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【黄岛讲坛(第50期)】曾宏波讲述工程过程和生物体系中的分子间作用与界面科学
发布时间:2019-10-22 21:15:18点击数:字号:
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会议报告人 审核人 蒋大森
学术报告 简介

讲坛现场 赵凯摄影

曾宏波为师生作题为“工程过程和生物体系中的分子间作用与界面科学”的报告 赵凯摄影

【本站讯】10月18日,加拿大阿尔伯塔大学化学与材料工程系终身教授、加拿大工程院院士曾宏波做客第50期“黄岛讲坛”,为师生作题为“工程过程和生物体系中的分子间作用与界面科学”的学术报告。

在报告中,曾宏波从胶体界面科学的发展历史及现状、纳米技术及纳米力学研究的起源及发展趋势谈起,介绍了分子间和表界面纳米力学测量技术及仪器原理。结合其团队具体研究实例,例如化工、石油、生化等工程领域中的乳液相互作用、表面润湿性研究、生物体系分子间作用,指出生物体系与工程过程中存在广泛的分子间和界面相互作用,进行相关基础应用研究对于指导解决实际工程问题和设计分子层次可调控材料具有重要意义。

曾宏波教授在讲述胶体与界面科学的发展历史及现状时,谈到其团队在1941年、1948年德加金(Derjaguin)、兰道(Landau)、维韦(Verwey)、奥弗比克(Overbeek)等人提出的“胶体稳定”(DLVO)理论基础上,经过多年研究,对经典理论进行补充,指出在稳定的含水-固体系中(固相表面疏水),除去范德华力、静电双电层力、空间力的影响外,还普遍存在疏水作用力。其团队推导并验证了适用于非对称体系的疏水作用力函数模型,通过“雷诺润滑”(Reynolds Lubrication)理论描述液膜变薄行为,通过“增广杨-拉普拉斯”(Augmented Young-Laplace)方程描述液滴变形行为,并以此为理论基础,借助纳米力学实验技术研究了一系列表界面润湿现象,并揭示了其背后的机制机理。曾洪波教授指出:“前沿基础研究可以为广泛的工程应用提供技术支持和思想启发”,其团队在表界面润湿现象的研究成果为油砂分离、矿物浮选等实际工程应用提供技术支持。

曾宏波教授谈到,1959年理查德-费曼(Richard Feynman)在加州理工学院(Caltech)给出的科学性预测中即包括了对纳米力学测量技术的预测。经过几十年的发展,纳米力学测量技术得到了长足发展。随后,曾宏波教授介绍三种主要纳米力学前沿测量仪器,表面力仪(SFA)、原子力显微镜(AFM)、光学镊子(Optical Tweezers)。曾宏波教授以其在纳米力学分析技术方面的深厚造诣,依次对表面力仪,原子力显微镜两种仪器的起源发展及原理进行深入浅出的讲解。

曾宏波教授实验室能对各种复杂流体和材料体系中相关分子间和表界面作用力进行精确的量化分析,部分仪器和实验方法为独立开发。其团队借助表面力仪技术,以聚苯乙烯(PS)构筑表面,首次通过实验验证了两疏水表面在纯液体环境内靠近时所产生的自发空穴(Spontaneous cavitation)现象。其团队在对原子力显微镜的改进及实验设计方面有着深厚的经验,在利用气泡探针AFM技术对两表面间疏水作用力进行纳米力学分析过程中,提出表面接触角越大并不意味着疏水力一定越强。这可能是由于水分子在不同疏水表面的分布状态不同,导致了疏水作用力的范围和强度不同。这项发现对于实现水相环境中油滴或气泡在低表面能表面的定向滑动和可控运输提供了重要的理论指导。

曾宏波教授还简要介绍了其团队在功能高分子材料领域的前沿研究成果,例如:基于分子间强物理作用的自修复水凝胶材料、具有高敏感力响应性能的人体可穿戴材料等。此外,曾宏波教授以其广泛的学识及敏锐的科学前瞻性提出了三点展望:一是复杂压力条件下,油/水/固/气界面动态作用过程中的分子间相互作用;二是基于可调控分子间作用控制界面物理组装和化学反应(吸附、催化)等和开发相关新材料;三是生物工程和生物医学体系的靶向高效、可控作用等。

报告最后,曾宏波教授就相关学术问题与到场师生进行热烈讨论。

曾宏波,加拿大阿尔伯塔大学化学与材料工程系终身教授,加拿大工程院院士、国家讲席教授、分子力与界面科学首席专家、加拿大皇家科学院青年院士。目前研究和教学方向主要包括胶体与界面科学、高分子材料、分子和纳米力学、以及各种工程过程(化工、矿物、石油和环境工程)的界面现象等。在高水平SCI期刊发表论文250余篇,撰写和主编专著一部。获国际杰出青年化学工程师奖(2019)等,2017年被授予加拿大国家讲席教授(Canada Research Chair, Tier 1),2018年当选加拿大皇家科学院青年院士,2019年当选加拿大工程院院士。

【 作者:徐忠正 李琳 孙伟 来自:石油工程学院 科技处  责任编辑:姜洪明 审核:蒋大森】

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