科技创新看吉林系列报道之五在计算机上做化学实验 ——记吉林大学理论化学研究所教授吕中元

 怀着对科学的敬畏之心，记者走进了吉林大学，专访刚刚入选科技部2014年创新人才推进计划“中青年科技创新领军人才”的吕中元教授。近一小时的访谈，吕中元儒雅的谈吐气质、严谨的治学态度以及发自内心的自信，给记者留下深刻的印象。
    推开聚合物研究的实验之门
    聚合物结构与动力学模拟，究竟是什么？
    “其实，我们的研究离生活并不遥远。”吕中元开始简短又通俗地向记者介绍他的研究课题。
    我们常见的塑料、橡胶就是聚合物材料。聚合物材料不但在人们的日常生产生活中很常见，在高新技术领域也有着广泛的应用。
    “聚合物的微观结构及其演化过程决定了它的宏观性能，因此，发展基于基本物理定律的精确理论计算方法，对明晰聚合物微观结构与宏观性能之间的联系显得尤为重要。”而吕中元及其团队所做的，就是这类基础研究。
    众所周知，基础研究是科技创新的源头。
  在“聚合物研究”这个阵地上，我们只有搞清楚了材料的结构与性能之间的联系，才有机会让这些参数为我们所用，才有可能改良、优化、创新，产生更“好”的材料，让新工艺、新材料应用于工业界，从而生产出性能和品质更高的产品。
    在我们的生活中，塑料、橡胶等各类聚合物材料可谓无处不在。科技在发展，生活品质在提升，人们对聚合物材料的性能、品质等各方面要求也不断提高。
    “只有通过研究，明晰了聚合物材料微观结构及聚集态结构协同作用对材料宏观性能的影响规律，才能对其分子结构以及聚集态结构进行全方位的优化设计。”吕中元说，当前很多研究和实验都是基于此而展开的，众多的科研院所、企业研发中心等机构进行着大量的实验，以期实现聚合物材料性能的全面提升，从而促进工业领域生产更好的材料，提升人们的应用体验。
    计算机上模拟出化学实验
    需求大，实验就少不了。实验多了，废弃物就少不了。聚合物材料在进行化学实验的过程中，有时难免产生有毒、有害物质，污染可想而知。
    “我们团队主要利用大型计算设备开展模拟研究，采用基于基本物理定律的计算机模拟方法，替代大量的化学实验探索。”吕中元进一步解释，采用模拟方法做实验，也就极大程度地降低了化学实验的次数，从而避免了盲目实验造成的浪费以及废弃物无序排放，其潜在的生态效益不可估量。
    “其实，就相当于在计算机上做化学实验？”结合之前做得功课，记者试着如此理解。“对，对。”吕中元连连点头表示认同。
    在计算机上模拟专业的化学实验，吕中元及他的科研团队，就是在这种背景下，以一系列国家及省部级重点研究项目为依托，逐步建立并成长起来的。
    近5年来，团队在多尺度计算机模拟方法的发展、程序开发、明晰聚合物复杂相结构的主要热力学及动力学调控因素等方面均取得了一系列学术成绩，在国际高水平学术期刊发表了系列研究论文，并自主开发了在GPU上高效运行的粗粒化分子动力学模拟程序GALAMOST，从模拟算法到程序结构都有了新的突破，实现了在同等资金投入下研究典型聚合物及纳米粒子体系的计算效率有1至2个数量级的提升。
   目前，GALAMOST模拟程序包已获得了国家软件著作权保护，并且拥有意大利Salerno大学、瑞典斯德哥尔摩大学、上海交通大学、中国科学院长春应用化学研究所等多家国内外用户。吕中元带领的“聚合物结构与动力学模拟”研究团队已在国际聚合物模拟研究领域体现了重要特色，在国内同
    领域具有重要地位。
    “聚合物结构与动力学模拟方法的发展及应用，将在我国产业升级、经济转型过程中起到不可忽视的作用。”谈到未来，吕中元信心满满，他将带领他的团队，继续孜孜以求，争取为推动我国在本领域科技创新能力的提升方面作出更大的贡献。

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    吕中元，男，1973年4月生，系吉林大学理论化学研究所教授，主要从事聚合物结构与动力学模拟、功能高分子材料设计等领域的研究工作,发展了适于聚合物研究的多尺度模拟方法，自主开发了高效多尺度计算机模拟程序，研究了聚合物相分离及微相分离的结构与动力学演化过程，明晰了调控聚合物复杂相结构的主要热力学及动力学因素以及聚合物宏观使用性能对材料不同层次结构的依赖关系，取得了一批创新性强的学术成果。目前，他已在Phys.Rev.Lett.、J.Am.Chem.Soc.、J.Phys.Chem.B等国际学术期刊上发表研究论文100余篇，被他人正面引用800余次。
    吕中元2008年获中国化学会青年化学奖，并入选教育部新世纪优秀人才支持计划；2010年获国家杰出青年科学基金，被聘为吉林大学唐敖庆特聘教授；2011年获评吉林省高级专家，负责科技部973计划课题1项；2012年被评为吉林省拔尖创新人才；2014年当选《中国科学-化学》青年工作委员会委员。