袁學鋒（1963年6月—），漢族，理學博士、教授、博士生導師，英國物理學會FELLOW (FInstP)及其特許物理學家(CPhys)，英國皇家化學學會FELLOW (FRSC)，中山大學“百人二期”引進急需領軍人才、兼職教授、博導，國防科學技術大學理學院兼職特聘教授、博導。教育部2011計畫——高性能計算協同創新中心首席科學家，中國第八屆流變學專業委員會委員，廣東省計算機學會超級計算專業委員會主任委員。
基本介紹
- 中文名：袁學鋒
- 國籍：中國
- 民族：漢
- 出生地：昆明
- 出生日期：1963年6月
- 職業：中山大學教授
- 畢業院校：國防科技大學
- 研究方向：流變學、科學與工程計算等
- 職稱：教授
教育背景,工作經歷,學術兼職,研究領域,學術貢獻,論文和專利,
教育背景
1983年畢業於國防科技大學材料科學與套用化學系，獲學士學位，優秀畢業生。
1986年獲英國Manchester大學研究生獎學金和英國政府ORS獎學金，自費公派留學英國。1989年獲Manchester大學理學博士，博士論文《共聚高分子鏈的自洽場理論及計算機模擬》獲優秀博士論文Hibbert獎。
2003年獲英國倫敦國王學院高等教育實踐研究生證書（PGCAP）。
工作經歷
曾在英國劍橋大學物理系、卡文迪什實驗室凝聚態理論物理中心任博士後研究員，師從世界著名理論物理學家Sir Sam F. Edwards教授；在日本名古屋大學套用物理系任（日本花王公司）客座研究員兼客座講師。1996年獲得具有國際聲譽、為培養未來工程和數理科學領域裡的領軍人才而設的英國工程與物理科學研究委員會（EPSRC）高級研究員獎研金，在英國Bristol大學物理系理論物理中心擔任EPSRC高級研究員、博士生導師，在英國倫敦大學國王學院機械工程系任EPSRC高級研究員、博士生導師，英國曼徹斯特大學交叉學科生物中心、化學工程與分析科學系任博士生導師、生物化學物理Reader（英式校制職稱）。曾在中國科學院化學所高分子物理重點實驗室任客座研究員。曾擔任日本東北大學物理系客座教授。於2013年12月－2016年3月全職回國效力，擔任”國家超級計算廣州中心”主任、廣州市公益性事業單位獨立法人，全面主持中心的組建、發展規劃、建章立制、市場開拓、技術服務、套用普及，組織在“天河二號”系統上部署、驗證、開發並行計算套用軟體以及開展相關國際合作等工作，成果顯著。
學術兼職
2006年至2012年,擔任英國流變學學會常任理事、《英國流變學通訊》主編；1996年獲得具有國際聲譽、為培養未來工程和數理科學領域裡的領軍人才而設的英國工程與物理科學研究委員會（EPSRC）高級研究員獎研金，並受邀擔任英國工程與物理科學研究委員會（EPSRC）中的物理學科、材料學科、加工工藝、反恐怖犯罪技術的基金申請評審、考核專家組成員。他受邀擔任英國醫學科學研究委員會（MRC）中的交叉學科基金申請評審專家組成員、諸多SCI化學物理、流變學學術刊物論文評審專家庫成員。
研究領域
袁學鋒教授長期從事流變學、科學與工程計算、軟凝聚態物理、材料科學與工程的研究工作。流變學是研究物質的流動與變形的科學。自上世紀初以來，逐步發展成為一門交叉學科，融合了物理、套用數學、化學、生物、醫學和工程技術等諸多學科，衍生出了粘彈性流變學、高聚物大分子流變學、自組裝分子和膠體多相物質流變學、石油流變學、地球物理流變學、岩土流變學、食品流變學、化妝品和藥物流變學、電-磁流變學、血液流變學、生物和生理流變學等許多分支。但歸根結底仍屬於複雜流體和軟物質流變學的範疇。其研究內容涉及到各個行業，如金屬和非金屬材料加工、醫藥、生物工程、電子和半導體、機械、汽車、冶金、石油、橡膠、紡織、塑膠、化工、纖維、塗料和噴漆、選礦、食品、輕工、造紙、污水處理與環境工程等領域。
近30年來，從工科到理科，又回到工科並滲透到交叉生命科學領域，袁學鋒教授的科研和教學經歷正如同流變學的學科交叉，呈現出一條理工交織的多學科軌跡，並積累了豐富的教學和科研經驗。在倫敦國王學院機械工程系、曼徹斯特交叉學科生物中心分別創建了流變學研究室，並擔任負責人。為本科生講授物理化學、熱力學、化工實驗和生物技術導論等核心基礎課程，為研究生開設了粘彈流體和高分子動力學、複雜流體和軟物質流變學等高等課程。2007-2013年間，擔任曼徹斯特大學化學工程與分析科學系本科一年級教學總管，領導15名授課教師每年完成大約280名學生的教學任務，成為學生們的良師益友，積累了相當的管理經驗。袁學鋒教授通過對高分子熔體、自組裝表面活性劑溶液、嵌段共聚高分子溶液和凝膠、蛋白質溶液和凝膠、濃懸浮液、泡沫、乳液和血液（包括臍帶血）等諸多複雜流體的研究，逐步形成了其獨特的研究風格，即以軟凝聚態（統計）物理為基礎，以非平衡態熱力學和流變力學為框架，實驗、理論、計算機仿真和科學大數據四位一體，倡導系統流變學研究，注重全面定量表征、理論計算預估、分子和材料加工的最佳化設計，面向高性能結構和功能材料的研製及其工程套用（包括生物和醫學工程）。
學術貢獻
①首次提出平衡態嵌段共聚物在具有高度選擇性溶劑中的自組裝分子統計模型。基於范德華密度泛函溶液理論，首次提出更為普適的高分子鏈段之間相互作用的平均場勢函式，徹底克服了愛德華茲高分子自洽場理論在計算不良溶劑中柔性高分子鏈構象時的不收斂問題，使得準確預估高分子鏈從無規疏鬆線團到高密度球的相轉變成為可能。理論預估結果與Monte Carlo計算機模擬結果一致[Yuan and Masters 1991，見代表性論著部分文獻]。隨後，這一新的理論又被成功地推廣到計算具有高度溶劑選擇性的嵌段共聚物的鏈構象統計，並首次提出了完全基於分子參數的嵌段共聚高分子的自組裝微觀模型。從分子水平上（如給定分子鏈結構、各嵌段長度、鏈段之間相互作用勢能參數等），準確預估嵌段共聚高分子溶液的平衡態性質（包括自由能變化、臨界膠束濃度和臨界膠束溫度、膠束中的分子鏈數目等）[Yuan, Masters and Price 1992]。基於愛德華茲哈密頓量的現代高分子鏈構象統計理論是當今在分子水平上研究多嵌段共聚物、嵌段聚電解質、生物大分子及其自組裝的平衡態相行為，調控共聚物和均聚物共混體系中從納米到微米尺寸的微區形態，繼而開展分子設計最為行之有效的工具。
②在複雜流體非平衡態動力學研究領域獲得國際領先成果。一是完善了土井正男的雙流體理論框架，使其更具普適性，可以方便地耦合各種形式的多組份複雜流體自由能密度泛函和非線性粘彈本構關係。隨後以雙組份高分子體系為例，通過利用Flory-Huggins-de-Gennes高分子自由能密度泛函和具有普適性的微分粘彈本構關係，建立了包含熱力學滲透壓、非線性粘彈應力、非平衡態下的擴散方程程和Navier-Stokes方程的耦合模型[Yuan and Jupp 2002]，並成功地完成了在強剪下流場條件下對這一複雜熱力學系統的數值模擬。數值模擬結果首次完整地展示了高度耦合的雙組份密度場、對流速度場、應變率場、剪下應力場、法向應力場[Jupp, Yuan and Kawakatsu 2003；Guo, Zou, Yang, Yuan and Wang, 2014]。這不僅揭示了剪下成帶等奇異流變現象的物理本質、形成機理和流場誘導相變的動力學路徑，還首次用數值模擬從物理機理揭示了雙組份高分子體系的平衡態相圖隨應變率的變化而遷移這一早在五十多年前就觀測到的實驗現象，並確定了它的分子動力學控制參數。二是通過與日本川勝（東北大學）和土井（東京大學）教授的合作，首創了融愛德華茲自洽場理論和土井-愛德華茲（Doi-Edwards）分子動力學模型為一體的高分子理論框架[Shima et al 2003]。它把高分子鏈構象統計理論與高分子動力學有機的結合起來，構成了從分子水平上研究含有納米尺寸以上微相疇區動力學、流場誘導的非均相高分子動力學、以及在非平衡態下進行微觀形態調控所必須的基礎理論。由於描述了完整的高分子鏈構象的統計信息，這個統一的高分子理論將為真正實現從大分子動力學到介觀微區動力學、直至連續介質非線性流體力學的多尺度數值模擬提供可靠的理論框架。然而若要解決工程問題，利用大規模並行計算技術開展數值求解是唯一的途徑。
③開創計算流變學領域中的多種新穎計算策略並構建了大規模並行計算流變學平台。一是為了解決粘彈流體數值算法中的所謂“高Deborah 數問題”，於九十年代初與劍橋大學物理系、卡文迪什實驗室的世界著名理論物理學家Sir Sam F. Edwards教授合作，以第一作者首創了新穎的Lagrangian-Eulerian計算策略，並通過對標準粘彈流體問題的計算機模擬，驗證了它的良好收斂性和準確性[Yuan, Ball and Edwards 1993]。隨後，這一計算策略又被成功地推廣到模擬含自由邊界粘彈流體擠出流[Yuan, Ball and Edwards 1994]、剪下成帶流變現象[Yuan 1999]，以及介觀尺度下模擬濃懸浮液顆粒[Yuan and Ball 1994]、泡沫[Yuan and Edwards 1995]和乳液滴[Yuan and Doi 1998]在剪下流場下的動力學和流變行為。通過把Lagrangian-Eulerian計算策略與隨機(Stochastic)模擬算法的有機結合，實現了（粗粒化的）微觀分子動力學與連續介質流體力學之間的雙尺度耦合數值模擬，從而為在複雜流體邊界條件下檢驗各種難以用偏微分方程形式準確表達的微觀分子動力學模型提供了可靠的數值模擬方法。這一新穎算法被首先套用於模擬剪下流場下自組裝蠕蟲狀膠束的流變行為，成功地用數值模擬再現了其獨特的剪下成帶等流變現象[Spenley, Yuan and Cates 1996]。Lagrangian-Eulerian計算策略的公開發表直接引發了包括英國、德國、丹麥、西班牙和日本在內的同行廣泛跟蹤研究。二是通過與單肖文和陳滬東博士的合作，建立了針對波爾茲曼方程進行逐級高階近似的嚴格步驟，首次為計算流體力學領域裡流行的波爾茲曼格子算法提供了堅實的理論基礎[Shan, Yuan and Chen 2006]，並提出了如何正確引入分子間長程相互作用、粘彈性本構方程的實施方案。這種利用波爾茲曼格子算法計算粘彈流體的方法已經成功地獲得了驗證[Zou, Yuan et.al. 2014]，使得大規模高效並行計算流變學及其工程套用成為可能。三是在連續介質計算流變力學領域，構建了大規模並行計算流變學平台[Omowunmi and Yuan，2011；Yang, Yi, Ren, Xu, Xu and Yuan, 2015]，並將運用於研究“彈性湍流”這一學術界最具挑戰性前沿問題。
④發明面向複雜流體高通量流變和微觀結構動態表征的流變晶片並獲得國際領先研究成果，引領縮微流變儀的發展和套用。為了完整地表征各種複雜流體的（微觀或巨觀）本構關係，構建集成化的流變學實驗表征平台。這包括分子水平上的表征、剪下和拉伸條件下的流變和微觀結構動態表征[Hodgkinson,Chen,Bayat,Yuan 2014；Hodgkinson,Bayat,Yuan 2014]、在複雜粘彈流場下應力場和動態速度場的表征[Lanzaro and Yuan 2014；Lanzaro，Li and Yuan 2014]。除了常規的力學、流變與雷射同步測量技術以外，作為技術發明人近來在研製縮微流變儀方面也取得了顯著進展。曼徹斯特大學據此申請了世界專利[Rheochip,WO Patent 2,012,017,246]，並獲得美國專利授權。縮微流變儀具有樣品用量少、慣性影響低、靈敏度高、可進行實時流變和微觀結構動態表征、並可仿真微流場環境（小到5微米）等優點。它的最大剪下率量程要比現有的商業流變儀的量程至少高出兩個數量級，達到106s-1以上。這一平台被首先用於對低粘度半稀大分子溶液在微流器件中的非線性粘彈流變行為的全面定量表征。由此獲得的實驗數據與從數值模擬平台的計算結果進行嚴格比較，從而驗證各種大分子動力學模型在預估超彈性流變行為的準確性，並為進一步完善大分子複雜流體動力學理論、定量研究“彈性湍流” 提供可靠的技術手段。這一縮微流變儀平台實現了當前商業流變設備還不具備的功能，已經被若干世界著名生物醫藥公司（如Medlmmune）套用於抗體蛋白藥的快速篩選、配方和加工工藝的設計和最佳化。這一技術還將在細胞快速檢索、臨床檢測等生物醫學領域，以及軟物質材料的高通量分子和配方篩選、全數位化設計和製造中得到廣泛套用。
論文和專利
1.W Yang, W. Yi, X Ren, L. Xu, X. Xu andX-F. Yuan, “Toward large scale parallel computer simulation of viscoelastic fluid flow: a study of benchmark flow problems”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics (2014), DOI: 10.1016/j.jnnfm.2014.09.004.
2.T. Hodgkinson,X-F. Yuanand A. Bayat, “Electrospinning silk fibroin fiber diameter influences in vitro dermal fibroblast behaviour and promotes healing of ex vivo wound models”, Journal of Tissue Engineering,5, 1-13(2014), DOI: 10.1177/2041731414551661.
3. A. Lanzaro, Z. Li,X-F. Yuan, “Quantitative characterisation of high molecular weight polymer solutions in microfluidic hyperbolic contraction flow”, Microfluidics and Nanofluidics, 1-10(2014), DOI: 10.1007/s10404-014-1474-z.
4.S. Zou,X-F. Yuan, X. Yang, W. Yi and X. Xu, “An integrated lattice Boltzmann and finite volume method for the simulation of nonlinear viscoelastic fluid flows”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics,211, 99-113 (2014).
5.T. Hodgkinson, Y. Chen, A. Bayat andX-F. Yuan, “Rheology and electrospinning of regenerated Bombyx mori silk fibroin aqueous solutions”, Biomacromolecules,15(4), 1288-1298 (2014).
6.A. Lanzaro,X-F. Yuan, “A quantitative analysis of spatial extensional rate distribution in nonlinear viscoelastic flows”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics,207, 32-41 (2014).
7.S.C. Omowunmi andX-F. Yuan, “Time-dependent nonlinear dynamics of polymer solutions in microfluidic contraction flow – A numerical study on the role of elongational viscosity”, Rheologica Acta,52, 337-354 (2013).
8.X-F. Yuan, “Rheometry Apparatus”, Patent Application No. 1013044.1 (2010), PCT/GB2011/051476 (2011) and WO2012/017246 A2 (2012).
9.L. Wang, H. Xie, X. Qiao, A. Goffin, T. Hodgkinson,X-F. Yuan, K. Sun and G. G. Fuller; “Interfacial rheology of natural silk fibroin at air/water and oil/water interfaces”, Langmuir,22, 459-467 (2011).
10.A. Lanzaro,X-F. Yuan, “Effects of the contraction ratio on non-linear dynamics of semi-dilute highly polydisperse PAAm solutions in microfluidics”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics,166, 1064-1075 (2011).
11.Z. Li,X-F. Yuan, S. Haward, J. Odell and S. Yeates, “Non-linear dynamics of semi-dilute polydisperse polymer solutions in microfluidics: effects of flow geometry”, Rheologica Acta,50, 277-290 (2011).
12.Z. Li,X-F. Yuan, S. Haward, J. Odell and S. Yeates, “Non-linear dynamics of semi-dilute polydisperse polymer solutions in microfluidics: a study of benchmark flow problem”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics,166, 951-963 (2011).
13.X-F. Yuan, “Reform of scientific research system for fertilising pharmaceutical industry in the global arena”, Bulletin of National Natural Science Foundation of China,25(4), 232-234 (2011).
14.S. Haward, Z. Li, D Lighter, B. Thomas, J. Odell,X-F. Yuan, “Flow of dilute to semi-dilute polystyrene solutions through a benchmark 8:1 planar abrupt micro-contraction”, J. Non-Newtonian Fluid Mechanics,165, 1654-1669 (2010).
15.S. Haward, J. Odell, Z. Li,X-F. Yuan, “The rheology of polymer solution elastic strand in extensional flow”, Rheologica Acta,49, 781-788 (2010).
16.S. Haward, J. Odell, Z. Li,X-F. Yuan, “Extensional rheology of dilute polymer solutions in oscillatory cross-slot flow: the transient behaviour of birefringent strands”, Rheologica Acta,49, 633-645 (2010).
17.S.C. Omowunmi andX-F. Yuan, “Modelling the three-dimensional flow of a semi-dilute polymer solution in microfluidics – on the effect of aspect ratio”, Rheologica Acta,49, 585-595 (2010).
18.G. O. Aloku andX-F. Yuan, “Numerical simulation of polymer foaming process in extrusion flow”, Chemical Engineering Science,65, 3749-3761 (2010).
19.K. Sato,X-F. Yuanand T. Kawakatsu, “Why does shear banding behave like first-order phase transitions? Derivation of a potential from a mechanical constitutive model”, European Physical Journal E,31, 135-144 (2010).
20.T. Hodgkinson,X-F. Yuanand A. Bayat, “Adult stem cells in tissue engineering”, Expert Review of Medical Devices,6, 621-640 (2009).
21.C. Sobajo, F. Behzad,X-F. Yuan, A. Bayat, “Silk: a potential medium for tissue engineering”, ePlasty: Open Access Journal of Plastic and Reconstructive Surgery”,8, 438-446 (2008).
22.A. Kelarakis, V. Havredaki,X-F. Yuan,C. Chaibundit and C. Booth, “Aqueous gels of triblock copolymers of ethylene oxide and 1,2-butylene oxide (type BEB) studied by rheometry”, Macromolecular Chemistry and Physics,207, 903-909 (2006).
23.D. Mistry, T. Annable,X-F. Yuan, C. Booth, “Rheological behaviour of aqueous micellar solutions of a triblock copolymers of ethylene oxide and 1,2-butylene oxide: B10E410B10, Langmuir,22, 2986-2992 (2006).
24.R Pathansali, A A Mangoni, B. Creagh-Brown, Z.C. Lan, G.L. Ngow,X-F. Yuan, E L Ouldred, R Sherwood, C.G. Swift, S H D Jackson, "Effects of folic acid supplementation on psychomotor performance and blood rheology in healthy elderly subjects", Archives of Gerontology and Geriatrics,43, 127-137 (2006).
25.X. Shan,X-F. Yuan, H. Chen, "Kinetic representation of hydrodynamics: A way beyond the Navier-Stokes equation", J. Fluid Mech.,550, 413-441 (2006).
26.S. Lacey, T. P. Ford,X-F. Yuan, M. Sherriff and T. Watson, “The effect of temperature on viscosity of root canal sealers”, International Endodontic Journal,39, 860-866 (2006).
27.J.Y. Lee, G.G. Fuller, N. Hudson andX-F. Yuan, "Investigation of shear bands in worm-like micellar solution by point-wise flow-induced birefringence measurement", J. of Rheology,49, 537-550 (2005).
28.V. Castelletto, I. W. Hamley,X-F. Yuan, A. Kelarakis and C. Booth, "Structure and rheology of aqueous micellar gels formed from an associative triblock poly(oxybutylene)-poly(oxyethylene)-poly(oxybutylene) copolymer", Soft Matter,1, 138-145 (2005).
29.C. Chaibundit, P. Sumanatrakool, S Chinchew, P. Kanatharana, C. Booth andX-F. Yuan, "Association properties of diblock copolymer of ethylene oxide and 1,2-butylene oxide: E17B12in aqueous solution", Journal of Colloid and Interface Science,283, 544-554 (2005).
30.L. Jupp andX-F. Yuan, "Dynamic phase separation of a binary polymer liquid with asymmetric composition under rheometric flow", J Non-Newtonian Fluid Mechanics,124, 93-101 (2004).
31.N.M.P.S. Ricardo, S.B. Honorato, Z. Yang, V. Castelletto, I. W. Hamley,X-F. Yuan, D. Attwood and C. Booth, "Gelation of concentrated micellar solutions of a triblock copolymer of ethylene oxide and styrene oxide, S5E45S5", Langmuir,20, 4272-4278 (2004).
32.A. Kelarakis, X-T. Ming,X-F. Yuanand C. Booth, "Aqueous micellar solutions of mixed triblock and diblock copolymers studied using oscillatory shear", Langmuir,20, 2036 (2004).
33.T. Shima, H. Kuni, Y. Okabe, M. Doi,X-F. Yuanand T. Kawakatsu, "Self-consistent field theory of viscoelastic behaviour of inhomogeneous dense polymer systems", Macromolecules,36(24), 9199 (2003).
34.A. Kelarakis, V. Havredaki,X-F. Yuan, Y-W. Yang and C. Booth, "Mixed micelles of block copolymers of ethylene oxide and 1,2-butylene oxide. Solutions and gels of triblock BEB plus diblock EB copolymers studied by light scattering and rheology, Journal of Materials Chemistry,13, 2779 (2003).
35.L. Jupp, T. Kawakatsu andX-F. Yuan, "Modelling shear-induced phase transitions of binary polymer mixtures", J. Chem. Phys.119(12), 6361 (2003).
36.A. Kelarakis,X-F. Yuan, S-M. Mai, Y-W. Yang and C. Booth, "Aqueous micellar solutions of a triblock copolymer of ethylene oxide and 1, 2-butylene oxide, B12E114B12. The scaling of viscoelasticity", Phys. Chem. Chem. Phys.,5, 2628 (2003).
