我们课题组方向广阔，兼顾基础研究、应用研究和工程开发，发展潜力巨大，目前亟待有志之士加盟，欢迎具有光学、流体力学、理论物理和计算机软硬件背景的有志青年报考我们课题组的博士和硕士。申请人需具备扎实的数值处理和分析基础，熟练使用Matlab、Fortran、C/C++等至少一种计算机语言。具备计算物理基础（包括有限元分析、有限体积法、格子玻尔兹曼方法等）或控制系统设计基础的申请人优先。

2022年计划招收若干名硕、博士研究生，分别从事电动力湍流数值直接模拟、湍流唯象理论、下一代微流体荧光测速系统和计算机图像分析等领域的研究，欢迎咨询。

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各研究课题简介

（1）受激辐射损耗（STED）超分辨光学显微成像系统开发及其在生物医学领域的应用：STED技术是一种新型的荧光显微成像技术，由Stefan Hell在1994年提出并在2000年初步实现。由于对该技术的贡献，Hell获得2014年诺贝尔化学奖。该技术具有广泛的应用前景，例如在生物、生物医学工程、化学、材料等领域。目前，STED显微镜的最高空间分辨率可达到5 nm。我们课题组具有STED显微镜的全系统开发能力和经验，现有独立开发的基于连续激光的STED超分辨显微镜两台，正在开发基于多种激光光源的多台STED超分辨显微镜。此外，我们开发了效果出色的图像后处理算法，能够在软件上实现超分辨成像。目前，我们在该领域执行包括国家重大仪器项目在内的多项国家和省部级项目。

（2）光场调制技术及光学测量仪器开发：基于空间光调制器实现对复杂光斑的调制，开发新型的并行超分辨成像和激光加工系统、基于特殊光场的光学测量仪器以及生物操控。

（3）基于荧光的微纳流场测速技术：包括激光诱发荧光漂白速度计（LIFPA）和下一代荧光测速系统。其中，LIFPA是一种新型的具有极高时间和空间分辨率的微纳流速度测量技术，由Guiren Wang在2000年发明。基于该技术，我们取得了诸多突破性的发现。例如，对微流体电动力湍流的速度场进行了高时间-空间分辨率的研究、在微流动中检测到Kolmogorov -5/3谱以及速度结构函数的概率密度分布的指数尾现象。随后，发现ACEOF中电双层上的速度响应远低于预期，且存在明显的混沌流动现象。

（4）微纳流控（Micro/Nanofluidics）技术及其应用：微纳流控芯片因其体积小、可携带、可集成、高效低浪费等优点，近20年来得到快速发展并逐渐在日常生活和科研领域铺开。之前的研究中，我们基于电动力流动技术开发了迄今为止最高效的微混合器技术。本方向的研究主要通过电、磁、光、声等主被动混合技术，设计和实现高效、高通量、过程可控的微混合器/微反应器/微燃烧器，探索其在化工、能源、生物医药、环境等产业中及未来产业升级中的应用。

（5）电动力流体力学（Electrokinetic flow）和光流体（Optofluidics）动力学：本方向主要针对电场和光场作用下的流体物理和流动现象，包括基于电动力流动的湍流现象研究、非线性DC和AC电渗流的研究、离子电泳以及DNA电泳的动力学研究。该方向需有一定的流体物理、流体力学和光学专业背景。

（6）湍流唯象理论和实验研究（Turbulence）：国际上对电水动力（Electrohydrodynamic）湍流的研究始于20世纪80年代，主要应用于电除尘、电喷射等领域，电动力湍流是电水动力湍流的一个分支。我们对电动力湍流的层次结构和标度律进行了开创性的研究，提出AC（2017年）和DC（2019年）电动力湍流的能量和标量级串过程理论，简称Zhao-Wang model，发现电动力湍流的速度谱和标量谱（电导率或介电系数）分别具有-7/5和-9/5的标度指数。随后，2021年提出一种广义体积力形式。在2022年，Zhao提出一个基于flux的外力驱动湍流的广义模型，建立了统一的守恒方程，明确提出基于标量的多尺度体积力驱动的湍流具有四种不同的能量级串过程。目前，对电动力湍流的研究处于起步阶段，需流体物理、理论物理和统计物理专业背景。

（7）受限混合层中的传质传热强化（Mass and heat transfer in confined mixing layer）：在宏观管路流动中，由于多管路的存在，产生复杂的非线性声学共振，其共振频率远低于1D声学所预测的频率。基于该共振，结合受限混合层，可以实现快速的流动混合和传质传热强化，从而为实现紧凑、高效的化工、药物和发动机提供可能性。本方向是与University of South Carolina合作进行。

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最新进展及特色成果

• 建立一个多尺度力驱动湍流的广义flux模型：建立基于能流函数(Π_u)和标量流函数(Π_s)的守恒方程，首次将惯性子区（Kolmogorov -5/3 law, Obukhov-Corrsin -5/3 law）, constant-Π_u子区和constant-Π_s子区等统一在一个理论框架下，明确提出基于标量的多尺度体积力驱动的湍流具有四种不同的能量级串过程。该研究于2022年发表于Physical Review Fluids. 
  

• 基于电动力湍流，开发高性能电动力流动微混合器，在84微米和100毫秒上即实现了93%的均匀混合。同时，揭示电动力流动稳定性理论难以有效预测电动力湍流的最优混合参数。该研究于2022年发表于Analytical Chemistry，共同第一作者为南可易，石艳霞。

• 提出一种多区域条状分割相位方法，通过空间光调制器实现在高数值孔径系统中、多种不同矢量光束的同时、独立、6维调制，极大提升光束调制的效率和实用性，为基于光场调控的激光加工、成像、生物操控提供一种高效的解决方案。该研究于2022年发表于光学领域权威期刊Optics Letters，第一作者为博士研究生朱月强.

• 1994年，佘振苏和Leveque提出了著名的湍流SL94尺度律理论，并被广泛应用于传统流体湍流、磁流体湍流和对流等湍流现象的研究，获得极大的成功。在SL94理论中，一般认为间歇性参数—β存在于0和1之间。我们的实验研究首次揭示，在电动力湍流中存在β>1的现象。同时，与北京大学苏卫东教授合作，从理论上揭示电动力湍流与传统湍流在尺度间相互作用上存在明显区别，指出湍流的形成存在全新的路径。该研究于2021年发表在流体力学权威期刊Physical Review Fluids上，得到审稿人的高度评价—“ The experimental framework for such delicate problems is first rate. The outcomes for theory provide entirely new theoretical directions toward understanding turbulence. It is very surprising and exciting that the authors were able to experimentally construct flows in which the intermittency factor of the SL94 model can exceed one, since this may imply a behavior of intermittency in turbulence at small scales that is here-to-fore not expected nor understood.”

• 电渗流做为一种重要的界面电动力流动现象，在微纳流控、生物医学、电化学等领域被广泛应用。通常认为绝缘壁面上，电渗流只能为层流。课题组通过先进的激光诱发荧光漂白流场测速技术，首次在电双层（百纳米以下尺度）附近观测证实电渗流可以失稳并转捩为混沌流动，并提出以电惯性速度取代常用的Helmholtz–Smoluchowski速度做为新的特征速度尺度，建立新的电渗流控制方程及其无量纲控制参数。本研究对于揭示纳观尺度界面流体物理和动力学机制、探寻界面电荷和电场的动态变化过程具有重要意义。相关研究于2021年发表在化工领域顶级期刊AICHE Journal，并获得审稿人的高度评价“this is the first time that this phenomenon has been reported in the open literature”，第一作者为硕士研究生胡忠彦（已毕业）。

• 标量湍流的主动输运过程是高度复杂的，涉及高度耦合的湍流速度场和标量场，这里面最具代表性的现象包括热对流、密度或盐度分层流、电动力湍流等等。对热对流的能量与温度级串过程的研究可追溯到1959年，Bolgiano和Obukhov分别提出了稳定分层湍流的尺度律，即著名的BO59尺度律。赵伟和王归仁于2017年(Physical Review E)和2019年(Physica D)建立了电动力湍流的能量与标量级串理论。2021年，赵伟与王归仁通过引入一个全局性的、可使用分数阶导数（n）的、依赖标量结构的体积力，建立了统一的理论模型，系统描述基于标量的体积力对湍流能量和标量级串过程的影响(Journal of Hydrodynamics)。n=0时，该模型与BO59尺度律结果一致，可以描述浮力驱动湍流。而当n=1时，该模型与电动力湍流的尺度律结果一致。研究揭示，在一个统计均衡系统中，n<4。该模型不仅实现了对以上湍流形式的统一，更重要的贡献是预测了可能存在的其它形式湍流及其形成机理。例如，n=0时浮力驱动湍流代表重力场（或引力场）的效应，n=1时电动力湍流代表电场效应，而其它n所代表的意义需要未来研究去揭示。