[相容性知識] 浸沒式冷卻液特殊油 vs.氟化液｜PFAS的全面取代、新材料橡膠相容性問題

[相容性知識] 浸沒式冷卻液特殊油 vs.氟化液 PFAS

打造高效散熱：浸沒式液冷與關鍵零組件的最佳實踐

在現代數據中心與伺服器設備中，浸沒式液冷技術正快速崛起。此技術透過冷卻液直接接觸電子元件，有效取代傳統空氣冷卻方式，不僅大幅提升散熱效能與能源使用效率，也引起業界對永續發展的高度關注。

本文將介紹兩種常見的浸沒式冷卻液──特殊油（以礦物油為例）與氟化液──並探討它們在實際應用中的性能差異與相容性表現。藉此提供設計參考，協助客戶在 DGX、MGX、HGX 及 ASIC 等高效能系統的客製化散熱方案中，選用適合的冷卻介質與關鍵組件，包括水冷板、冷水分配裝置、分岐管、泵浦、快接頭等，以實現長壽命的熱管理與潤滑減摩效能。

在現代數據中心與伺服器設施中，浸沒式液冷技術正迅速崛起。該技術透過讓冷卻液直接接觸電子元件來取代傳統空氣冷卻系統，不僅顯著提升效能與能源效率，也引發了對環境影響與永續發展的關注。這邊將介紹兩種較常見的浸沒式冷卻液──特殊油（以礦物油為例子）與氟化液──並分析它們在碳排放與環境永續方面的表現。

浸沒式液冷技術對碳排放的影響

浸沒式液冷透過讓冷卻液直接接觸熱源，有效將熱量從電子設備中移除，顯著降低了整體能源消耗與碳排放。相較於需大量能源驅動風扇與空調的傳統空氣冷卻系統，浸沒式液冷在提升熱管理效率的同時，更展現出減碳的明顯優勢。

在冷卻效能方面，氟化液通常優於礦物油，能提供更高效的熱傳導效果。然而，氟化液中含有氟化合物，特別是PFAS（全氟與多氟烷基物質），這類物質具備高度穩定性與持久性，對環境與生態系統可能造成長期損害，引發全球關注。

目前，美國因其歷史因素，優先推動PFAS去除的相關法案。，部分國際知名氟化物製造商也已宣布將於2025年全面停產PFAS相關產品，反映出業界正加速轉向更環保的冷卻液解決方案。

以礦物油與氟化液為例的比較

礦物油與氟化液是當前浸沒式液冷系統中常見的兩種冷卻介質。礦物油具有良好的比熱與導熱性能，成本相對低廉，且化學穩定性高，是較為普及且安全的選擇；氟化液則因其低黏度與優異的熱傳導表現，在特定高效能應用中展現出更佳的冷卻效率。然而，氟化液價格昂貴，且多數產品含有 PFAS，存在潛在的環境與法規風險，因此在選擇上需根據系統需求與永續考量進行全面評估。

在特殊油方面，除了礦物油，新型的材料也不停被討論，酯類、PAO 基礎油也是選擇之一。

酯類冷卻液具有高比熱、高導熱率與優異的生物降解性，在熱穩定性與清潔性方面表現出色，適合追求散熱效率與環保要求的應用。但其吸水性較高、氧化穩定性稍弱，長期運行時需控制水分與氧含量，對系統密封性要求較高。

相對地，PAO 基礎油具備極佳的氧化穩定性與化學惰性，低揮發性、低氣味、低吸水性，適合長壽命、高穩定性運作的封閉式系統，但其導熱率與比熱低於酯類，散熱效率略遜一籌。

因此，酯類適合應用於強調熱傳效能與環保法規的場合，而 PAO 更適合用於穩定性與壽命優先、對熱負載較平穩的應用場景。

性質	礦物油（為例）	氟化液
密度（kg/m³）	800~900	1500~1800
比熱（J/kg·K）	~2000	900~1100
導熱率（W/m·K）	0.11~0.15	0.06~0.07
黏度係數（cSt）	5~10	1.8~2.5
閃燃點（°C）	~150	—
氣味	淡氣味	無味
顏色	油色	透明
價格（USD/Liter）	10~20	100~200

特殊油與氟化液的相容性

相容性項目	說明
極性差異	氟化液為高度非極性且惰性液體，與多數極性或中極性的特殊油（如酯類、聚醚類）不相容或混溶性差。礦物油與氟化液也不互溶。
混溶性問題	即使黏度相近，混合後仍易分層或乳化，影響冷卻與潤滑效果。
材料潤滑性差異	氟化液不具潤滑性，混用會稀釋油膜厚度，降低潤滑性能，可能導致摩擦失效。
熱穩定性差異	氟化液雖具高熱穩定性，但與某些油中添加劑在高溫下可能產生副反應。
化學反應風險	氟化液雖穩定，但部分潤滑油添加劑（如極壓劑）可能引發不可預測的反應。
設備污染與維護	混合後可能產生沉澱或污染，導致冷卻系統維護困難與可靠性下降。

Key points

絕不可將兩者混用於同一系統。
若從氟化液系統更換為特殊油，必須徹底清洗與烘乾設備內部，避免殘留混入。
若設備設計需冷卻與潤滑兼具，應分開設計兩套系統（例如浸沒式冷卻用氟化液、軸承潤滑用傳統油脂）。
選擇材料時需考慮**密封件（如 FKM、PTFE）**的相容性，氟化液可能溶脹某些橡膠材質，NBR, EPDM注意。

小知識：何謂PFAS? 為何逐漸管制？

以含有PFAS（全氟和多氟烷基物質，Per- and Polyfluoroalkyl Substances）的氟化潤滑劑為例，在需要高抗磨損性、抗高溫和化學穩定性的極端環境中的卓越性能而聞名，並且疏水疏油特性，現今被廣泛應用於各種工業和消費品中，包含潤滑劑(Lubricant)，尤其是電子業、半導體業、汽車行業等應用環境更加合適使用。常見的用處有不沾鍋塗層、防水防污衣物、食品包裝材料、消防泡沫、晶圓先進製程（無塵室）、馬達、電腦以及許多其他產品。

PFAS在潤滑油中的使用也帶來了潛在的環境和健康風險。這些物質極難降解，具有生物累積性，並且可以通過廢水排放進入自然水體。如果處理不當，這些含氟化合物會進一步污染土壤和地下水，對生態系統和人類健康造成威脅。PFAS可能會干擾人體的內分泌系統，並與多種健康問題相關，如癌症、免疫系統受損和生殖問題。因此全氟和多氟烷基物質(PFAS) 正逐步淘汰。

隨著全球對PFAS環境影響的關注增加，許多國家和地區已經開始加強對這些化合物的監管。美國環境保護署（EPA）已將全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟辛酸（PFOA）及其衍生物列入《有毒物質控制法》的管制清單，並要求在工業過程中減少其使用或尋找替代品。歐盟則在《斯德哥爾摩公約》中對多種PFAS物質的使用進行了嚴格限制，以減少其對環境和人類健康的影響。這些監管措施促使所有行業尋求無氟替代品和更加環保的潤滑油配方，由電子產業領銜。

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