料、相变热控等领域带来了观念和技术上的重大变革,突破了传统冷却原理的技术极限,为大量面临“热障”难题的器件和装备的冷却提供了富有前景的解决方案。经过十多年的发展,我国科学家已经在常温液态金属冷却领域建立了相对完备的知识产权体系,在材料制备与表征、理论分析、数值模拟以及热控系统设计等方面形成了较为成熟的理论和技术储备,一批成果已规模化应用于工业和商业领域。有关研究曾获国际电子封装领域旗舰刊物《ASME Journal of Electronic Packaging》2010-2011年度唯一最佳论文奖,著名学者及该刊主编Sammakia教授(美国纽约州立大学宾汉顿分校副校长)曾致信称赞:“这是一项重要成就,因该奖每年仅颁发一次,且由全部论文公开竞争产生”;成果还另获多个产业奖项如中国国际工业博览会创新奖、北京市技术市场金桥奖项目一等奖、全国首届创新争先奖等。

正好彩票网  国际上,围绕液态金属芯片冷却的研究近年来也呈蓬勃发展态势。2004年,美国Nanocoolers公司获数千万美元资助开展液态金属芯片散热技术研究,并于2005年发布了液态金属CPU散热器样机。2009年,美国Aqwest LLC公司启动激光泵浦二极管的液态金属散热技术研究。2012年,德国成立液态金属研究联盟,斥资2000万欧元,用于研究液态金属技术特别是其中的流动和传热问题。2013年,美国阿贡国家实验室研制出加速器中子散射源液态金属散热原型机,将室温镓基液态金属引入冷却系统,取代传统上使用起来比较危险的钠钾合金。有意思的是,2014年,美国国家宇航局(NASA)特别将液态金属冷却技术列为未来前沿研究方向。近期,国内外学术界和工业界更有大量研发团队纷纷涌入这一新兴领域的研究和应用上。

  总的说来,液态金属芯片热控领域取得的一系列基础发现,正成为发展全新一代冷却技术的重大核心引擎,一批市场产品已陆续问世。当前,液态金属散热技术的基础及应用研究已从最初的冷门发展成备受国际广泛瞩目的热门领域,影响范围甚广,正为能源、电子信息、先进制造等领域的发展带来颠覆性变革,将催生出一系列战略性新兴产业,相应产业化具有巨大的发展潜力和市场空间。

  此部著作的及时出版可望高效推动液态金属芯片散热这一新兴学科领域的可持续健康发展。全书注重阐述新原理、新方法与新应用,交叉性强,学科领域跨度大,内容前沿,是一本兼具理论学术意义和实际参考价值的学术著作,可供热科学、物理、电子、计算机、机械、器件、材料、设计等领域的研究人员、工程师以及大专院校有关专业师生、研究生阅读参考。

  

 上海科技出版社出版的英文著作《面向芯片、器件与系统的先进液态金属冷却》 

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