东华大学先进低维材料中心刘庚鑫

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刘庚鑫，东华大学研究员。2010年毕业于中国科学技术大学，2015年获得阿克伦大学博士学位。研究方向：巨型分子动力学、高分子非线性流变学及应用、动力学的可视化。


刘庚鑫
男
学位：博士
邮箱：lgx@dhu.edu.cn
职位：特聘研究员


教育和工作经历：
2006.09–2010.06   中国科学技术大学高分子科学与工程系 理学学士(化学)
2010.08–2015.07   阿克伦大学 高分子科学系 博士(导师: 王十庆教授)
2015.08–2018.08   阿克伦大学 高分子科学系 博士后研究员(导师: 程正迪教授)
2018.09–至今   东华大学 先进低维材料中心 特聘研究员


获奖及荣誉：
2014 年度国家优秀自费留学生奖学金
2013 弗兰克凯利奖 (阿克伦大学高分子科学系与工程系最佳研究生奖，每年各一人)
2008,2009 优秀大学生研究计划, A+, 中国科学技术大学
2008 优秀学生奖学金 一等奖, 中国科学技术大学
2008 国际基因工程机器大赛, 银奖    人造多细胞自调控系统
2005 全国高中生化学、物理、生物竞赛 吉林省赛区 二等奖；全国“希望杯”数学竞赛 吉林省银奖


研究方向：
巨型分子动力学
高分子非线性流变学及应用
动力学的可视化
从新材料，新物理思想，新测量技术出发，我们欢迎且不限于物理、化学、计算机科学、测控和仪器、生物等背景的同学和同事一道探究未知世界、以科学技术促进文明和物质生活的进步。


代表论文：
1. G. Liu, X. Feng, K. Lang, R. Zhang, D. Guo, S. Yang, S. Cheng*,Dynamics of shape-persistent giant molecules - Zimm-like melt, elastic plateau, and cooperative glass-like Macromolecules, 50 (17), 6637-6646, (2017)
2. G. Liu* and S.Q. Wang*,Entangled linear polymer solutions at high shear: from strain softening to hardening，Macromolecules, 49 (24), 9647-9654, (2016)
3. G. Liu, S. Cheng, H. Lee, H. Ma, H. Xu, T. Chang, R.P. Quirk and S.Q. Wang*,Strain hardening in startup shear of long chain branched polymer solutions，Physical Review Letters, 111 (8), 068302(4), (2013)
4. G. Liu*, H. Ma, H. Lee, H. Xu, S. Cheng, H. Sun, T. Chang, R.P. Quirk and S.Q. Wang*, Long chain branched polymers to prolong homogeneous stretching and to resist melt breakup，Polymer, 54 (24), 6608-6616, (2013)
5. G. Liu, H. Sun, S. Rangou, K. Ntetsikas, A. Avgeropoulos and S.Q. Wang*,Studying the origin of strain hardening: basic difference between extension and shear，Journal of Rheology, 57 (1), 89-104, (2013) Most cited Articles in 2013
6. G. Liu, and S.Q. Wang*, A particle tracking velocimetric study of stress relaxation behavior of entangled polystyrene solutions after stepwise shear，Macromolecules, 45 (16), 6741-6747, (2012)

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基于流变学技术的巨型分子动力学研究
批准号        21903013       
学科分类        高分子流变学 ( B030705 )
项目负责人        刘庚鑫       
依托单位        东华大学
资助金额        26.00万元       
项目类别        青年科学基金项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2022 年 12 月 31 日

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50年前，de Gennes指出缠结（Entangled）线形高分子的运动可以抽象为蛇形运动(Reptation)，即：高分子链受限于由其周围链所形成的一维管子而作一维运动。这种解读抓住了线形高分子的核心动力学特征。也正因此，高分子动力学与链的拓扑结构密切相关，比如研究人员广泛研究了星形、支化等拓扑结构对高分子动力学的影响。自然而然地，研究人员会提出如下疑问：偏离一维链状结构的最极端情况，即三维团簇状高分子，会表现出何种动力学行为？

       刘庚鑫课题组尝试回答了上述问题。首先介绍了线性流变学中黏弹性分析的方法和实验结果在动力学上的意义。接着总结了具有三维形状的模型体系—胶体的动力学行为和理论基础，尤其是软球胶体的研究现状以及从高分子动力学角度的不足。实验研究则以巨型分子(Giant molecules)为模型样品。相比于传统高分子，巨型分子以结构更具刚性的分子纳米粒子(如多面体齐聚倍半硅氧烷，POSS)为构建基元(Zhang W.B., Cheng S.Z.D., et al. Macromolecules, 2014, 47(4):1221-1239)，因而更容易保持三维形状。
       近年来的实验发现，超过临界直径(~5 nm)的巨型分子在本体条件表现出持续的储能模量平台而不能松弛，表明体系存在受限动力学特征。临界直径对应着约20个POSS由柔性短链相连组成的三维软团簇，并可能与玻璃化转变的微观解释存在着联系。作者进一步提出猜想，超过临界直径的软团簇处于协同玻璃态，因而不能松弛。三维团簇状高分子在动力学上不能用缠结作用描述，这些新规律可能指导新材料的设计，但还需要更多的研究投入。
上述总结和展望以题为“巨型分子的黏弹性研究进展”的特约专论形式发表在《高分子学报》2020年第7期(高分子学报, 2020, 51(7): 687 - 697)，通讯作者是东华大学先进低维材料中心刘庚鑫特聘研究员。该课题得到了国家自然科学基金青年基金（No. 21903013）的资助。

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流变学是研究物质流动与形变的科学，是实现材料成型加工和力学性能的基础科学，流变仪能从不同的时间和形变尺度分析高分子材料，为新材料的性能研究提供基础理论工具和实验手段。然而，在日常科研中，有关新合成高分子的化学表征等测量通常仅需几毫克样品，而有关新材料的线性黏弹性等测量往往得依靠商用流变仪，需要至少50毫克样品。额外的样品量负担常常打消了国内外化学家对新材料流变性质的关注，不利于普查新材料的流变性质。为摆脱这一困境，东华大学先进低维材料中心特聘研究员刘庚鑫课题组历时5年，不断优化，搭建出仅需2毫克样品的微量样品剪切流变仪mgRheo，相关研究工作发表在《流变学报》（Journal of Rheology）上。

         微量流变仪可以测试样品储能和损耗模量范围为10 Pa~10 MPa，温度范围250~-150摄氏度，如下图所示。测量能力比从前文献中的各种尝试更加全面。
         仪器设备自主创制使得研究新材料流变和动力学时，不再受到样品量的限制。微量样品剪切流变仪已经为国内多个课题组提供流变测量支持，获得了样品量有限的高分子材料的黏弹性数据。欢迎化学家们联系，为大家提供流变测量支持。该仪器还将于近日在科学指南针上线测试服务：
          东华大学先进低维材料中心持续探索科研组织创新，目前正在坚持四个“面向”，建设“高分子结构与动力学、精准化学合成、杂化功能材料、智能有机光电、特种高分子材料、高分子材料碳中和”六大研究平台。其中，“高分子结构与动力学平台” 致力于开展“多种界面、多层次结构、多种应力场分布”等复杂环境、复杂体系的流变学研究，针对性地创新并完善理论体系，为高分子材料的加工过程优化和性能提升提供理论依据。