人物經(jīng)歷
1982年7月浙江大學化工工程專業(yè)本科畢業(yè),獲工學學士學位; 1985年2月華東化工學院化學工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè),獲工學碩士學位;1992年6月華東化工學院化學工程專業(yè)博士研究生畢業(yè),獲工學博士學位。
1985年3月至今華東理工大學化學系工作;1995年8月被聘為教授;現(xiàn)為《化學學報》、《Chinese J. Chem.》和《過程工程學報》編委。2000年獲國家杰出青年科學基金資助。在國際學術刊物上發(fā)表研究論文110余篇,研究成果曾獲省部級科技進步二等獎2項、一等獎1項。
研究方向
1、分子熱力學和分子傳遞現(xiàn)象研究
分子熱力學主要從分子水平上研究分子結構、分子間力和流體結構與宏觀熱力學性質(zhì)、相平衡性質(zhì)間的定量關系,為化學工程和工藝設計、新型分離過程的開發(fā)提供基礎數(shù)據(jù)和模型。分子熱力學是在六十年代開始逐漸建立起來的化學工程領域的分支學科,近代分子熱力學的典型研究方法是在嚴格的統(tǒng)計力學推導基礎上,適當引入合理的簡化假設,得到含有一定數(shù)量的普適性常數(shù)的模型,而用嚴格準確的計算機分子模擬結果確定這些普適性常數(shù),使最終得到的分子熱力學模型不僅具有嚴格的統(tǒng)計力學基礎,而且其形式又相對比較簡單,適合于工程應用。分子傳遞是從分子水平上研究工程或應用中出現(xiàn)的傳遞問題,其主要內(nèi)容是提供表達分子結構的分子參數(shù)與傳遞性質(zhì)(如粘度、導熱系數(shù)和擴散系數(shù)等)間的定量關系。
在該研究方向上,本課題組主要從事復雜系統(tǒng)相平衡數(shù)據(jù)的實驗測試,分子熱力學和分子傳遞模型的建立,曾建立了多元系由tpx推算y的曲面樣條函數(shù)法,基于格子模型的多元高分子溶液混合亥氏函數(shù)模型,基于自由空間模型的鏈狀分子系統(tǒng)狀態(tài)方程,聚電解溶液分子熱力學模型,鏈狀非均勻流體的密度泛函理論,小分子在高分子膜中的分子傳遞模型等。
2、計算機分子模擬
流體的熱力學性質(zhì)及相平衡規(guī)律的計算機模擬是二十世紀50年代以后發(fā)展起來的方法,計算機技術的突飛猛進,是這一方法迅速發(fā)展的基礎。計算機模擬分為兩種:一是Monte Carlo法(MC),它按照一定的統(tǒng)計分布隨機構作系統(tǒng)的微觀狀態(tài),主要適用于平衡性質(zhì)的模擬;另一種是分子動力學法(MD),包括平衡態(tài)和非平衡態(tài)分子動力學方法,它采用求解粒子運動的動力學方程的方法,除了平衡性質(zhì)外,它還能模擬遷移性質(zhì)及非平衡態(tài)傳遞現(xiàn)象。計算機分子模擬的另一作用是直接提供極端條件(高溫、高壓、輻射等)下的機器“實驗”數(shù)據(jù)以代替困難的實驗測定。分子模擬已與理論和實驗研究形成三足鼎立之勢,成為認識客觀世界規(guī)律的第三種基本手段。
在該研究方向,本課題組主要用MC和MD模擬的相平衡、界面吸附和組裝等,曾開發(fā)了基于格子模型的鏈狀分子系統(tǒng)相平衡的構型偏倚蒸發(fā)MC模擬方法,在國際上首次報道了鏈長為1~200的二元和三元系的液液平衡數(shù)據(jù),用MC方法模擬研究了高分子在固體表面的吸附規(guī)律及構型分布、表面活性劑溶液的結束結構,開發(fā)了鏈狀流體的分子動力學(MD)模擬方法并模擬了聚電解質(zhì)和兩性聚電解質(zhì)溶液的滲透系數(shù)等。
3、高分子系統(tǒng)的微相分離及其演化研究
共聚高分子由兩種或多種不同性質(zhì)的單體聚合而成,可以在不同尺度上區(qū)分其結構。從分子尺度來看,可以形成線性、星型、梳狀、無規(guī)接枝和交聯(lián)網(wǎng)狀等高分子,即使由兩種單體組成的簡單線性共聚高分子,也可以區(qū)分為兩嵌段共聚物、無規(guī)共聚物、交替共聚物、梯度共聚物等不同結構。如果是由多種單體形成的共聚高分子,其結構更加復雜多變。從分子聚集態(tài)尺度來看,可以無定型的玻璃態(tài)存在,也能形成微晶顆粒分散在玻璃態(tài)本體中。當不同單體之間的相互作用差異較大時,高分子共混物或嵌段共聚物傾向于發(fā)生相分離,但由于高分子的運動受到限制或嵌段共聚物不同單體之間有化學鍵相連,不能形成通常意義上的宏觀相變,而只能形成納米到微米尺度的微相分離結構或介觀結構。根據(jù)組成的不同,可以形成層狀、柱狀、體心立方、雙連續(xù)等介觀結構。高分子材料的宏觀性能不僅決定于單體的結構,還與單體的排列方式、高分子的聚集狀態(tài)和介觀分相結構等不同尺度的結構密切相關。
在該方向上,本課題組主要采用實驗觀察、理論分析和計算機模擬相結合的方法,研究高分子系統(tǒng)不同尺度結構的形成規(guī)律、外場對結構的影響及不同尺度結構的演化過程,為用宏觀手段調(diào)控高分子材料結構及其性能提供理論依據(jù)。本組已開發(fā)了基于不同粗;椒ǖ倪m用于高分子熔體介觀分相結構及其演化過程模擬的鍵長漲落空穴擴散算法和協(xié)同運動算法等MC模擬方法、耗散粒子動力學(DPD)方法、用元胞動力學方法(CDS)和動態(tài)密度泛函理論(DDFT)等模擬和計算方法。建立了基于狀態(tài)方程的動態(tài)密度泛函理論,可以計算壓力對高分子系統(tǒng)有序無序相變的影響,實驗發(fā)現(xiàn)可以用不同的表面活性劑調(diào)控澆注于表面活性劑溶液表面的嵌段共聚物薄膜的微相結構。
4、Gemini表面活性劑溶液研究
表面活性劑分子由親水基團和疏水基團組成,少量加入即能大大降低溶液表面或液/液界面張力,改變系統(tǒng)的界面狀態(tài),從而產(chǎn)生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等作用,在醫(yī)藥、機械、石油、煤炭、生化等領域有廣泛的應用。表面活性劑可以分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑四大類。表面活性劑的廣泛應用與其在溶液中能形成復雜的聚集體結構有密切關系,是一個典型的具有多尺度結構的復雜系統(tǒng)。尋找、合成新的性能更好的表面活性劑,以及通過不同表面活性劑的復配,利用不同性能的表面活性劑的性能互補或協(xié)同作用,達到降低表面活性劑用量和提高產(chǎn)品性能的目的,是表面活性劑研究的主要內(nèi)容之一。利用表面活性劑溶液能形成不同介觀結構的特性,還可以用來作為模板劑制備具有各種復雜介觀結構的分子篩、藥物緩釋膠囊、功能性超細粉末等。
在該方向上,本課題組主要從事Gemini表面活性劑的合成、表(界)面性質(zhì)表征、溶液多尺度結構和界面膜結構的觀察、與蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子的相互作用,以及Gemini表面活性劑在復雜材料制備中的應用。發(fā)現(xiàn)正離子Gemini表面活性劑和負離子表面活性劑混合溶液可以形成雙水相,由于結構特殊Gemini表面活性劑作為模板或保護劑合成介孔材料和低維納米材料有很大的優(yōu)越性,一種含有剛性頭基的Gemini表面活性劑可以在氣液界面成核結晶形成3D晶體,而且可以通過無機鹽對其形貌進行調(diào)控。
榮譽
(1) 1992年“通過溫度、壓力和液相組成的測定獲得完整汽液平衡數(shù)據(jù)的研究”獲國家教委科技進步二等獎(第二獲獎人)
(2) 1995年獲霍英東青年教師獎(研究類三等獎)
(3) 1997年和1999年兩次被評為上海市高校優(yōu)秀青年教師
(4) 1998年“高分子系統(tǒng)的分子熱力學”獲教育部科技進步一等獎(第二獲獎人)
(5) 2000年獲上海市化學化工學會促進化學化工發(fā)展和培育人才獎勵基金莊長恭獎
(6) 2002年被評為教育部全國高等學校優(yōu)秀骨干教師
(7) 2003年“多分散系統(tǒng)的連續(xù)熱力學”獲上海市科技成果二等獎(第3獲獎人)
科研項目
(1) 復雜流體的分子熱力學研究,國家杰出青年科學基金項目,2001.1~2004.12
(2) 復雜材料的微相平衡和結構演化,國家自然科學基金重點項目,2003.1~2006.12
(3) 化學反應過程工程化關鍵科學問題,上海市科委重大基礎研究項目,2005.9~2007.8
(4) 兩性聚電解質(zhì)溶液的分子熱力學研究,教育部博士點基金項目,2006.1~2008.12
(5) 膠體/高分子系統(tǒng)的密度泛函理論,國家自然科學基金面上項目, 2007.1~2009.12
(6) 流體物性和相平衡數(shù)據(jù)的測定和模擬計算,華誼集團合同項目, 2006.12~2007.12
代表性論文
(1) Hu, Y., Liu, H.L., Prausnitz, J. M. Equation of state for fluids containing chainlike molecules, J. Chem. Phys.,104, 1996: 396-404
(2) Yan, Q.L., Liu, H.L., Hu, Y. Simulation of phase equilibria for lattice polymers, Macromolecules, 29, 1996: 4066-4071
(3) Hu, Y.,Jiang, J.W.,Liu, H.L.,Prausnitz, J. M. Thermodynamic Properties of Aqueous Solutions: Non-symmetric sticky electrolytes with overlap between ions in the mean-spherical approximation, J. Chem. Phys. 106, 1997: 2718-2727
(4) Jiang, J.W.,Yan, Q.L.,Liu, H.L.,Hu, Y. Monte-Carlo simulation of liquid-liquid equilibria for ternary chain molecule systems on a lattice, Macromolecules, 30, 1997: 8459-8462
(5) Jiang, J.W.,Liu, H.L.,Hu, Y., Prausnitz, J.M. A molecular-thermodynamic model for polyelectrolyte solutions, J. Chem. Phys., 108, 1998: 780~784
(6) Jiang, J.W.,Liu, H.L.,Hu, Y. Polyelectrolyte solutions with stickiness between polyions and counterions , J. Chem. Phys., 110, 1999: 4952~4962
(7) Chen, T., Liu, H.L.,Hu, Y. Monte Carlo Simulation of Phase Equilibria for Random Copolymers, Macromolecules, 33, 2000: 1904~1909
(8) Chen, T., Liu, H.L.,Hu, Y.. Monte Carlo Simulation for the Adsorption of Diblock Copolymers (I) In Non-Selective Solvent, J. Chem. Phys., 114(13), 2001: 5937-5948
(9) Meng S. H., Cai J., Liu H.L., Hu Y.. Fluids of Hard-Spheres with Two Sticky Thin Layers, Liquid-Liquid Transition for Pure Substances, J. Chem. Phys., 115(2), 2001: 970-976
(10) Han X., Xu J., Liu H. L., Hu Y., A new approach to thick films of a block copolymer with ordered structures, Macrom. Rapid Comm., 26, 2005: 1810-1813
(11) Ye Z. C., Cai J., Liu H. L., Hu Y., Density functional theory for density and chain conformation profiles of square-well chains confined in a slit, J. Chem. Phys., 123(19), 2005: 194902
(12) Han X., Hu J., Liu H.L., Hu Y., SEBS aggregate patterning at surface studied by atomic force microscopy, -3433
(13) Jiang J. W., Feng J., Liu H. L., Hu Y., Phase behavior of polyampholytes from charged hard-sphere chain model, J. Chem. Phys., 124, 2006: 144908
(14) Ye Z. C., Chen H. Y., Cai J., Liu H. L., Hu Y., Density functional theory of homopolymer square-well-chain mixtures confined in a slit, J. Chem. Phys., 125(12), 2006: 124705
(15) Yang J. Y., Xin Q., Sun L., Liu H. L., Hu Y., Jiang J. W., A new molecular thermodynamic model for multicomponent Ising lattice, J. Chem. Phys., 125(16), 2006: 164506
(16) Chen H. Y., Ye Z. C., Peng C. J., Liu H. L., Hu Y., A density functional theory for recognition of polymer at nanopatterned surface, J. Chem. Phys., 125(20), 2006: 204708
(17) Zhou M., Liu H. L., Yang H. F., Liu X. L., Zhang Z. R., Hu Y., Spontaneous crystallization at the air-water interface: an unusual feature of gemini surfactant with rigid spacer, Langmuir, 22(26), 2006: 10877-10879