電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道 近日，曙光數(shù)創(chuàng)正式推出全球首個MW級相變浸沒液冷整機(jī)柜及其基礎(chǔ)設(shè)施整體解決方案（C8000 V3.0）。其采用的浸沒式相變液冷換熱技術(shù)表現(xiàn)卓越，最高可支持單機(jī)柜功率超過900kW，達(dá)到MW級，是傳統(tǒng)液冷方案的3 - 5倍，散熱能力超過200W/cm2。該方案采用自研國產(chǎn)冷媒，可實(shí)現(xiàn)全年自然冷卻。此外，它首次規(guī)?；瘧?yīng)用了金剛石銅導(dǎo)熱材料，使導(dǎo)熱率提升80%，助力芯片性能提升10%。

寧波材料所研發(fā)出金剛石/銅高導(dǎo)熱復(fù)合材料

這款關(guān)鍵的金剛石銅導(dǎo)熱材料由中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所功能碳素材料團(tuán)隊(duì)研發(fā)。該所表示，隨著算力產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，芯片熱設(shè)計(jì)功耗持續(xù)攀升，“熱墻”（thermal wall）已成為制約全球算力產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵瓶頸。長期以來，我國高端散熱材料高度依賴進(jìn)口，導(dǎo)熱效率與成本問題直接影響算力基礎(chǔ)設(shè)施的自主可控水平。攻克極端熱管技術(shù)難題，研發(fā)更高性能的先進(jìn)熱管理材料，構(gòu)建自主可控的熱管理材料產(chǎn)業(yè)鏈，成為保障我國算力產(chǎn)業(yè)安全、提升核心競爭力的迫切需求。

該團(tuán)隊(duì)依托自主研發(fā)的高效率3D復(fù)合技術(shù)與規(guī)?；苽涔に?，通過“基礎(chǔ)研究—中試驗(yàn)證—產(chǎn)業(yè)推廣”全鏈條布局，系統(tǒng)攻克了金剛石銅復(fù)合材料在“分散難”“加工難”“表面處理難”等方面的制造難題，成功研制出熱導(dǎo)率突破1000W/mK的金剛石銅復(fù)合材料。該材料在導(dǎo)熱率、熱膨脹匹配及加工精度等關(guān)鍵指標(biāo)上達(dá)到國際先進(jìn)水平。

金剛石/銅復(fù)合材料導(dǎo)熱原理

金剛石/銅復(fù)合材料被視為第三代先進(jìn)電子封裝材料。它巧妙結(jié)合了金剛石極高的熱導(dǎo)率和銅的良好導(dǎo)熱性及加工性，具有高導(dǎo)熱、低密度、熱膨脹系數(shù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是解決AI芯片、5G基站等高功率電子器件散熱問題的理想選擇。

其導(dǎo)熱原理是電子導(dǎo)熱與聲子導(dǎo)熱兩種機(jī)制協(xié)同作用。銅作為連續(xù)的基體，導(dǎo)熱主要依靠內(nèi)部大量自由電子的運(yùn)動。當(dāng)材料一端受熱時，高能自由電子會迅速移動到低溫區(qū)域，通過與原子或其他電子的碰撞傳遞能量，實(shí)現(xiàn)高效熱量傳導(dǎo)。而金剛石作為增強(qiáng)相，其原子通過強(qiáng)烈的共價(jià)鍵結(jié)合，形成規(guī)整的晶格結(jié)構(gòu)。熱量在金剛石中主要以晶格振動的形式傳播，這種晶格振動的能量量子被稱為“聲子”。由于金剛石晶格缺陷極少，聲子傳播阻礙小，因此具有極高的熱導(dǎo)率（可達(dá)2200 W/(m·K)）。

然而，將銅和金剛石復(fù)合在一起并非易事，會遇到巨大的難題——界面熱阻。一方面，導(dǎo)熱機(jī)制不匹配，銅依靠“電子”，金剛石依靠“聲子”，兩種能量載體在界面處難以高效進(jìn)行能量交換。另一方面，物理化學(xué)性質(zhì)差異大，金剛石與銅在熱力學(xué)上互不固溶，且潤濕性極差（接觸角大），導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度低，容易產(chǎn)生微觀缺陷和縫隙，成為聲子和電子傳輸?shù)摹奥氛稀?，極大地阻礙熱量傳遞。

為了充分發(fā)揮金剛石的超高導(dǎo)熱潛力，必須對金剛石/銅界面進(jìn)行優(yōu)化，搭建高效的“熱橋”。目前主要有兩種策略。

一是金剛石表面金屬化。在金剛石顆粒表面預(yù)先鍍上一層薄薄的活性金屬（如鉻Cr、鈦Ti、鎢W等）。在后續(xù)燒結(jié)過程中，這層活性金屬會與金剛石表面的碳反應(yīng)，形成一層碳化物（如Cr?C?, TiC, WC）過渡層。這層碳化物既能與金剛石形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合，又能與銅基體良好地潤濕，從而顯著降低界面熱阻。

二是銅基體合金化。在銅基體中添加少量的活性元素（如鋯Zr、硼B(yǎng)等）。在制備過程中，這些活性元素會擴(kuò)散到金剛石/銅界面處，與金剛石反應(yīng)原位生成碳化物層，同樣起到改善潤濕性和增強(qiáng)界面結(jié)合的作用。

通過上述界面優(yōu)化技術(shù)，熱量在銅和金剛石之間的傳遞路徑得以有效打通，使復(fù)合材料的整體熱導(dǎo)率遠(yuǎn)超純銅，達(dá)到500 - 1000 W/(m·K)甚至更高。

金剛石/銅散熱模組的成功研制與應(yīng)用，是我國在高端散熱材料領(lǐng)域的一次重大突破。它不僅解決了國產(chǎn)算力芯片的散熱難題，更為我國算力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，有望在全球算力競爭中占據(jù)更有利的地位。