刘洪来

刘洪来,男,1960年10月生,浙江省富阳人。1982年7月浙江大学化工工程专业 本科毕业,获工学学士学位; 1985年2月华东化工学院化学工程专业硕士研究生毕业,获工学硕士学位;1992年6月华东化工学院化学工程专业博士研究生毕业,获工学博士学位。 1985年3月至今华东理工大学化学系工作;1995年8月被聘为教授;现为《化学学报》、《Chinese J. Chem.》和《过程工程学报》编委。2000年获国家杰出青年科学基金资助,2005年获被聘为教育部长江学者特聘教授。在国际学术刊物上发表研究论文 110余篇,研究成果曾获省部级科技进步二等奖2项、一等奖1项。
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主要研究方向和研究成果
    1、分子热力学和分子传递现象研究分 子热力学主要从分子水平上研究分子结构、分子间力和流体结构与宏观热力学性质、相平衡性质间的定量关系,为化学工程和工艺设计、新型分离过程的开发提供基 础数据和模型。分子热力学是在六十年代开始逐渐建立起来的化学工程领域的分支学科,近代分子热力学的典型研究方法是在严格的统计力学推导基础上,适当引入 合理的简化假设,得到含有一定数量的普适性常数的模型,而用严格准确的计算机分子模拟结果确定这些普适性常数,使最终得到的分子热力学模型不仅具有严格的 统计力学基础,而且其形式又相对比较简单,适合于工程应用。分子传递是从分子水平上研究工程或应用中出现的传递问题,其主要内容是提供表达分子结构的分子 参数与传递性质(如粘度、导热系数和扩散系数等)间的定量关系。
    在该研究方向上,本课题组主要从事复杂系统相平衡数据的实验测试,分 子热力学和分子传递模型的建立,曾建立了多元系由tpx推算y的曲面样条函数法,基于格子模型的多元高分子溶液混合亥氏函数模型,基于自由空间模型的链状 分子系统状态方程,聚电解溶液分子热力学模型,链状非均匀流体的密度泛函理论,小分子在高分子膜中的分子传递模型等。
    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 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

代表性论文:
(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