WILEY人物访谈——北京航空航天大学满兴坤教授

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人物访谈

液滴蒸发不仅是日常生活的常见现象，也是工业制备的关键步骤。北京航空航天大学的满兴坤教授利用昂萨格变分动力学理论，简化了高阶偏微分演化方程，建立了基于昂萨格变分理论的液滴蒸发和高分子凝胶溶胀的原创模型，为未来的相关实验及理论发展提供了指导。本期Wiley人物访谈我们邀请到北京航空航天大学满兴坤教授为读者分享他的科研经验与学术心得。

人物介绍

北京航空航天大学物理学院，教授，博导。2004年本科毕业于北京科技大学应用物理系。2009年博士毕业于中科院化学所。2009-2011年以色列特拉维夫大学博士后。2011-2013年美国加州大学圣芭芭拉分校博士后。2013年开始在北航工作。在PRL, AM, Macromolecules和Langmuir等期刊上发表SCI论文多篇。2019年加拿大液滴国际研讨会、全国高分子学术论文报告会（连续三届2017、2019和2021年）等国内外会议特邀报告。Advanced Physics Research编委会委员。《中国化学快报》第六届编委会委员。

MVC：请您简单介绍一下课题组目前的主要研究工作？

满兴坤（MXK）:我的课题组主要从事软物质动力学理论研究。近几年，课题组致力于发展和运用昂萨格变分动力学理论，围绕溶剂蒸发和扩散对软物质结构影响的非平衡态问题开展基础理论研究。主要研究方向为：高分子凝胶动力学；液滴蒸发动力学和溶质沉积图案的物理机理；嵌段共聚物薄膜自组装三个方向。昂萨格变分理论与传统动力学以及流体力学相比，其优点在于：昂萨格变分理论可以将高阶偏微分演化方程简化成一阶常微分方程，对其的数值求解简单，甚至可以得到解析解，有利于抓住问题的物理本质。自2013年起，课题组先后建立了基于昂萨格变分理论的液滴蒸发和高分子凝胶溶胀的原创模型。

MVC：您在Physics Reports上发表了关于嵌段共聚物薄膜的综述文章（Physics Reports, 932, 20, 1-36），请您为读者展望制备大面积无缺陷的纳米结构的发展方向。

MXK:首先非常荣幸能够在Physics Reports上撰写综述。我读博时的研究，就是从学习一篇PR上的综述开始，所以对这个期刊有着特别的情感。在该综述中，我们对现有的调控嵌段共聚物薄膜微相结构取向及面内有序程度的方法进行了归纳和总结。但是，通过嵌段共聚物薄膜来制备商业化的纳米光刻产品仍然是一个巨大的挑战。因此，我们认为未来的相关实验及理论发展可以从以下几个方面出发：

首先可以结合多种调控方法，利用不同方法之间的协同作用来使效率最大化。还可以大力发展动力学方法来实现嵌段共聚物的快速自组装。

其次，由于大部分共轭高分子、生物大分子、液晶高分子等都是半柔性高分子。以及，现在的聚合方法可以合成几乎任意链结构的高分子。因此，研究高分子链刚度和链结构对嵌段共聚物薄膜结构和取向的影响将有着非常实际的意义。

最后，丰富研究方法，比如开发高分子场论模拟的相应软件，优化自洽场理论的数值算法，以及加强机器学习在嵌段共聚物自组装研究中的应用等。机器学习在高分子领域的应用潜力显然还远远没有被完全开发出来。作为一种非常规的方法，未来机器学习会如何活跃在嵌段共聚物自组装的研究中是非常值得期待的。

MVC：结合您在软物质物理理论、计算和模拟的研究经验，谈谈液滴蒸发动力学在生产生活中有何实际应用。

MXK:液滴蒸发不仅是日常生活的常见现象，也是工业制备的关键步骤。含有非挥发性溶质的液滴蒸发后，会在衬底上留下丰富的沉积图案，比如常见的咖啡环、多环沉积，以及更复杂的辐射状、蛛网状沉积等。液滴组分、基底性质以及蒸发环境等诸多因素共同影响着液滴蒸发的动力学过程，进而决定最终沉积图案的形貌与性质。因此，液滴蒸发动力学在近30年来受到了物理科学、生物科学、化学工程等领域研究者的广泛关注，并在喷墨打印、纳米电路印刷、微电子器件制备、液滴的定向运输与热传导、疾病检测等具体领域发挥重要作用。例如，黄疸患者和健康人员的血液蒸发后留下的沉积图案有显著差异，血液中的胆红素水平会显著的影响最终的裂纹长度。通过观察裂纹图案的特征就可以判断其是否患病。干眼症患者的泪滴干燥物中的蕨类植物图案同样可以被用于判断疾病的存在。

MVC：在特拉维夫和圣芭芭拉多年的学习和工作经历为您的科研工作带来了什么影响？

MXK：特拉维夫的博士后经历对我来说至关重要。在以色列两年期间，我不仅与法国一个实验课题合作并取得了系列成果，而且还有机会参加了多次欧洲的学术会议。了解理论与实验的合作模式，以及与具有不同背景科学家交流的技巧。这些成果和经历坚定了我继续从事科研的信心。在美国圣芭芭拉两年的博士后经历主要让我学会了坚持。由于课题的原因，碰到了各种各样的难题，特别是有些问题曾经一度认为解决不了了，后来都因为坚持才把遇到的困难都解决了。现在回头看，这一段经历不仅学习和解决了很多理论和数值计算的难题，而且还大大加强了自己在科研上的信心和恒心。

MVC：在您的人生经历中对您影响较大的人是谁？

MXK：一路走来，在我的人生和科研中帮助我的导师和朋友很多，我在他们身上学习和收获到了很多。如果说影响比较大的，我觉得是我在特拉维夫大学的博士后导师David Andelman教授。刚去以色列的时候，我面对科研和生活上了很多困难，但是Andelman教授对我特别有耐心，并且给予我很大的尊重，让我慢慢建立起信心来。此外，Andelman教授教了我很多科研的技巧，比如写文章、如何准备申请材料、如何与自己的学生相处等等，让我受益终身。值得庆幸的是，我和Andelman教授至今都保持着密切的合作关系。2013年我回国工作后，我和Andelman教授连续两次成功申请到了中国（NSFC）和以色列（ISF）国际合作项目，对我职业发展起到了重要的作用。