氟化液再次引领液冷新纪元 | 上海碳材料展 | 碳材料大会

伴随计算需求的急剧增长，数据中心的功耗和热密度也在不断上升，传统的风冷方式已无法满足高性能数据中心的散热需求。液冷技术因其高效的散热能力逐渐成为主流。液冷技术的发展路线主要分为冷板、浸没式和喷淋三种。那么其中，氟化液作为液冷系统中的核心冷却介质扮演着非常重要的角色，其优越的性能使其在数据中心散热中发挥着关键作用。

1. 数据中心液冷技术的发展趋势

数据中心的高密度和高功耗特性使得散热问题愈加突出。传统的风冷方式受限于空气的导热性能，已经无法满足高效散热的需求。液冷技术因其高效的热传导性能成为解决高热密度问题的关键手段。浸没式液冷是典型的直接接触式液冷，电子设备被浸入冷却液中，产生的热量直接转移到冷却液，并依靠液体的循环进行热传导。根据所使用的冷却液在冷却电子器 件的过程中是否会发生状态改变，可将浸没式液冷分别单相浸没液冷和相变浸没液冷两类。单相的优势在于部署成本和冷却介质成本更低，且无冷却液溢出风险；相变的优势在于散热能力和散热极限更高，但在成本和技术成熟度上还暂时落后于单相。

在浸没式（接触式）液冷技术应用中，除了硬件设备要求，液体冷却剂也是最为关键的因素之一。对比其他类型的冷却液，氟化液的综合性能较好，是理想的液冷材料，其中不饱和结构的全氟化合物是非常重要的研究方向。目前电子氟化液造价相对较高，随着技术发展与国产化替代，液体成本将逐步下降，在国内多个大型和超大型液冷数据中心中规模化应用。

2. 氟化液的性能优势与选择

氟化液作为液冷系统的冷却介质，具备以下显著优势：（1）优异的热传导性能：氟化液具有高导热性和高热容，能够迅速吸收和传递热量，保持设备的稳定运行；（2）低粘度和低蒸气压：低粘度使得氟化液在系统中流动阻力小，低蒸气压则减少了挥发和泄漏的风险，提高了系统的安全性和可靠性；（3）电绝缘性强：氟化液具备优良的电绝缘性能，在液冷系统中使用时不会引起电气短路等问题，确保了设备的安全运行；（4）化学稳定性和环保性：氟化液化学性质稳定，不易分解，且对环境无污染，符合绿色环保的要求。

氟化液作为交换介质的冷却液必须是导热能力强但不导电（或导电性足够低）的介电液体，且对环境、人体健康尽可能友好。目前，浸没式液冷冷却液主要分为碳氢化合物、有机硅化合物和碳氟化合物。碳氢化合物冷却液和有机硅类冷却液常温下呈黏稠状，普遍具有沸点高不易挥发、不腐蚀金属、环境友好、毒性低等共性，且成本较低；但由于具有闪点，油类冷却剂使用中有可燃助燃风险，仅适用于单相浸没式液冷。碳氟化合物（氟化液）普遍具有良好的综合传热性能，可以实现无闪点不可燃；同时由于C-F键能较大，碳氟化合物惰性较强，不易与其他物质反应，传热效率、兼容性和寿命皆优于碳氢和有机硅化合物。氟化液适用于单相与相变浸没式液冷，有望持续主导浸没式液冷市场。

目前综合考虑，具有低介电系数和低GWP值的氟化液性能最为理想，而易于合成，成本较低的氟化液则更适合批量产业化。结合目前行业发展状况和各细分品种的特点氢氟醚、全氟聚醚以及全氟烯烃或将拥有更大的发展前景。

氢氟醚已经作为冷却液应用于数据中心，如3M的Novec系列。但氢氟醚存在介电常数较高、体积电阻率较低的缺陷，适用范围较为受限。氢氟醚通常作为氯氟烃替代物，传统的应用领域为制冷、发泡和清洗等领域。其在电子信息领域的清洗市场份额占比超过64%。对于新的液冷领域而言，氢氟醚介电强度较高，主要用于对介电常数要求不是很严苛的地方，且主要适用于单相浸没液冷。

全氟聚醚具有电绝缘性能高、传递性能好的优点，国内外企业正积极推进其在服务器冷却液中的应用。但全氟聚醚GWP值>5000，不符合绿色环保的标准，且价格较 高，可能更适合作为半导体领域冷却液使用。全氟烯烃具有低介电常数、低GWP值、流动性好的优点，且细分的六氟丙烯低聚体易批量化生产，相比氢氟醚和全氟聚醚具备一定成本优势，待毒性和酸性问题解决后，有望成为数据中心优选。

全氟烯烃主要包括六氟丙烯低聚体和全氟环烯烃，具有电绝缘性能高、传递性能 好、流动性高的优点，且因其含有不饱和键的原因，在大气环境中可快速降解，导致 GWP 值很低。全氟烯烃可通过简洁高效的路线合成得到，特别是六氟丙烯二聚体、三聚体很容易实现批量化生产，且相比氢氟醚和全氟聚醚而言，成本优势更为明显。目前国内很多公司都在推动其在浸没式液冷系统的应用，如果解决了使用过程中的毒性和酸性问题，市场空间有望持续增长。

3. 关于“氟化液”供给侧

考虑到未来市场的发展前景，本章主要着眼于氟化液在冷却剂方面的用途。需求端而言，增量市场方面，氟化液性能优异，是最为理想的数据中心浸没式冷却液，2025年全球/国内用量或超10/3万吨，市场有望超过200/45亿元；存量市场方面，3M退出PFASs生产，约80%的全球半导体冷却液市场处于供应商切换窗口，我国的氟化液企业迎来了重要的发展机遇。从细分品种来看，氢氟醚/全氟聚醚/全氟烯烃占据主流。其中，氢氟醚相对成熟但与液冷适配性不强，更多用于清洗领域；全氟聚醚价格较高，半导体领域更为适用；全氟烯烃性能较佳，易于大规模制备，具备成本优势，或为数据中心冷却液优选，但也存在毒性和酸性等极需解决的问题。供给端而言，目前全球高性能电子氟化液份额主要被3M、索尔维、旭硝子和科慕等外企占据，详细产品介绍如下所示。

国内上市公司中，新宙邦、巨化股份、永和股份、永太科技已有氢氟醚、 全氟聚醚和全氟烯烃等氟化液产能布局。新宙邦是国内氟化液领头羊，氟化液产品矩阵较全，放量确定性较高；巨化股份发力全氟聚醚，巨芯冷却液项目持续推进，存在导入阿里云的可能；永和股份全氟烯烃有望凭借成本优势实现放量；永太科技承接中科院上海有机所技术并推进项目建设。

4. 氟化液市场一片蓝海，国产替代加速

在电子氟化液领域，国内企业仍处于加速追赶状态，以巨化股份、新宙邦和永和、永太等代表的企业已取得一定突破。国内主流厂商的氟化液成分以氢氟醚、全氟聚 醚、全氟烯烃为主，同样可用于半导体生产和数据中心的冷却，以及多个领域苛刻条 件下的清洗与润滑。根据氟务在线数据，到2025年，我国液冷服务器市场规模将达到1283.2亿元。其中，浸没式液冷市场占526.1亿元，占比将超过40%。届时，氟化液在国内数据中 心市场的需求有望超3万吨、2023-2025年CAGR有望超30%，以 200元/kg均价对应 国内数据中心领域的市场规模超60亿元。此外，根据中润网资讯，2025 年全球数据中心浸没式冷却液总市场规模有望达 到10万吨，以200元/kg均价对应全球数据中心领域的市场规模约200亿元。

5. 产品推介

在电子氟化液领域目前国内百花齐放，各大企业快马加鞭结合自身优势推出具有自身优势的数据中心用“氟化液”的产品系列，下图主要介绍了目前国内永和股份、巨化股份、新宙邦、永太科技关于氟化液的相关产品信息以供参考:

参考资料

[1] 液冷产业加速推进，氟化液逐浪新蓝海

[2] 氟化工行业深度系列

[3] 数据中心市场规模持续扩 张，氟化液国产替代有望加速

[4] 新宙邦深度之二：氟化液加速国产替代，有机氟业务稳步成长