近日，上海交通大学王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA（Innovation Team for Energy, Water & Air）在Cell姊妹刊Device上发表了题为“Passive thermal management of electronic devices using sorption-based evaporative cooling”的研究论文。论文针对5G通信基站高负荷下的散热问题，提出了一种基于吸附的被动散热技术，有望打破原有被动散热技术瓶颈，为未来电子设备散热提供新机遇。制冷与低温工程研究所博士生刘浩然和余佳琦是论文的共同第一作者，王如竹教授为通讯作者。
随着电子设备热流密度不断提升，热管理已经成为制约电子设备发展的主要瓶颈。从实际应用角度看，散热能力决定了设备的性能能够发挥的程度。对于部分设备，如手机和通信基站等，受限于其特殊的使用场景，往往只能通过热辐射和自然对流等被动方式实现散热。经过持续数年的发展，上述被动散热技术已很难进一步强化。为此，急需寻找新方法以满足未来电子设备的要求。
本文提出的一种基于吸附的被动散热技术，类似哺乳动物通过汗液蒸发实现自身散热，当设备高负荷运行时，吸附剂涂层在高温下发生水分解吸，并带走一部分热量。而当设备低负荷运行时，吸附剂涂层可自发地从周围环境中吸附水分子，实现再生过程。除环境温度外，环境湿度也可作为潜在的资源用于电子设备散热。本文中，研究人员基于新型复合吸附剂LiCl@ACF，在小型样机和实际5G基站上分别探究了上述基于吸附的蒸发冷却技术的可行性。基于小型样机的室内和室外实验皆表明，本文提出的冷却策略可使散热器表面温度最多降低20oC，等效冷却功率最大为602 W/m2。相应CFD仿真结果进一步证明了实验结果的有效性，并表明在该实验系统中，解吸、热辐射和自然对流对约占总散热量的22%、23%和55%。实际5G基站实验结果进一步表明，尽管商用设备散热器已经过仔细设计，本文提出的冷却策略仍然可以使得设备整体温度降低5 - 8oC，相当于在表面温度一定的情况下设备的性能提升13 - 21%。
王如竹教授领衔的ITEWA“能源-水-空气学科交叉”创新团队长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。团队近年来在Science, Joule, EES, Nature Water, Nature Communications, Advanced Materials, Device等高水平期刊发表系列跨学科交叉论文。
