近年來，隨著國家政策對數(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值的公認利器，已成行業(yè)焦點技術(shù)。發(fā)改委、工信部等四部門印發(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，達到政策要求。此外，液冷可解決高密度散熱問題，節(jié)約建設成本，同時還具備靜音低噪、易于選址的優(yōu)勢，更適應未來發(fā)展。
對電子應用的液體冷卻劑有許多要求，因應用類型而異，一般可能包括：
– 良好的熱物理特性（高導熱性和比熱；低粘度；兩相應用的高蒸發(fā)潛熱）。
– 低凝固點和爆裂點（有時為了運輸和/或儲存的目的，需要在-40°C或更低的溫度下進行爆裂保護）。
– 單相系統(tǒng)要求沸點高（或工作溫度下的蒸汽壓力低）；兩相系統(tǒng)要有合適的沸點。
– 在電子系統(tǒng)的使用壽命內(nèi)具有良好的化學和熱穩(wěn)定性。
– 高閃點和自燃溫度（有時要求不可燃性）。
– 對結(jié)構(gòu)材料無腐蝕性（金屬以及聚合物和其他非金屬）。
– 沒有或僅有極少的法規(guī)限制（環(huán)境友好、無毒，可生物降解）。
– 經(jīng)濟性。
由于在浸沒式液冷技術(shù)中，冷卻液與電子產(chǎn)品直接接觸，對冷卻液的絕緣性、傳熱性等性能有嚴格的要求，認為理想的浸沒式冷卻液需滿足以下技術(shù)指標：
（1）絕緣體儲存電能的性能較弱，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在冷卻液中而不會顯著損失信號完整性；
（2）絕緣性能優(yōu)異，體積電阻率>1×1012 Ω?cm，介電強度>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動黏度<50cSt；
（4）雙相浸沒式冷卻液的沸點一般為 20~100 ℃；單相浸沒式冷卻液的沸點一般大于 100 ℃；
（5）優(yōu)異的熱傳遞性能，比熱容≥0.96 J/(g·K )，液體導熱率≥0.06 W/(m·K)；
（6）材料相容性好，化學穩(wěn)定性高，不燃，且與電子部件接觸時不產(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，業(yè)已表明：介電常數(shù)、GWP值、絕緣性能指標等指標難以同時滿足。因此，這些指標成為開發(fā)浸沒式冷卻液成敗的關(guān)鍵指標。
截至目前，浸沒式冷卻液可根據(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，進一步可細分為氫氟烴、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式冷卻液主要包括氫氟烴和氫氟醚，其特點是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式冷卻液的技術(shù)指標。氫氟醚的介電常數(shù)都較高，均遠大于2.5，究其原因是分子極性較大，導致增加了其介電常數(shù)。目前，氫氟醚主要用于對介電常數(shù)要求不是很嚴苛的領(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，可明顯增強其與OH自由基的反應活性，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電荷集中，導致氟具有較低的電子和原子極化率。因此，氟取代引起 的獨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)越小；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)指標層面上，可滿足理想浸沒式的要求。但是上述化合物的GWP值一般大于5000，具有強溫室效應。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。
為滿足大數(shù)據(jù)、云計算的基礎(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發(fā)了具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的系列浸沒式含氟電子冷卻液，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，可以滿足不同浸沒式冷卻系統(tǒng)的傳熱要求。具體指標見下表：
| 物化參數(shù) | FEC-50 | FEC-110 | FEC-140 | FEC-160 |
| 產(chǎn)品性狀 | 無色液體 | 無色液體 | 無色液體 | 無色液體 |
| 摩爾質(zhì)量，g/mol | 300 | 450 | 512 | 600 |
| 液體密度，g/mL,25℃ | 1.5873 | 1.83 | 1.546 | 1.709±0.06 |
| 比熱容，J/(kg K) | 1.2977 | 0.865 | 1.4601 | 1.7113 |
| 導熱系數(shù)，W/(m k) | 0.07130 | 0.06844 | 0.0701 | 0.0635 |
| 汽化潛熱，KJ/mol | 28.93±3.0 | 32.067 | 33.29±3.0 | 40.92±3.0 |
| 沸點，℃ | 47.1 | 107.2 | 108.5±40.0 | 158.6 |
| 飽和蒸汽壓，mmHg（25℃） | 215 | / | 30.2 | 0.749 |
| 可燃性 | 不燃 | 不燃 | 不燃 | 不燃 |
| 介電常數(shù)（1kHz，25℃） | 2.00 | 1.87 | 1.84 | <2 |
| ODP值 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| GWP100 | 135 | 420 | 62 | 480 |
參考文獻：
[1] 張呈平，郭勤，賈曉卿，權(quán)恒道．數(shù)據(jù)中心用浸沒式冷卻液的研究進展[J/OL]．精細化工. https://doi.org/10.13550/j.jxhg.20220510
[2] GUO L （郭亮）， XIE L N （謝麗娜）， LAN B （藍濱）， 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.
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