近年来，各类电子器件尤其是计算机芯片一直朝着提高集成度、减小芯片尺寸及增加时钟频率的趋势发展。与晶体管集成度迅速提高的趋势相伴随，芯片功率也急剧增加，芯片耗能和散热问题也随之凸现。过高的温度将降低芯片的工作稳定性，直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性，从而成为制约芯片技术进一步发展的瓶颈之一。

　　在尊龙凯时的支持下，中国科学院理化技术研究所研究员、国家杰出青年基金获得者刘静带领的研究组在长期研究的基础上，提出了一种突破性的技术观念，他们在计算机热管理领域首次引入了室温金属流体散热工艺，并获得该领域内首项液体金属芯片散热技术发明专利。此后，他们进一步提出了旨在实现自然界导热率最高的液体材料——纳米金属流体。这一系列工作先后在国内外发表多篇论文并获得多项专利授权。近期出版的英国《应用物理学》杂志，以中科院理化所研制的室温金属流体芯片散热器实验系统图为封面，报道了直接利用芯片产生的热量驱动的液态金属散热技术。

　　散热是个大问题

　　英特尔公司负责芯片内部设计的首席技术官帕特•盖尔欣格曾说：“目前，我们在设计和制造芯片时仅受到生产成本的限制。但放眼看去，耗能和散热将成为一个根本性的限制。如果芯片耗能和散热问题得不到解决，到芯片上集成了2亿个晶体管时，就会热得像核反应堆。”

　　目前芯片制造业对高性能冷却技术的需求已提到了前所未有的高度。“由于长期以来对超高强度热流排放的需求，人们对高效冷却技术的研究一直投入了大量的人力物力加以解决，但常规途径的散热能力已趋近极限。”刘静说。

　　“我们这项技术主要采用液态金属冷却技术进行散热。”该论文第一作者、刘静的博士生马坤全说：“它有两个独特优点：一是热导率高，是传统水类换热介质的数十倍，因而传热能力优异；二是作为导电性流体，易于采用无运动部件的磁力泵驱动。”

　　马坤全进一步解释说，该技术以液态金属镓或金属镓与锡、铋或铟的合金，取代水作为热交换介质。水的热导率是0.6W/(g K)，这种液态金属的热导率通常是30W /(g K)左右。因此，液态金属带走热量的能力很强。同时，这种液态金属本身是导电的，所以就可以采用非常规的方式，用磁力泵来驱动它。

　　“简单说，就是给这种液态金属冷却剂加上电流，它就能在电磁力作用下流动起来，从而将高温处的热量带走，达到降温的目的。”马坤全说：“以往，这种泵需要在大电流条件下工作，才能产生足以驱动液态金属循环的洛仑兹力，但如此一来会引起电路功耗及产热较高，从而严重削弱技术的实用性。国外曾做过15安培至30安培的大电流驱动的液态金属冷却装备。后来我们做过一些工艺改进，成功地将驱动电流降至最低200毫安以下，这一进展使得利用温差发电驱动流体散热成为可能。”

　　让你的电脑静下来

　　马坤全说：“电脑工作时嗡嗡的噪音主要来自散热器上的风扇。现在的电脑中的散热片都很大，还要配上高速转动的电风扇吹风，才能满足芯片的散热要求。如果散热器散热能力强，风扇就可以小一些，就可以转得慢些，或干脆不用风扇。驱动电流降下来后，就可以不需要外加电源，利用电热片发电，它基本上是静音的。我们在实验中用的液态金属散热器就没用风扇，实现了50瓦的散热量，这已经能满足普通计算机芯片的冷却降温需求。”

　　液体金属冷却计算机芯片技术近年来在国际上引起强烈反响，已成为先进散热管理领域内崭新的发展方向之一。美国研究者在此方面随后开展的工作，相继得到多个国际著名科学媒体及产业界新闻杂志的报道，并获得超过1130万美元的投资，凸显这类有别于传统技术观念的计算机热管理方法的重大价值。据介绍，中科院理化所是这一领域最早提出、申请并获得知识产权的单位，其领先性工作为我国今后成功地主导该技术的应用创造了条件。

　　“如果散热器的散热能力强，就可以用在一些对散热要求高的高端产品上，如一些大型服务器；也可以将其微型化，我们用的半导体热电片只有4乘4厘米见方，4毫米厚。整个散热器将来完全可以放在笔记本电脑里。目前技术上已经没有什么问题了，只是市场推广可能需要一个过程。随着半导体技术的发展，其热电转换效率越来越高，因而由此发展出的温差驱动散热技术预计会在各类光电设备，如笔记本电脑、台式机、投影仪等的生产中发挥作用。”马坤全说。