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在數(shù)據(jù)中心的液冷系統(tǒng)里，大家最熟悉的可能是冷板、換熱器、泵、管路和冷卻液這些“硬件主角”。但你是否想過(guò)，在這些部件中，看似不起眼的表面處理，其實(shí)也正悄悄發(fā)揮著重要作用？

為突破液冷系統(tǒng)散熱效率瓶頸，一種有效策略是對(duì)冷板、均溫板及散熱器與冷卻液的接觸界面進(jìn)行優(yōu)化。超親水涂層，憑借其極端潤(rùn)濕特性，正成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。顧名思義，它能讓水在金屬表面“鋪開(kāi)來(lái)”而非 “滾下去”——水滴接觸角小于10°，特定處理后甚至低于5°。這意味著更大的接觸面積與更高的換熱效率。它不像傳統(tǒng)防腐涂層那般厚重，也不直接參與換熱過(guò)程，卻憑借極低的水滴接觸角、優(yōu)良的親水性和耐腐蝕能力，為液冷部件的散熱性能與長(zhǎng)期穩(wěn)定性 “添磚加瓦”。

什么是 “超親水”？

“疏水”和“親水”是描述材料表面對(duì)水的潤(rùn)濕性的兩個(gè)重要概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：

●親水（Hydrophilic） 表示材料表面對(duì)水具有強(qiáng)烈的吸引力，水滴接觸材料表面后會(huì)迅速鋪展開(kāi)來(lái)，形成較小的接觸角，表現(xiàn)為水容易“潤(rùn)濕”表面。親水表面有利于形成連續(xù)的水膜，有助于提高熱交換效率和自清潔能力。

●疏水（Hydrophobic） 則表示材料表面對(duì)水具有排斥作用，水滴在表面會(huì)聚成球狀，接觸角較大，水不容易擴(kuò)散開(kāi)。疏水表面常用于防水、防污，但在熱管理中可能降低液體與表面的接觸效率。

這兩個(gè)性質(zhì)反映了材料表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)和微觀形貌，對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的散熱、防腐和清潔性能具有重要影響。

△ 不同潤(rùn)濕性表面對(duì)比（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)圖片）

所謂“超親水”，是指材料表面能與水形成極強(qiáng)的親和作用，使得水滴鋪展角（接觸角）低于10°，甚至更小。水不會(huì)在表面形成水珠，而是迅速鋪展開(kāi)形成水膜。

這樣的效果，在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)諸多直接好處：

●增大水與金屬的接觸面積：在冷卻液流動(dòng)或冷凝場(chǎng)景下，強(qiáng)化熱交換界面的熱傳導(dǎo)效率；

●形成連續(xù)水膜：對(duì)換熱表面有輔助導(dǎo)熱作用，降低熱點(diǎn)形成幾率；

●具備“自清潔”能力：水在表面流動(dòng)時(shí)能“卷走”灰塵、顆粒等污物；

●形成隱形保護(hù)膜：透明且不影響光澤，但能顯著提高抗指紋、抗氧化、耐鹽霧等性能。

超親水與散熱的關(guān)系

想象把水倒在荷葉上（疏水）和擦干凈的玻璃上（親水），哪一個(gè)更容易鋪展開(kāi)并帶走熱？顯然是后者。液冷系統(tǒng)的核心目標(biāo)是高效將設(shè)備產(chǎn)生的熱量快速帶走，而冷板與冷卻液的接觸性能，是影響換熱效率的關(guān)鍵因素之一。

親水與疏水：熱傳導(dǎo)的“門面擔(dān)當(dāng)”

親水表面形成的連續(xù)薄水膜能夠大幅增加冷板與液體之間的接觸面積，降低界面熱阻，促進(jìn)熱量更高效地傳遞到冷卻液中。

疏水表面則相反，水滴在表面呈球形，實(shí)際與冷板的接觸面積較小，熱交換受阻，導(dǎo)致局部溫度升高，降低整體散熱效果。

△ 親水和疏水表面換熱效率對(duì)比

在微觀尺度上，親水表面多由極性基團(tuán)或粗糙結(jié)構(gòu)構(gòu)成，能夠增強(qiáng)水分子與材料表面的結(jié)合力，促使液體鋪展。而疏水表面通常含有非極性或低表面能材料，阻礙水分子擴(kuò)散。這種區(qū)別在液冷系統(tǒng)中體現(xiàn)為冷卻液能否均勻分布在冷板內(nèi)表面、是否形成高效換熱界面。

但這層“親水膜”的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)不止于散熱提升：

●自清潔：水膜能輕松“卷走”灰塵污漬，減少設(shè)備維護(hù)頻率

●耐腐蝕、長(zhǎng)鹽霧：為銅、鋁等金屬件提供額外防護(hù)

●抗指紋、易膠粘：便于后續(xù)貼合封裝、避免表面污染

●高溫穩(wěn)定：在720°C氣氛下處理后仍保持優(yōu)良親水性

小材料，大未來(lái)？

雖然這類親水膜并不直接決定整個(gè)系統(tǒng)的換熱極限，但從材料工程角度看，它為液冷技術(shù)打開(kāi)了一扇新的“微觀之門”：

●未來(lái)是否可以進(jìn)一步集成到微通道或熱交換表面？

●是否能與納米材料、導(dǎo)熱填料協(xié)同優(yōu)化局部散熱？

●在數(shù)據(jù)中心之外，例如儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車液冷系統(tǒng)中，是否也能一試？

隨著液冷技術(shù)不斷向更高功率密度、更低能耗、更高可靠性發(fā)展，這類輕量化、功能復(fù)合的表面涂層，或許將成為提升“系統(tǒng)熱管理品質(zhì)”的小技巧之一。

已有部分企業(yè)在液冷散熱器、冷板等器件中嘗試應(yīng)用這類技術(shù)，其兼容性與可靠性也初步顯現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)。對(duì)追求更高散熱效率、更長(zhǎng)設(shè)備壽命的數(shù)據(jù)中心而言，它或許是下一個(gè)值得關(guān)注的“小材料·大改進(jìn)”。

武漢先進(jìn)院親水相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備

武漢先進(jìn)院依托材料人工智能和涂層技術(shù)領(lǐng)域強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，基于自研材料大模型開(kāi)發(fā)了涂層中試智能體和工作流，形成了系列成套涂層技術(shù)體系。創(chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了光固化超親水涂層技術(shù)，并成功實(shí)現(xiàn)外墻防霧薄膜、防霧涂料等的技術(shù)開(kāi)發(fā)，產(chǎn)品性能達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，可廣泛應(yīng)用在醫(yī)療器械、航海航天、汽車工業(yè)、光學(xué)等領(lǐng)域。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)自研超親水合成樹(shù)脂，開(kāi)發(fā)無(wú)溶劑涂料體系，實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的零排放，適配先進(jìn)涂裝設(shè)備，能耗降低達(dá)80%，加速推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)。目前，該技術(shù)已與世界五百?gòu)?qiáng)企業(yè)達(dá)成項(xiàng)目合作，實(shí)現(xiàn)超親水功能薄膜用于酒店玻璃外墻防霧的實(shí)際應(yīng)用，具體產(chǎn)品指標(biāo)及性能演示如下：

△ 武漢先進(jìn)院超親水功能薄膜產(chǎn)品介紹

△ 武漢先進(jìn)院超親水功能薄膜性能演示

武漢先進(jìn)院面向減阻、導(dǎo)流、潤(rùn)滑、去污、防霧等特種功能進(jìn)行技術(shù)布局，基于下一代UV光固化技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一系列兼具傳統(tǒng)防護(hù)、裝飾的納米功能涂料，包括高透光學(xué)涂料、防霧樹(shù)脂涂料、超雙疏涂料、防腐蝕涂料和光伏自清潔涂料等，可為光學(xué)、工業(yè)、汽車、電力系統(tǒng)、光伏新能源等不同領(lǐng)域客戶提供表面處理及涂層技術(shù)解決方案。

文章來(lái)源：洞見(jiàn)熱管理公眾號(hào)

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