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研究领域

研究方向一：复合材料界面失效及改性

界面是复合材料载荷传递的核心枢纽，也是宏观失效的微观起源。由于界面相互作用的本质发生在纳米尺度，传统宏观手段难以揭示其脱粘机理与改性规律；而单一尺度的模拟又无法将底层物理机制与工程构件的宏观性能直接关联。因此，本方向致力于运用分子动力学模拟在原子层面精准解析界面的损伤演化与调控机制，并依托多尺度方法将纳米级界面参数跨域传递至介观与宏观模型，从而形成“微观机理揭示—跨尺度参数关联—宏观性能预测”的全链条研究。

针对竹纤维/环氧树脂复合材料在潮湿环境下的界面失效难题，该工作综合运用实验与分子动力学模拟，从纳米尺度揭示了水分吸附对纤维素微纤丝/环氧树脂界面结合与破坏行为的动态调控机制，阐明了吸湿过程中界面失效模式由脱粘向多层分层演化的物理本质。相关成果发表于国际权威期刊《Cellulose》（2026），并获选为当期封面论文。

针对玻璃纤维/树脂界面强化需求，该工作通过化学修饰与纳米构型设计，揭示了“微纳砖砌”结构增韧促内聚破坏、“层叠”结构增强提结合强度的差异化调控机制，为复合材料界面定向设计奠定理论基础。

研究方向二：混凝土材料计算模拟

混凝土作为多相复杂工程材料，其宏观力学性能与长期耐久性本质上受制于水泥水化产物（如C-S-H、C-A-S-H凝胶）的纳米结构演化及多相界面行为。然而，传统宏观实验难以捕捉孔隙内水分传输、离子溶解等底层物理化学过程。因此，本方向致力于运用分子动力学模拟、第一性原理计算及增强采样技术，在原子尺度揭示无机胶凝体系的水化机理、纳米孔道内的物质传输规律及其对宏观性能的跨尺度影响，为高性能混凝土材料的理性设计提供理论支撑。

针对再生PET纤维/骨料与水泥基体的界面相容性难题，该工作结合DFT计算与Metadynamics加速分子动力学模拟，从电子与原子尺度揭示了PET表面改性对硅酸三钙（C3S）早期水化路径及动力学的调控机制，阐明了界面黏弹性响应对失效过程中能量耗散的增强作用，有效克服了传统掺合导致砂浆性能劣化的瓶颈。

针对碱激发矿渣地聚合物中水分渗透与界面力学难以兼顾的难题，该工作通过分子动力学模拟系统对比了亲水与疏水官能团修饰对C-A-S-H纳米孔内水分传输的差异化抑制机制，揭示了“抗渗性”与“界面凝聚力”之间的内在权衡规律，打破了“亲水性必然促进渗透”的传统认知，为兼顾结构完整性与耐久性的地聚合物分子级设计提供了新策略。