一种数据中心二次侧高效换热长效冷却液组合物的制作方法

本发明涉及冷却液，具体为一种数据中心二次侧高效换热长效冷却液组合物。

背景技术：

1、随着全球数字经济的快速发展，数据中心作为算力基础设施的核心，其能耗问题日益突出。冷却系统能耗占数据中心总能耗的30%~40%，直接影响数据中心的pue值和运行成本。液冷技术凭借高效的换热能力，已成为高密度数据中心冷却的主流发展方向，其中二次侧冷却液作为热量传递的介质，其性能直接决定了液冷系统的换热效率和运行可靠性。

2、目前市场上的数据中心二次侧冷却液多采用水-乙二醇二元基液体系，添加单一纳米导热剂、传统缓蚀剂和杀菌剂等组分。然而，现有技术存在诸多难以克服的缺陷：其一，二元基液的导热系数和比热容有限，难以满足高密度算力设备的散热需求，且低温流动性和高温稳定性难以兼顾，使用温度范围较窄；其二，纳米导热剂多为单一结构的纳米颗粒，表面改性方式单一，在基液中易发生团聚和沉降，导致长期运行后换热效率大幅下降，同时纳米颗粒的高表面活性还会加速金属表面的腐蚀；其三，传统缓蚀剂多为三元复配体系，对数据中心换热系统中同时存在的紫铜、铝合金、碳钢、不锈钢等多种金属材料的协同保护能力不足，长期运行后易出现点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀问题；其四，现有杀菌剂仅能抑制浮游细菌的生长，无法有效剥离已形成的生物膜，生物膜的附着不仅会显著降低换热效率，还会引发严重的垢下腐蚀；其五，传统稳定剂仅具有抗氧化功能，不能主动捕获基液降解产生的自由基，导致基液易老化，ph值波动较大，需要频繁检测和调整；此外，现有消泡剂的抗气蚀能力较差，在高速流动工况下易产生气蚀现象，损坏换热设备。

3、上述缺陷导致现有冷却液的使用寿命较短，更换和维护成本高昂，严重制约了液冷技术在高密度数据中心的大规模应用。因此，开发一种同时具备高效换热、长效稳定、多金属协同缓蚀和生物膜防控能力的数据中心二次侧冷却液组合物，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种数据中心二次侧高效换热长效冷却液组合物。

3、（二）技术方案

4、一种数据中心二次侧高效换热长效冷却液组合物，按质量百分比计，包括以下组分：四元复合基液82%~90%、梯度核壳结构双功能纳米导热剂0.8%~3%、四元协同多金属缓蚀剂2.5%~6%、生物膜剥离-抑制-分散三重功能剂1.2%~3.5%、自由基捕获型长效稳定剂0.8%~2.5%、低泡抗气蚀消泡剂0.08%~0.4%、ph缓冲调节剂0.2%~1.2%、金属离子螯合剂0.1%~0.5%；

5、所述四元复合基液由去离子水、1,2-丙二醇、二甲基亚砜和碳酸乙烯酯按质量比(48~62):(28~38):(6~12):(2~5)混合而成；所述梯度核壳结构双功能纳米导热剂以氮化硼-石墨烯杂化纳米片为内核，厚度为3~15nm，内核表面依次包覆厚度为1~3nm的羟基磷灰石过渡层和厚度为2~4nm的氨基改性二氧化硅壳层，壳层表面同时接枝分子量为3000~6000的聚乙二醇单甲醚和含膦酸基团的硅烷偶联剂；所述四元协同多金属缓蚀剂由有机膦酸类化合物、苯并三氮唑衍生物、钼酸盐和咪唑啉季铵盐按质量比(2~4):(1~2):(1~1.5):(0.5~1)复配而成；所述生物膜剥离-抑制-分散三重功能剂由十二烷基二甲基苄基氯化铵、聚马来酸酐和聚天冬氨酸按质量比(1~2):(3~5):(1~2)复配而成；所述自由基捕获型长效稳定剂由2,6-二叔丁基对甲酚、三乙醇胺和2-巯基苯并咪唑按质量比(1~1.5):(2~3):(0.3~0.8)复配而成。

6、优选的，所述有机膦酸类化合物为羟基乙叉二膦酸、氨基三亚甲基膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸中的一种或多种；所述苯并三氮唑衍生物为甲基苯并三氮唑、羧基苯并三氮唑或巯基苯并噻唑中的一种或多种；所述钼酸盐为钼酸钠或钼酸钾；所述咪唑啉季铵盐为油酸基咪唑啉季铵盐或硬脂酸基咪唑啉季铵盐。

7、优选的，所述梯度核壳结构双功能纳米导热剂的制备方法包括：将氮化硼纳米片和氧化石墨烯按质量比(8~12):1分散于n-甲基吡咯烷酮中，在120~150℃下水热反应12~24小时，得到氮化硼-石墨烯杂化纳米片；将其分散于乙醇-水混合溶液中，加入硝酸钙和磷酸氢二铵，在60~80℃下反应2~4小时，得到羟基磷灰石包覆的杂化纳米片；再将其分散于乙醇中，加入氨水调节ph值至9~10，滴加正硅酸乙酯和氨基丙基三乙氧基硅烷的混合液，在40~60℃下反应4~8小时，得到氨基改性二氧化硅包覆的纳米片；最后将其分散于n,n-二甲基甲酰胺中，加入聚乙二醇单甲醚和膦酸丙基三甲氧基硅烷，在80~100℃下反应16~28小时，离心洗涤后得到所述梯度核壳结构双功能纳米导热剂。

8、优选的，所述低泡抗气蚀消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂与聚丙二醇按质量比(3~5):1复配而成；所述金属离子螯合剂为乙二胺四乙酸二钠或二乙烯三胺五乙酸五钠。

9、优选的，所述ph缓冲调节剂为硼砂-氢氧化钠缓冲体系或磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲体系，缓冲容量≥0.05mol/l。

10、优选的，所述的数据中心二次侧高效换热长效冷却液组合物的制备方法，包括以下步骤：

11、s1.按配比将去离子水、1,2-丙二醇、二甲基亚砜和碳酸乙烯酯加入带有冷凝回流装置的反应釜中，在35~45℃、氮气保护下以200~300rpm搅拌混合20~30分钟，得到四元复合基液；

12、s2.按配比将梯度核壳结构双功能纳米导热剂加入四元复合基液中，先以500~700rpm高速搅拌15~20分钟进行预分散，然后在超声功率为250~450w、频率为25~35khz的条件下进行超声分散，同时保持搅拌速度为300~400rpm；

13、s3.按配比将金属离子螯合剂加入上述分散液中，搅拌10~15分钟使其完全溶解，然后依次加入四元协同多金属缓蚀剂、生物膜剥离-抑制-分散三重功能剂和自由基捕获型长效稳定剂，每加入一种组分后搅拌15~20分钟；

14、s4.按配比加入低泡抗气蚀消泡剂，继续搅拌15~25分钟；

15、s5.用ph缓冲调节剂调节溶液ph值至8.2~8.8，然后依次通过1μm、0.45μm和0.22μm的三级微孔滤膜进行加压过滤，得到所述冷却液组合物。

16、优选的，步骤s2中，超声分散采用间歇式超声方式，超声4分钟，暂停1分钟，总超声时间为40~70分钟，且分散过程中通过循环冷却水控制体系温度不超过45℃。

17、优选的，步骤s3中，所有组分的加入均在氮气保护下进行，且搅拌速度保持在350~450rpm，体系温度控制在35~45℃。

18、优选的，步骤s5中，三级过滤均采用聚丙烯折叠滤芯，过滤压力依次为0.1~0.15mpa、0.15~0.2mpa和0.2~0.25mpa，过滤后得到的冷却液组合物中固体颗粒粒径≤0.1μm，且无可见悬浮物。

19、（三）有益的技术效果

20、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

21、采用四元复合基液体系，通过优化各组分的配比，实现了导热性能、比热容、低温流动性和高温稳定性的最佳平衡，大幅拓宽了冷却液的使用温度范围，能够适应不同地域和不同工况下的数据中心冷却需求。

22、梯度核壳结构双功能纳米导热剂以氮化硼-石墨烯杂化纳米片为内核，显著提升了导热性能；通过梯度壳层结构和表面双接枝改性，有效解决了纳米颗粒易团聚、易沉降的问题，大幅提高了纳米分散体系的长期稳定性，同时接枝的功能性基团还能与缓蚀剂产生协同作用，进一步增强了缓蚀效果。

23、采用四元协同多金属缓蚀剂体系，针对数据中心换热系统中常见的多种金属材料，通过不同缓蚀机理的协同作用，在金属表面形成致密、均匀的保护膜，全面抑制了均匀腐蚀和局部腐蚀，显著延长了换热设备的使用寿命。

24、本发明开发的生物膜剥离-抑制-分散三重功能剂，不仅能有效抑制浮游细菌的生长，还能快速剥离已形成的生物膜，同时分散体系中的悬浮颗粒，从根源上解决了生物膜附着导致的换热效率下降和垢下腐蚀问题。

25、采用自由基捕获型长效稳定剂，不仅能抑制基液的氧化反应，还能主动捕获基液降解产生的自由基，显著延缓了基液的老化速度，稳定了体系的ph值，减少了冷却液的检测和维护次数。