2026年1月22日,国际顶级学术期刊《自然》发表了中国科学院金属研究所的重要研究成果——科研团队首次发现“溶解压卡效应”,使溶液在20秒内温度骤降近30℃。这项突破有望为高耗能数据中心提供低碳高效的新型冷却方案,推动算力基础设施向绿色低碳转型。

 “溶解压卡效应”的工作原理

 “溶解压卡效应”的发现,源于研究团队对硫氰酸铵(NH₄SCN)溶液在压力变化下表现的观察。实验显示,加压时盐分析出并释放热量,卸压后盐分迅速溶解并强烈吸热。

 这种效应可形象地理解为:挤压吸满盐水的湿海绵时,盐水被挤出并放热;松开时海绵重新吸入盐水,此过程会快速从周围环境吸收大量热量。与传统“压卡效应”(如同挤压干海绵)相比,新技术解决了传统固态材料“造得出冷、却送不走热”的工程难题。

 该效应的创新之处在于将制冷工质与换热介质合二为一。利用溶液自身的流动性实现高效传热,同时通过溶解与析出的物相变化提供可观制冷量,从而突破了制冷领域长期存在的“低碳、大冷量、高换热”难以兼得的困局。

 技术性能与实验数据

 在室温环境下,硫氰酸铵溶液表现出卓越的热效应:20秒内温度骤降近30℃,在更高环境温度下,降温幅度更为显著,远超已知固态相变材料性能。

 研究团队设计出一套高效的四步循环系统:加压升温、向环境散热、卸压降温、输送冷量。单次循环中,每克溶液可吸收67焦耳热量,理论效率高达77%,展现出优异的工程应用前景。

 相比当前数据中心普遍使用的液冷技术(降温速率约5-10℃/分钟),溶解压卡效应的降温速率达到1.5℃/秒,具有十倍以上的效率优势。同时,硫氰酸铵溶液作为材料成本低廉,仅为专用冷却液的1/20.为大规模应用提供了经济性基础。

 对算力基础设施的影响

 这项技术突破为高耗能数据中心的低碳运行提供了全新解决方案。目前,全球数据中心冷却能耗巨大,据估算相当于燃烧2亿吨煤产生的能量。采用溶解压卡冷却系统,中型数据中心年电费有望节省数千万元,碳排放可直接削减一半。

 2025年的数据显示,传统气体压缩制冷技术贡献了我国约2%的国内生产总值,但消耗了近20%的电力,并产生了7.8%的碳排放。溶解压卡技术使用水溶液作为工质,完全不涉及碳排放,为应对气候变化提供了新技术路径。

 随着AI算力需求持续增长,散热技术已成为制约算力发展的关键因素。这项中国原创技术有望显著减轻算力基础设施的“电力包袱”,在全球AI竞争中为我国赢得优势。

 应用前景与未来展望

 除了数据中心散热,该技术在新能源汽车、航空航天等需要高效散热的领域都有广泛应用潜力。研究人员指出,这项研究不仅提供了全新制冷原理,更为发展高效、环保、可扩展的下一代制冷技术奠定了关键科学基础。

 团队表示,将继续优化材料体系与设备设计,推动技术从实验室走向产业化应用。随着“东数西算”等国家工程的推进,这项技术有望进一步提升我国算力基础设施的能源效率,为绿色数字经济提供支撑。

 从实验室的突破到产业化应用,溶解压卡技术还需经历工程化验证与成本优化的漫长道路。随着全球对绿色科技需求的日益增长,这项中国原创的制冷技术有望开启制冷行业的新篇章。正如研究人员所言,当别国仍在“低碳和高效二选一”中纠结时,中国科技工作者用原创突破证明了创新无边界。

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