东亚大学Lee Heonsang教授团队破解“互溶流体界面”130年难题

by Jo Chunghyeon

Published 28 Sep.2026 13:06(KST)

推导出“自由能协同演化变分原理”……还能定量预测界面寿命

东亚大学研究团队提出一种新的物理理论，用以解释两种完全互溶的流体接触后，界面为何仍能维持一段时间。

东亚大学（校长 Lee Haeu）9月28日表示，该校化学工程系教授 Lee Heonsang 研究团队的成果已于9月23日刊登在 Nature Portfolio 旗下的国际物理学期刊《Communications Physics》上。

《Communications Physics》涵盖纯物理学和应用物理学各领域，影响因子为5.8，位列该领域前25%。

Lee Heonsang 教授研究团队推导出“自由能协同演化变分原理”，以统一的理论框架解释完全互溶的流体接触后，界面的形成、维持和崩塌过程。基于这一原理，研究团队还成功定量预测了界面的寿命。

论文题为《完全互溶流体中长寿命界面背后的普遍规律》（The universal law behind long-lived interfaces in fully miscible fluids）。

完全互溶的流体相互接触的现象，广泛存在于生物细胞内部、人体、工业化学工艺和海洋环境等自然与技术系统中。在半导体、电极等材料体系中，离子和电子也会像流体一样呈集体性分布，由此产生类似的界面问题。

然而，两种流体接触后为何不会立即混合，而是能在一定时间内维持界面，其具体物理机制自1893年 J.D. van der Waals 提出界面理论以来，130多年来一直未获阐明。

在此次研究中，研究团队通过“自由能地形”与“界面浓度场”的对偶耦合及自洽协同演化概念，探讨了这一问题。

以往的理论采用顺序作用的方式解释这一现象：或认为既定的地形决定流体流动，或认为流体流动先改变地形，地形的变化再反过来影响流动。而研究团队提出的协同演化理论认为，地形与流体流动构成一个整体状态，并同时发生变化。

基于这一协同演化结构，研究团队将界面的形成、维持、增厚直至最终崩塌的过程纳入统一的理论框架，并指出，即使流体的化学性质不同，也可以定量预测界面的寿命。

东亚大学表示，这项研究的意义不止于将现有理论应用于特定现象，更在于提出了以同一原理贯通多种物理现象的数学与物理框架。该校特别强调，这是一项提出“变分第一原理”的基础理论研究，旨在以一个最根本的准则解释自然界如何选择状态并不断演变。

Lee Heonsang 教授表示：“这项研究有望推动软物质和精密化学工艺的设计与控制原理进一步发展，并为今后拓展至实际工艺优化和产业技术奠定学术基础。近30年来，我始终坚持不以增加研究成果数量为目标，而是力求每年发表一篇比上一年更进一步的论文。如今，我们得以超越局限于特定现象的模型，以变分第一原理的形式提出有望成为工程基础理论的普遍物理规律，这是令人欣慰的成果。”

他还表示：“希望在共同研究中展现出卓越能力的学生 Choi Gyeongmin 博士和 Ashar Hussain 博士，今后能够成长为优秀的青年科学家。人工智能有助于寻找人类所提出问题的解法，但打破既有思维框架、定义新问题的创造力，仍是人类研究者的核心作用。”

参与此次研究的 Choi Gyeongmin 博士目前在韩国科学技术研究院、Ashar Hussain 博士在东亚大学“21世纪韩国人才培养计划”项目组，继续从事博士后研究。

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Lee Heonsang 教授担任东亚大学化学工程系“21世纪韩国人才培养计划”项目组负责人，围绕精密化学材料和用于物理人工智能的精密软物质，推进研究与人才培养。他持续开展涵盖理论与实验的软物质及先进材料研究，成果发表于《Nature Communications》《Science Advances》等国际学术期刊。近期，他又将研究领域拓展至非平衡流体与界面的普遍物理原理。