中科院黑科技：盐溶液20秒降温50度，有望取代空调

中科院祭出制冷黑科技，数据中心散热迎来革命性解决方案。

咱们先说说现在的制冷技术，不管是消费级的空调，还是工业领域的制冷设备，主流都是蒸汽压缩制冷，原理就是靠制冷机的气化、液化过程吸放热。

但这个技术问题不少：一是不环保，制冷机会导致全球变暖；二是效率低，第二定律效率只有40%-60%，提升空间极小；三是结构复杂，有压缩机、换热器等部件，会产生噪音和震动。

所以人类一直在探索全新的制冷技术，其中一个很有前景的方向，就是卡路里制冷。

卡路里大家都熟悉，就是热量的单位，而卡路里制冷主要靠的是固态材料内部的熵变来改变温度。从热力学来说，系统总熵能拆成构形熵和热熵：构形熵是材料原子、分子排列的混乱度，热熵是原子、分子振动的剧烈程度。

在绝热情况下，总熵是恒定的，这两个子熵就会此消彼长——构形熵增加，热熵就降低；构形熵减小，热熵就增加。利用这种熵变，就能调节材料吸放环境热量，这就是卡路里制冷的核心原理。

那怎么触发材料的熵变呢？方法很多，磁场、电场、压力、应力都可以，不同材料在不同物理参量变化下，内部熵会跟着变，我们只要针对性找这类材料，用对应的物理变化调控就行。基于不同触发模式，这类材料分为磁卡、电卡、压卡、弹卡等，比如压卡就和加压、泄压有关。

而中科院这次的成果，就是压卡的一种，但不是传统的固态压卡，而是液态流体的压卡，我们叫它溶解压卡。

具体来说，它用的是硫氰酸这种常见工业盐，这种盐溶解到水里时会强烈吸热，再配合压力来调控：加压时，盐会大量结晶析出，这个过程放热；突然泄压时，结晶会瞬间溶于水，大量吸热，从而实现冷却效果。

这里有个关键优势：盐溶液既是制冷剂，又是传热介质，不用像固态压卡那样单独装一套系统搬运热量，传热能力也大幅提升。它的单循环冷却量高达67焦每克，是固态压卡的10倍以上。

可能大家还没完全懂它的工作原理，咱们再详细说下冷却的四步流程，比把大象装进冰箱复杂一点：

第一步，绝热加压。这时系统构形熵大幅降低，因为盐结晶析出，原子分子排列更有序；绝热状态下总熵不变，热熵就会升高。

一方面加压的机械做功会让系统升温，另一方面盐溶液原本的潜热，会因为相变（盐析出是放热过程，和溶解吸热可逆）释放，变成显热，导致温度上升。

第二步，等温放热。升温后的系统会向环境释放热量，回到初始的室温。

第三步，绝热泄压。压力移除后，构形熵大幅增加，盐重新溶解，热熵必须降低；而绝热状态下，系统只能通过降低自身温度来实现，所以温度会骤降。

第四步，等温吸热。系统温度变低后，通过换热器从芯片等热源吸收热量，回到室温，从而完成冷却。

当然它也有短板：一是压力要求极高，实验中需要600兆帕，相当于6000个大气压，即便工程优化后降到200-400兆帕，也需要高强度的气泵、管道材料和密封设计，成本和可靠性是不小的工程门槛。

二是硫氰酸有一定刺激性和毒性，必须用全封闭系统，对设计是个挑战。三是长期稳定性有待验证，虽然实验室测试良好，但经过数万次循环后，冷却效果能否保持，目前还不确定。

这里给大家延伸科普下：咱们平时用的冷敷、保鲜冰袋，核心配方就是硝酸铵和水，混合后大量吸热，原理和这个技术一致。

盐类溶解于水的热量变化，主要看三个过程：一是把固体盐离子从有序晶格中拽出来，需要克服晶格能，吸热；二是离子进入水中，破坏水分子的氢键网络，重新排列需要吸热；三是自由离子被水分子包裹，释放水合能，放热。

如果总吸热大于总放热，这种盐就能当冷却介质。铵盐的氨根阳离子水合能很弱，放热少，搭配硝酸根、硫氰酸根这些大阴离子，晶格能大，还能大幅破坏水分子氢键网络，总吸热明显，所以很多铵盐都有冷却特质。

而硫氰酸铵的优势更突出：硫氰酸根对水分子氢键网络破坏力极强，吸热效果明显；同时它对压力很敏感，加压易析出，泄压易溶解，刚好满足这种制冷原理。而且600兆帕的压力，对硫氰酸铵析出来说已经算较低值，只是产业化还需要进一步优化。

最后大家关心，它能用于数据中心散热吗？完全可以。

目前数据中心散热，风冷正在被淘汰，液冷主要是冷板和介电液：冷板循环水或乙二醇，随着AI芯片功率增加，效果越来越有限；把芯片泡在介电液里效率虽高，但介电液多含氟，成本极高。

中科院这个方案的优势很明显：铵盐成本低，有经济性；同时作为制冷剂和传热介质，链路简单，不用二次回路；温跨大，高温下可达50度以上，且秒级响应，远超现有冷板、介电液10-20度的温跨和分钟级的响应速度。

当然，目前还只是原型机，只要在材料和设计上进一步优化，它绝对会成为数据中心散热的杀手级技术储备。