何学浩

男， 天津大学理学院化学系， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

1991.07-1995.07，大连理工大学化工学院/高分子系，本科学生
1995.07-1998.07，辽阳石油化工专科学校(现沈阳工业大学辽阳分校)，助教
1998.07-2000.12，中国科学技术大学/高分子科学与工程系，硕士研究生
2001.01-2003.12，中国科学技术大学/高分子科学与工程系，博士研究生
2004.01-2004.12，德累斯顿高分子研究所/高分子材料系，项目研究员
2005.01-2007.03，比勒菲尔德大学/物理系，洪堡学者
2007.03-2010.12，天津大学化工学院/高分子系，教授
2010.12至今，天津大学理学院/化学系，教授

研究领域和兴趣

多尺度大分子模拟理论与应用

主要业绩

通过发展多尺度高分子模拟理论和方法，在嵌段聚合物自组装调控方法，两亲性高分子胶束化机理，超支化聚合反应动力学等高分子科学基本问题研究上取得了进展。
学术成绩一（嵌段聚合物相结构调控和受限大分子扩散行为）：提出通过受限空间形状和嵌段聚合物与受限边界选择性相互作用来调控纳米相结构的方法（J.CHEM.PHYS.114,10510,2001;124,104906, 2006），以实现高分子微观-介观-宏观相结构一体性设计；模拟成功预测了多种新颖相结构（环形、多层球壳和筒壳等结构），研究结果被实验所验证（SCIENCE,306,76,2004)。在点阵受限体系中应用高分子强相分离理论系统阐明了相转变与薄膜厚度、阵列周期、柱体间距、尺寸和形状的依赖关系，首次发现在该体系中可以形成反对称平行层状相结构(J.CHEM.PHYS.136,074902,2012;142,101912,2015)。我们通过构建可极化高分子粗粒化模型应用分子动力学成功模拟研究了外电场诱导下的相结构转变，获得了分子极化和相结构转变的关联信息，阐明了电场诱导嵌段高分子熔体相结构转变的分子机制;另外，通过高分子自洽平均场理论和麦克斯韦电磁场方程联合，发现通过改变电场模式可以有效调控嵌段聚合物的相结构，采用水平交替分布的电场模式可以诱导垂直层状相结构转为平行层状相结构，分析了转变路径,系列研究结果对高分子纳米器件和复杂纳米图样设计具有重要指导意义。提出采用棘轮狭缝进行序列大分子分离的方法，首次发现带电大分子在对称交变电场作用下在棘轮狭缝中表现出反常净移动现象(SOFT MATTER 9,11107,2013)。其净移动行为不仅依赖于狭缝对称性、缝宽，同时也依赖于大分子带电单元的序列结构和电场频率，阐明大分子净移动是来源于三种棘轮效应的相互竞争：熵效应、构象反转效应和耗散阻力效应，该发现为新型序列大分子分离器件的设计提供了新可能。
学术成绩二（两亲性嵌段高分子胶束化机理）：发展了介观高分子动态自洽场方法，系统阐明了两亲性嵌段高分子胶束形成机理，发现形成高分子囊泡的新路径（成核-增长-溶胀路径），其不同于传统的胶束归并路径，进而揭示环状胶束和复合囊泡结构形成机理。研究工作发表在“物理评论快报”,受到“物理评论聚焦（PHYS.REV.FOCUS）"专访；新的胶束化路径被Lund等人的光散射实验所验证（PRL 102,188301,2009)；均一环形胶束的形成也在Huang等人的实验中得到证实(ANGEW.CHEM.INT.EDIT.48,4594,2009）。同时我们采用高分子外势场动力学方法系统研究了ABC星型三杂臂嵌段共聚物在稀溶液中的胶束化动力学，揭示了各种多室复杂胶束形成过程，通过膜理论与高分子强相分离理论杂化方法，阐明椭球形囊泡的结构稳定性，获得泡壁相分离条带个数和椭球曲率的依赖关系(SOFT MATTER 8,11462,2012）。在采用预成核方法调控复杂胶束形成的模拟研究中，揭示了各种新颖囊泡结构的形成机理。通过发展并行Wang-Landau抽样算法，系统研究单链多嵌段高分子热力学行为，阐明多嵌段单高分子胶束结构和热力学行为，为类蛋白单高分子胶束研究和设计提供了依据（SOFT MATTER 9,3106,2013）。
学术成绩三（超支化聚合反应动力学及支化大分子热力学性质）：空间位阻效应和分子内环化是超支化聚合反应动力学理论研究中的难点问题，我们通过发展三维超支化聚合反应模型，明确考虑空间位阻和分子内成环效应，证明了空间位阻和分子内环化对分子量和分子量分布的重要影响；系统研究了超支化聚合反应动力学（AB*,ABn,A2+B3型）及慢滴加聚合反应，预测出等活性AB*和ABn型超支化聚合反应分子量及分子量分布上限值；模拟证实了A2+B3型聚合反应凝胶点对单体浓度的依赖性。为了定量研究和预测特异性超支化聚合反应，我们发展了多尺度聚合反应模拟方法，通过杂化全原子分子动力学、粗粒化分子动力学方法和反应性蒙特卡罗方法，同时结合实验数据（各官能团转化率），进而获得基团反应活性比，计算发现基团反应活性顺序与基团哈米特常数相一致，通过多尺度模拟映射技术实现了特异性聚合反应体系原子层面的分子信息重构和提取（如：基团径向分布函数、分子内成环率等）。通过发展扩散限制超支化聚合反应模型（对应慢滴加超支化聚合反应），阐明了取代基活性比对超支化大分子结构的影响，证明了支化度只改变超支化分子小尺度下的结构特征，而其大尺度结构与经典的粒子扩散限制凝聚（DLA）特征相同。研究分析证实高支化度下的扩散限制超支化聚合物同Dendrimer相类似，低支化度下超支化大分子径向单元分布为密-疏结构（中心密度高），高支化度下却呈现疏-密-疏结构，与de Gennes对Dendrimer结构预测相一致。为了准确考察单个支化大分子热力学行为，我们提出基于形状因子的热力学统计方法，发现星型大分子与线性大分子液-固（Liquid-Crystal, LC）转变标度规律相同，而气-液（Coil-Globule, CG）转变与大分子臂数密切相关，其LC转变温度随着臂数的增多向低温方向移动，而对于(UCST型)超支化大分子LC转变则随支化度提高而向高温方向移动，该结论为温敏高分子结构和功能设计提供了重要依据。

代表成果

1) He XH, Song M, Liang HJ, Pan CY. Self-assembly of the symmetric diblock copolymer in a confined state: Monte Carlo simulation. J. Chem. Phys. 114, (2001), DOI: 10.1063/1.1372189;
2) He XH, Huang L, Liang HJ, Pan CY. Localizations of junction points of ABC 3-miktoarm star terpolymers. J. Chem. Phys. 118, (2003), DOI: 10.1063/1.1571812;
3) He XH, Liang HJ, Huang L, Pan CY. Complex Microstructures of Amphiphilic Diblock Copolymer in Dilute Solution. J. Phys. Chem. B (2004), DOI: 10.1021/JP0359337;
4) He XH, Schmid F. Dynamics of Spontaneous Vesicle Formation in Dilute Solutions of Amphiphilic Diblock Copolymers. Macromolecules 39, (2006), DOI: 10.1021/MA052536G;
5) He XH, Schmid F. Spontaneous formation of complex micelles from a homogeneous solution. Phys. Rev. Lett. 100, (2008), DOI: 10.1103/PHYSREVLETT.100.137802;
6) He XH, Tang J. Kinetics of self-condensing vinyl hyperbranched polymerization in three dimensional space. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 46, (2008), DOI: 10.1002/POLA.22784;
7) Wang L, He XH. Investigation of ABn (n=2,4) type hyperbranched polymerization with cyclization and steric factors: influences of monomer concentration, reactivity and substitution effect. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 47, (2009), DOI: 10.1002/POLA.23169;
8) Wang ZL, Jia Z, He XH. Net motion of a charged macromolecule in a ratchet-slit, Soft Matter 9, (2013), DOI: 10.1039/C3SM52011K;
9) Wang L, Xu R, Wang ZL, He XH. Kinetics of multicompartment micelle formation by self-assembly of ABC miktoarm star terpolymer in dilute solution. Soft Matter 8, (2012), DOI: 10.1039/C2SM26886H;
10) Xu J, Wang YL, He XH. Self-assembly of Janus Ellipsoids: a Brownian Dynamics Simulation with a Quantitative Nonspherical-Particle Model, Soft Matter 11, (2015), DOI: 10.1039/C5SM01667C;

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