劉洪來(華東理工大學教授)

劉洪來，男，長江學者， 博導，華東理工大學教授， 國家傑出青年基金獲得者。上海市教育委員會“曙光”學者，2005年教育部教育部長江學者特聘教授，2009年上海市領軍人才。

基本介紹

• 中文名：劉洪來
• 國籍：中國
• 民族：漢
• 出生地：浙江省富陽
• 出生日期：1960年10月
• 畢業院校：浙江大學、華東理工大學
• 主要成就：長江學者

人物經歷

1982年7月浙江大學化工工程專業本科畢業，獲工學學士學位； 1985年2月華東化工學院化學工程專業碩士研究生畢業，獲工學碩士學位；1992年6月華東化工學院化學工程專業博士研究生畢業，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；現為《化學學報》、《Chinese J. Chem.》和《過程工程學報》編委。2000年獲國家傑出青年科學基金資助，2005年獲被聘為教育部長江學者特聘教授。在國際學術刊物上發表研究論文110餘篇，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巨觀熱力學性質、相平衡性質間的定量關係，為化學工程和工藝設計、新型分離過程的開發提供基礎數據和模型。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，得到含有一定數量的普適性常數的模型，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，使最終得到的分子熱力學模型不僅具有嚴格的統計力學基礎，而且其形式又相對比較簡單，適合於工程套用。分子傳遞是從分子水平上研究工程或套用中出現的傳遞問題，其主要內容是提供表達分子結構的分子參數與傳遞性質(如粘度、導熱係數和擴散係數等)間的定量關係。

在該研究方向上，本課題組主要從事複雜系統相平衡數據的實驗測試，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的曲面樣條函式法，基於格子模型的多元高分子溶液混合亥氏函式模型，基於自由空間模型的鏈狀分子系統狀態方程，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

流體的熱力學性質及相平衡規律的計算機模擬是二十世紀50年代以後發展起來的方法，計算機技術的突飛猛進，是這一方法迅速發展的基礎。計算機模擬分為兩種：一是Monte Carlo法(MC)，它按照一定的統計分布隨機構作系統的微觀狀態，主要適用於平衡性質的模擬；另一種是分子動力學法(MD)，包括平衡態和非平衡態分子動力學方法，它採用求解粒子運動的動力學方程的方法，除了平衡性質外，它還能模擬遷移性質及非平衡態傳遞現象。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”數據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，曾開發了基於格子模型的鏈狀分子系統相平衡的構型偏倚蒸發MC模擬方法，在國際上首次報導了鏈長為1~200的二元和三元系的液液平衡數據，用MC方法模擬研究了高分子在固體表面的吸附規律及構型分布、表面活性劑溶液的結束結構，開發了鏈狀流體的分子動力學(MD)模擬方法並模擬了聚電解質和兩性聚電解質溶液的滲透係數等。

3、高分子系統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的單體聚合而成，可以在不同尺度上區分其結構。從分子尺度來看，可以形成線性、星型、梳狀、無規接枝和交聯網狀等高分子，即使由兩種單體組成的簡單線性共聚高分子，也可以區分為兩嵌段共聚物、無規共聚物、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，其結構更加複雜多變。從分子聚集態尺度來看，可以無定型的玻璃態存在，也能形成微晶顆粒分散在玻璃態本體中。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於發生相分離，但由於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巨觀相變，而只能形成納米到微米尺度的微相分離結構或介觀結構。根據組成的不同，可以形成層狀、柱狀、體心立方、雙連續等介觀結構。高分子材料的巨觀性能不僅決定於單體的結構，還與單體的排列方式、高分子的聚集狀態和介觀分相結構等不同尺度的結構密切相關。

在該方向上，本課題組主要採用實驗觀察、理論分析和計算機模擬相結合的方法，研究高分子系統不同尺度結構的形成規律、外場對結構的影響及不同尺度結構的演化過程，為用巨觀手段調控高分子材料結構及其性能提供理論依據。本組已開發了基於不同粗粒化方法的適用於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)和動態密度泛函理論(DDFT)等模擬和計算方法。建立了基於狀態方程的動態密度泛函理論，可以計算壓力對高分子系統有序無序相變的影響，實驗發現可以用不同的表面活性劑調控澆注於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，改變系統的界面狀態，從而產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等作用，在醫藥、機械、石油、煤炭、生化等領域有廣泛的套用。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。表面活性劑的廣泛套用與其在溶液中能形成複雜的聚集體結構有密切關係，是一個典型的具有多尺度結構的複雜系統。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同作用，達到降低表面活性劑用量和提高產品性能的目的，是表面活性劑研究的主要內容之一。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製備具有各種複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)面性質表征、溶液多尺度結構和界面膜結構的觀察、與蛋白質和DNA等生物大分子的相互作用，以及Gemini表面活性劑在複雜材料製備中的套用。發現正離子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，由於結構特殊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據的研究”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秀青年教師

(4) 1998年“高分子系統的分子熱力學”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秀骨幹教師

(7) 2003年“多分散系統的連續熱力學”獲上海市科技成果二等獎(第3獲獎人)

科研項目

(1) 複雜流體的分子熱力學研究，國家傑出青年科學基金項目，2001.1~2004.12

(2) 複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據的測定和模擬計算，華誼集團契約項目， 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