1. 浸沒(méi)式冷卻液技術(shù)指標(biāo)

近年來(lái)，隨著國(guó)家政策對(duì)數(shù)據(jù)中心PUE值(電能使用效率)限制的不斷縮緊，液冷技術(shù)作為降低PUE值的公認(rèn)利器，已成行業(yè)焦點(diǎn)技術(shù)。發(fā)改委、工信部等四部門(mén)印發(fā)的最新文件要求到2025年，大型、超大型數(shù)據(jù)中心PUE值降到1.3以下，而液冷可將PUE值降低至1.1左右，達(dá)到政策要求。此外，液冷可解決高密度散熱問(wèn)題，節(jié)約建設(shè)成本，同時(shí)還具備靜音低噪、易于選址的優(yōu)勢(shì)，更適應(yīng)未來(lái)發(fā)展。

對(duì)電子應(yīng)用的液體冷卻劑有許多要求，因應(yīng)用類型而異，一般可能包括：

• 良好的熱物理特性（高導(dǎo)熱性和比熱；低粘度；兩相應(yīng)用的高蒸發(fā)潛熱）。

• 低凝固點(diǎn)和爆裂點(diǎn)（有時(shí)為了運(yùn)輸和/或儲(chǔ)存的目的，需要在-40°C或更低的溫度下進(jìn)行爆裂保護(hù)）。

• 單相系統(tǒng)要求沸點(diǎn)高（或工作溫度下的蒸汽壓力低）；兩相系統(tǒng)要有合適的沸點(diǎn)。

• 在電子系統(tǒng)的使用壽命內(nèi)具有良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

• 高閃點(diǎn)和自燃溫度（有時(shí)要求不可燃性）。

• 對(duì)結(jié)構(gòu)材料無(wú)腐蝕性（金屬以及聚合物和其他非金屬）。

• 沒(méi)有或僅有極少的法規(guī)限制（環(huán)境友好、無(wú)毒，可生物降解）。

• 經(jīng)濟(jì)性。

由于在浸沒(méi)式液冷技術(shù)中，冷卻液與電子產(chǎn)品直接接觸，對(duì)冷卻液的絕緣性、傳熱性等性能有嚴(yán)格的要求，認(rèn)為理想的浸沒(méi)式冷卻液需滿足以下技術(shù)指標(biāo)：

（1）絕緣體儲(chǔ)存電能的性能較弱，介電常數(shù)<2.5（1 kHz條件下），使得高頻率電子部件和連接器浸沒(méi)在冷卻液中而不會(huì)顯著損失信號(hào)完整性；

（2）絕緣性能優(yōu)異，體積電阻率>1×1012 Ω?cm，介電強(qiáng)度>24 kV(2.54 mm gap)；

（3）低表面張力，低黏度，在最低使用溫度下液體的運(yùn)動(dòng)黏度<50cSt；

（4）雙相浸沒(méi)式冷卻液的沸點(diǎn)一般為 20~100 ℃；單相浸沒(méi)式冷卻液的沸點(diǎn)一般大于 100 ℃；

（5）優(yōu)異的熱傳遞性能，比熱容≥0.96 J/(g·K )，液體導(dǎo)熱率≥0.06 W/(m·K)；

（6）材料相容性好，化學(xué)穩(wěn)定性高，不燃，且與電子部件接觸時(shí)不產(chǎn)生任何腐蝕；

（7）急性毒性要求 LC 50>2000 mg/kg；

（8）環(huán)境性能友好，臭氧消耗潛能值（ODP）為零，全球變暖潛能值（GWP）<250[3]。

按照目前的研究經(jīng)驗(yàn)，業(yè)已表明：介電常數(shù)、GWP值、絕緣性能指標(biāo)等指標(biāo)難以同時(shí)滿足。因此，這些指標(biāo)成為開(kāi)發(fā)浸沒(méi)式冷卻液成敗的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.浸沒(méi)式冷卻液的產(chǎn)品現(xiàn)狀

截至目前，浸沒(méi)式冷卻液可根據(jù)分子結(jié)構(gòu)特性分為以下4種：氫氟飽和化合物、氫氟不飽和化合物、全氟飽和化合物和全氟不飽和化合物，進(jìn)一步可細(xì)分為氫氟烴、氫氟醚、氫氟烯烴、不飽和氫氟醚、全氟烷烴、全氟胺、全氟聚醚、全氟烯烴、全氟烯基胺、全氟烯基醚等種類。

2.1  氫氟飽和化合物

氫氟飽和化合物浸沒(méi)式冷卻液主要包括氫氟烴和氫氟醚，其特點(diǎn)是GWP值較高、介電常數(shù)較大。通常而言，氫氟烴的介電常數(shù)和GWP值均較高，其絕緣性能和環(huán)境性能不符合理想浸沒(méi)式冷卻液的技術(shù)指標(biāo)。氫氟醚的介電常數(shù)都較高，均遠(yuǎn)大于2.5，究其原因是分子極性較大，導(dǎo)致增加了其介電常數(shù)。目前，氫氟醚主要用于對(duì)介電常數(shù)要求不是很嚴(yán)苛的領(lǐng)域。

2.2  氫氟不飽和化合物

由于氫氟烴和氫氟醚等飽和化合物的GWP值較高，不屬于環(huán)境友好物質(zhì)，通過(guò)向上述結(jié)構(gòu)中引入C=C或環(huán)結(jié)構(gòu)，得到氫氟烯烴或不飽和氫氟醚等不飽和化合物，可明顯增強(qiáng)其與OH自由基的反應(yīng)活性，從而降低GWP值，提升其環(huán)境性能。

2.3  全氟飽和化合物

由于氫氟烴和氫氟醚等氫氟飽和化合物的介電常數(shù)較高，不屬于非介電流體。

由于氟原子半徑小和負(fù)電荷集中，導(dǎo)致氟具有較低的電子和原子極化率。因此，氟取代引起 的獨(dú)特作用之一是降低化合物分子的極化率，從而降低化合物的介電常數(shù)。研究認(rèn)為，化合物中的氟 元素質(zhì)量百分含量和分子體積極化率是影響介電常數(shù)的主要因素，結(jié)果表明，氟元素的質(zhì)量百分含 量越高，其介電常數(shù)越??；分子體積極化率越小，其介電常數(shù)也越小。

向介電常數(shù)較高的氫氟烴和氫氟醚等氫氟飽和化合物結(jié)構(gòu)中引入氟原子，將結(jié)構(gòu)中的氫原子全取代，得到全氟烴或全氟聚醚等全氟飽和化合物，可降低分子極化率，從而降低介電常數(shù)。

2.4  全氟不飽和化合物

盡管全氟烴、全氟胺、全氟聚醚等全氟化合物的介電常數(shù)很低，從技術(shù)指標(biāo)層面上，可滿足理想浸沒(méi)式的要求。但是上述化合物的GWP值一般大于5000，具有強(qiáng)溫室效應(yīng)。因此，在全氟化合物中引入C=C結(jié)構(gòu)或環(huán)結(jié)構(gòu)，成為改善其環(huán)境性能的主要策略。

3. 理想的浸沒(méi)式冷卻液

為滿足大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的基礎(chǔ)——數(shù)據(jù)中心的快速、高效散熱需求，泉州宇極新材料科技有限公司開(kāi)發(fā)了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列浸沒(méi)式含氟電子冷卻液，如：FEC-50、FEC-110、FEC-140、FEC-160 等。

該系列產(chǎn)品具有零消耗臭氧潛能值（ODP）、低全球變暖潛能值（GWP）、低介電常數(shù)（DK）、寬溫域、低毒性、良好的熱傳遞性能等特點(diǎn)，可以滿足不同浸沒(méi)式冷卻系統(tǒng)的傳熱要求。具體指標(biāo)見(jiàn)下表：

參考文獻(xiàn)：

[1] 張呈平，郭勤，賈曉卿，權(quán)恒道．?dāng)?shù)據(jù)中心用浸沒(méi)式冷卻液的研究進(jìn)展[J/OL]．精細(xì)化工. https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20220510

[2] GUO L （郭亮）， XIE L N （謝麗娜）， LAN B （藍(lán)濱）， et al． The technical requirements and test methods of cooling liquid in the data center liquid cooling system： YD/T 3982—2021[S]． 2021-12-02．

[3]BULINSKI M J, TUMA P E, COSTELLO M G, et al. Fluids for immersion cooling: US20200178414A1[P]. 2020-06-04.

原標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心用浸沒(méi)式冷卻液的研究進(jìn)展

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本文標(biāo)題：浸沒(méi)式液冷冷卻液比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)多少？粘度多少？

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