近日，材料与能源学院张亚刚教授团队联合清华大学、北京化工大学等单位，在材料科学顶尖期刊Progress in Materials Science上发表题为“Liquid cooling – from molecular design, materials to technologies and applications”的长篇前沿综述论文。论文系统梳理了液态冷却技术的发展脉络，从冷却液分子设计、冷却介质材料、技术路线到工程应用开展全景剖析述评，为下一代冷却液研发与液冷系统优化提供重要参考和前沿方向。电子科技大学材料与能源学院为论文第一署名单位，材料与能源学院博士生邓开敏为第一作者，博士后刘艳霞为共同第一作者。张亚刚教授与清华大学危岩教授为论文共同通讯作者。
液态冷却材料是支撑5G/6G下一代移动通信、人工智能、数据中心、云计算技术等未来产业发展的核心关键材料。随着通讯和大功率集成电路向高频高速方向快速发展，系统功率与热流密度持续攀升，传统风冷受限于物理瓶颈，已经难以满足高算力装备的散热需求。液态冷却以液体作为换热介质，拥有传热效率高、能耗低的突出优势，在数据中心、5G/6G 基站、新能源汽车、电力变压器等领域展现巨大的优势和应用前景。
目前在液态冷却领域，缺少从分子结构出发，指导液态冷却材料设计、工程应用的里程碑式系统总结，鉴于此，该综述立足分子微观视角，以"液冷技术—分子结构—冷却介质—应用场景"为主线进行深入剖析，为领域未来发展提供重要参考（图1）。
图1 液态冷却-从分子设计、材料到技术与应用。
文章分析了主流液态冷却技术的散热机理，以及冷却液分子微观结构对导热系数、黏度、电导率、比热容等关键物性的内在调控规律，并首次系统全面总结了各类典型冷却介质的分子结构（图2）。在此基础上，对比分析了水基介质、烃类、有机硅、氟碳化合物、液态金属、纳米流体、相变乳液等各类冷却介质的优缺点与适用范围。在国际上首次提出了用于冷却液筛选优化的四因素分析法，选取导热系数、黏度、电导率、凝固点四大核心指标构建综合评价模型，并以数据中心场景为例，通过确定各项指标权重，提出应从四个维度综合评价，设计性能更优的液态冷却介质。同时，文章还从资本投入、运维成本、PUE、投资回报周期等维度，量化评估不同液冷方案的经济性。
图2 液态冷却介质的种类及其分子结构。(a) 醇类；(b) 矿物油；(c) 植物基绝缘油；(d) 合成油；(e) 联苯‑二苯醚共熔混合物；(f) 硅油；(g) 氯氟烃；(h) 氢氯氟烃；(i) 氢氟烃；(j) 氢氟醚；(k) 氢氟烯烃；(l) 氢氯氟烯烃；(m) 全氟化合物
文章系统梳理了液冷技术在数据中心、5G/6G基站、新能源汽车及电力变压器四大典型场景中的工程应用现状，综合评估了不同技术路线的成熟度、热流适配性与冷却液选型策略，并指出了四因素分析法对实际工程选型的指导价值。
冷却介质分子结构与热物性的解析
文章从分子层面系统总结了不同功能基团类型、碳链长度及支化程度对冷却介质热导率、黏度、电导率和凝固点等关键热物理参数的影响规律，揭示了分子结构—物性—散热性能之间的内在关联，为特定应用场景的冷却介质分子设计提供了理论依据（图3）。
图3 分子结构对冷却液热物理性质的影响机制。(a) 分子链构型与极性对导热系数的影响：(i) 直链结构；(ii) 支链结构；(iii) 非极性基团；(iv) 极性基团。(b) 分子内旋转能垒对液体黏度的影响。(c) 分子转动自由度对比热容的影响。
四因素分析方法的建立与验证
该论文在国际上首次提出了基于热导率、黏度、电导率和凝固点的四因素综合分析方法（图4），通过范围归一化、确定核心指标权重、与加权求和计算综合性能指数，可用于设计、评估和筛选新的液态冷却介质。
图4 四因素分析法，用于开发性能更优异的液冷介质。
多场景应用现状与技术成熟度评估
文章梳理了液冷技术的四条主要应用路径：数据中心场景下，直接浸没式液冷具有最高散热效率，与余热回收结合可进一步降低系统能耗；5G/6G 基站场景中，热虹吸与蒸气压缩混合系统占据主导地位，可通过优化充注率与结构设计提升冷却效率；新能源汽车动力电池领域，间接冷板液冷技术相对成熟，集成化热管理系统将成为未来研究方向；电力变压器场景下，植物基纳米流体面临多性能协同优化的挑战。
论文从分子结构层面出发，建立了液冷技术—冷却介质物性—应用场景的框架，旨在为液态冷却领域的研究者与工程技术人员提供了学术参考。
该工作得到国家自然科学基金、四川省天府峨眉科技创新领军人才项目、电子科技大学杰出人才启动经费等项目的支持。
Progress in Materials Science（Prog. Mater. Sci.）由 Elsevier 出版，创刊于1949 年，是材料科学领域历史悠久的旗舰期刊，长期稳居材料领域 Q1分区，最新影响因子42.9,五年影响因子47.2，是材料学科领域顶尖期刊和把握学科发展态势的权威学术平台。
作者简介：张亚刚，电子科技大学材料与能源学院教授，博士生导师，俄罗斯工程院外籍院士，中国化学会理事，英国皇家化学会 Fellow。主要从事包括功能导向的分子识别与组装，面向能源、环境和大健康的新型功能和复合材料设计，主持完成国家青年人才，国家自然科学基金，中国科学院，企业横向课题等项目30多项，获省部级科技进步一等奖2项，二等奖3项。在Chemical Society Reviews, Progress in Polymer Science, Progress in Materials Science,Electrochemical Energy Reviews, Nano-Micro Letter,InfoMat, SusMat, Applied Catalysis B: Environment and Energy, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Chemical Engineering Journal等国内外高水平期刊发表论文100余篇，被引用3400多次，多篇论文入选 ESI 高被引论文，并担任SCI期刊 The Innovation 青年编辑，InfoMat 青年编委，Nanomaterials 编委、专刊编辑。
论文信息：Kaimin Deng1, Yanxia Liu1, Yagang Zhang*,Ruoxin Li, Lin Zhao, Yuke Shen, Yen Wei*.Liquid cooling – from molecular design, materials to technologies and applications，Progress in Materials Science2027,165,101814.https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2026.101814
