采用多尺度研究方法,综合实验测定、计算机分子模拟和分布函数、密度泛函和粗粒化等理论分析,构作能描述复杂材料制备中的微相平衡和结构演变、以及流体在介观多孔材料中的相变和传递性质的分子热力学模型。开发高分子系统微相分离及其动力学行为计算机分子模拟的并行算法,建立介观多孔材料的非均匀性表征方法。为复杂材料制备和应用提供指导。
以共聚高分子材料、表面活性剂溶液、介孔材料等复杂材料为重点,对其介观层次的微相结构及其演变过程、界面结构以及小分子和胶体颗粒的吸附和传递进行研究。探讨分子结构、材料的介观微相结构与材料的宏观性能之间的定性、定量关系,为复杂材料的合成、加工和应用提供理论指导和基础数据。项目组自主开发了MC、MD、DPD、CDS、DDFT等基于不同粗粒化程度的介观模拟方法,并应用于嵌段共聚物薄膜和表面活性剂溶液介观结构的模拟研究,配合AFM、冷冻蚀刻TEM、负染色TEM、BAW等实验观察方法,深入了解了上述系统介观结构的形成和演化规律以及外场的影响;建立了链状分子的密度泛函理论,对固液界面的吸附、气体在介孔材料中的相行为等进行了理论和模拟研究;建立了离子液体的分子力场,对其热力学和微观结构性质进行了预测;发现了一种新的气液界面表面活性剂结晶成核现象;开发了钛基功能材料,在光催化废水处理等领域获得应用。共在国内外学术刊物上发表研究论文163篇(国外期刊106篇、SCI收录134篇),申请专利16项,省部级科技进步二等奖2项,1人获何梁何利科学与技术进步奖,培养博士后5名、博士生27名、硕士生30名。