华东理工大学化工学院导师介绍：刘洪来

　　2、计算机分子模拟
　　流体的热力学性质及相平衡规律的计算机模拟是二十世纪50年代以后发展起来的方法，计算机技术的突飞猛进，是这一方法迅速发展的基础。计算机模拟分为两种：一是Monte Carlo法(MC)，它按照一定的统计分布随机构作系统的微观状态，主要适用于平衡性质的模拟；另一种是分子动力学法(MD)，包括平衡态和非平衡态分子动力学方法，它采用求解粒子运动的动力学方程的方法，除了平衡性质外，它还能模拟迁移性质及非平衡态传递现象。计算机分子模拟的另一作用是直接提供极端条件(高温、高压、辐射等)下的机器“实验”数据以代替困难的实验测定。分子模拟已与理论和实验研究形成三足鼎立之势，成为认识客观世界规律的第三种基本手段。
　　在该研究方向，本课题组主要用MC和MD模拟的相平衡、界面吸附和组装等，曾开发了基于格子模型的链状分子系统相平衡的构型偏倚蒸发MC模拟方法，在国际上首次报道了链长为1~200的二元和三元系的液液平衡数据，用MC方法模拟研究了高分子在固体表面的吸附规律及构型分布、表面活性剂溶液的结束结构，开发了链状流体的分子动力学(MD)模拟方法并模拟了聚电解质和两性聚电解质溶液的渗透系数等。
　　3、高分子系统的微相分离及其演化研究
　　共聚高分子由两种或多种不同性质的单体聚合而成，可以在不同尺度上区分其结构。从分子尺度来看，可以形成线性、星型、梳状、无规接枝和交联网状等高分子，即使由两种单体组成的简单线性共聚高分子，也可以区分为两嵌段共聚物、无规共聚物、交替共聚物、梯度共聚物等不同结构。如果是由多种单体形成的共聚高分子，其结构更加复杂多变。从分子聚集态尺度来看，可以无定型的玻璃态存在，也能形成微晶颗粒分散在玻璃态本体中。当不同单体之间的相互作用差异较大时,高分子共混物或嵌段共聚物倾向于发生相分离，但由于高分子的运动受到限制或嵌段共聚物不同单体之间有化学键相连，不能形成通常意义上的宏观相变，而只能形成纳米到微米尺度的微相分离结构或介观结构。根据组成的不同，可以形成层状、柱状、体心立方、双连续等介观结构。高分子材料的宏观性能不仅决定于单体的结构，还与单体的排列方式、高分子的聚集状态和介观分相结构等不同尺度的结构密切相关。
　　在该方向上，本课题组主要采用实验观察、理论分析和计算机模拟相结合的方法，研究高分子系统不同尺度结构的形成规律、外场对结构的影响及不同尺度结构的演化过程，为用宏观手段调控高分子材料结构及其性能提供理论依据。本组已开发了基于不同粗粒化方法的适用于高分子熔体介观分相结构及其演化过程模拟的键长涨落空穴扩散算法和协同运动算法等MC模拟方法、耗散粒子动力学(DPD)方法、用元胞动力学方法(CDS)和动态密度泛函理论(DDFT)等模拟和计算方法。建立了基于状态方程的动态密度泛函理论，可以计算压力对高分子系统有序无序相变的影响，实验发现可以用不同的表面活性剂调控浇注于表面活性剂溶液表面的嵌段共聚物薄膜的微相结构。
　　4、Gemini表面活性剂溶液研究
　　表面活性剂分子由亲水基团和疏水基团组成，少量加入即能大大降低溶液表面或液/液界面张力，改变系统的界面状态，从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等作用，在医药、机械、石油、煤炭、生化等领域有广泛的应用。表面活性剂可以分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂四大类。表面活性剂的广泛应用与其在溶液中能形成复杂的聚集体结构有密切关系，是一个典型的具有多尺度结构的复杂系统。寻找、合成新的性能更好的表面活性剂，以及通过不同表面活性剂的复配，利用不同性能的表面活性剂的性能互补或协同作用，达到降低表面活性剂用量和提高产品性能的目的，是表面活性剂研究的主要内容之一。利用表面活性剂溶液能形成不同介观结构的特性，还可以用来作为模板剂制备具有各种复杂介观结构的分子筛、药物缓释胶囊、功能性超细粉末等。
　　在该方向上，本课题组主要从事Gemini表面活性剂的合成、表(界)面性质表征、溶液多尺度结构和界面膜结构的观察、与蛋白质和DNA等生物大分子的相互作用，以及Gemini表面活性剂在复杂材料制备中的应用。发现正离子Gemini表面活性剂和负离子表面活性剂混合溶液可以形成双水相，由于结构特殊Gemini表面活性剂作为模板或保护剂合成介孔材料和低维纳米材料有很大的优越性，一种含有刚性头基的Gemini表面活性剂可以在气液界面成核结晶形成3D晶体，而且可以通过无机盐对其形貌进行调控。

　　►荣誉和研究成果获奖
　　(1) 1992年“通过温度、压力和液相组成的测定获得完整汽液平衡数据的研究”获国家教委科技进步二等奖(第二获奖人)
　　(2) 1995年获霍英东青年教师奖(研究类三等奖)
　　(3) 1997年和1999年两次被评为上海市高校优秀青年教师
　　(4) 1998年“高分子系统的分子热力学”获教育部科技进步一等奖(第二获奖人)
　　(5) 2000年获上海市化学化工学会促进化学化工发展和培育人才奖励基金庄长恭奖
　　(6) 2002年被评为教育部全国高等学校优秀骨干教师
　　(7) 2003年“多分散系统的连续热力学”获上海市科技成果二等奖(第3获奖人)

　　►近期科研项目
　　(1) 复杂流体的分子热力学研究，国家杰出青年科学基金项目，2001.1~2004.12
　　(2) 复杂材料的微相平衡和结构演化，国家自然科学基金重点项目，2003.1~2006.12
　　(3) 化学反应过程工程化关键科学问题，上海市科委重大基础研究项目，2005.9~2007.8
　　(4) 两性聚电解质溶液的分子热力学研究，教育部博士点基金项目，2006.1~2008.12
　　(5) 胶体/高分子系统的密度泛函理论，国家自然科学基金面上项目, 2007.1~2009.12
　　(6) 流体物性和相平衡数据的测定和模拟计算，华谊集团合同项目， 2006.12~2007.12