基本资料
张习同 工学博士，特聘副教授，硕士生导师
。2026年7月加入浙江理工大学能源与动力工程系流体工程团队魏义坤教授课题组。2016年9月进入西安交通大学动力工程及工程热物理专业攻读博士学位，师从刘海湖教授；2022年博士毕业后，先后在英国杜伦大学和爱丁堡大学从事博士后研究，合作导师为Halim Kusumaatmaja教授。主要从事基于格子Boltzmann方法的复杂多相流动数值研究，在气液固三相耦合、颗粒—气液界面毛细作用、颗粒接触与摩擦、复杂表面润湿等方面形成了系统的研究基础。已在Science Advances、Journal of Fluid Mechanics、Powder Technology等SCI期刊发表论文20余篇，并担任Physics of Fluids等期刊审稿人。
主要研究方向
● 先进芯片封装中的毛细填充与缺陷调控
随着人工智能大模型训练与推理、高性能计算等战略前沿领域算力需求持续攀升，高性能芯片向更高集成度、更高互连密度和更复杂封装结构发展，先进封装已成为关键支撑；其中，底部填充胶（底填胶）是倒装芯片、Chiplet、2.5D/3D封装的关键材料，用于填充芯片—基板微间隙、包覆焊点/微凸点并缓解热膨胀失配应力，通常由环氧树脂基体和高含量SiO₂、Al₂O₃、BN、AlN等微颗粒填料组成（图1a）。液态含颗粒底填胶依靠毛细作用填充微间隙后加热固化，但颗粒会提高体系黏度、降低流动性，并在流动前沿、气泡/空洞界面及近壁面附近引发颗粒捕获、气泡滞留、空洞夹带、近壁堆积和局部堵塞，形成空洞、局部未填充和颗粒分布不均等缺陷（图1b）；这些缺陷在固化过程中被锁定后，会导致局部热阻升高、应力集中甚至界面脱粘，影响封装散热和长期可靠性。现有研究多集中于材料配方、填料含量、黏度调控、固化条件和宏观填充性能，对微颗粒—多相界面耦合如何诱导缺陷及缺陷固化锁定机制仍缺乏清晰认识，难以建立颗粒性质、胶体流变、界面润湿、填充工况与缺陷结构间的定量关联，工艺优化仍依赖经验试错。
为此，本研究拟以先进芯片封装底填胶工艺为应用场景，采用格子Boltzmann方法建立毛细填充与固化过程的介观数值模型，模拟微颗粒在微间隙、微凸点阵列和气泡/空洞界面附近的运动及其对缺陷形成的影响，揭示填充缺陷与固化锁定的介观机制，并结合已有气液固三相流动、颗粒—气液界面毛细作用（图2）、非牛顿流体颗粒迁移和复杂润湿界面建模方面的研究基础，建立微颗粒分布、多相界面演化、缺陷固化锁定与封装可靠性之间的内在关联，为底填胶填料设计、毛细填充工艺优化、空洞缺陷抑制和先进芯片封装可靠性提升提供理论依据。
图1底部填充胶封装工艺和缺陷示意图。（a）底部填充胶封装工艺过程示意图。（b）底部填充胶封装过程中的缺陷产生示意图。
图2颗粒负载延迟液柱的Rayleigh–Plateau失稳过程：（a）较短液柱k*=0.63；（b）较长液柱k*=0.31。各组左侧为无颗粒液柱（χ=0），右侧为颗粒负载液柱（χ=0.13）（Zhang et al., Langmuir, 38(11), 3453–3468, 2022）
● 图案化液体表面及润湿性调控
表面润湿调控是液滴操控、微流控、界面材料和功能表面设计中的基础问题。传统图案化固体表面主要依赖表面化学异质性和微纳结构调节液滴润湿状态，但容易受到接触线钉扎、接触角迟滞和表面缺陷影响，导致液滴运动阻力较大、润湿调控模式受限。润滑液浸渍表面可降低接触线钉扎和液滴黏附（图3），但已有研究多集中于均匀润滑液表面，对由多种不混溶润滑液构成的图案化液体表面及其可重构润湿机制认识不足。
图3猪笼草笼口在干燥时有较大摩擦力，昆虫不易滑入（左）；在湿润时非常光滑，钉扎和黏附效果显著降低（右），昆虫容易滑入。
图4图案化液体表面的制备与润湿性能。(a)表面制备过程与实验照片。荧光显微图显示，液体条纹结构能够稳定支撑水滴。水滴沿条纹平行和垂直方向的滑动角，表征该表面的各向异性润湿特性。(b)图案化液体表面上液滴/气泡多种平衡状态及其接触角预测，图中虚线代表经典Young方程，实线代表本文提出的新模型。（Zhang et al., Sci. Adv., 11, eadw6615, 2025）
针对传统图案化固体表面润湿调控受接触线钉扎和固体摩擦限制的问题，提出了由不混溶润滑液构成的图案化液体表面新体系（图4a）。该体系利用不同润滑液之间的界面张力差异和液体界面的自适应形变，实现了同一图案化液体表面上的多平衡润湿状态，突破了传统固体图案表面通常对应单一稳定润湿状态的认识。进一步揭示了图案化液体表面多平衡润湿状态源于润滑液界面重构、接触线重排和局部界面张力平衡的形成机制；建立了适用于不同润湿构型的统一接触角预测模型（图4b），实现了对液滴表观接触角和润湿状态转变的定量描述，为复杂润湿界面调控提供了新的物理图像。
● 太阳能光伏板表面液滴驱动除尘
在双碳与能源绿色转型背景下，光伏积尘导致显著发电损失和清洁维护难题：积尘降低透光率与输出功率，并可引发遮挡、功率失配和热斑，全球年损失约30亿～50亿欧元，高积尘地区更为严重（图5）。现有高压水洗、机械刷洗、静电除尘和自清洁涂层等除尘方法普遍存在耗水、耗能、磨损、环境适应性或耐久性不足等问题。液滴驱动除尘具有节水、低能耗、低磨损潜力，但现有研究多停留在宏观去除率和参数优化，对颗粒尺度瞬态受力、尘粒脱附与界面捕获临界条件，以及多尘粒捕获、聚集、再分布对接触线钉扎和液滴迁移的反馈机制认识不足。
图5光伏组件积尘及其对发电性能的影响：（a）青海塔拉滩光伏产业园，全球最大装机规模的光伏发电园区，规划占地609平方公里（吉尼斯世界纪录）；（b）央视报道的乌兰布和沙漠东部光伏电站积尘，经济损失以亿元计；（c）短路电流随积尘时间的变化，ISC是当太阳能电池板的正负极直接相连（即外部电阻为零）时，回路中能产生的最大电流，反映太阳能电池板极限发电性能。沙尘持续积累120天时，光伏板ISC下降超过17%；（d）光伏组件积尘报道（图片来源：中国新闻网、央视网、新浪网；数据来源：Energy, 239, 122213, 2022）
对此，本研究拟采用相场格子Boltzmann方法，构建考虑颗粒碰撞、摩擦、黏附和润湿边界的气液固多相耦合介观模型，研究移动接触线作用下尘粒受力与迁移（图6），确定脱附/捕获临界条件，揭示多尘粒负载反馈机制，建立液滴载尘状态、迁移特性与尘粒净输运量的定量关系，为光伏玻璃液滴除尘能力预测、表面润湿设计和运行参数调控提供理论依据。
图6 光伏玻璃表面液滴驱尘过程及尘粒受力与运动状态示意图（受力标注为所取截面内的示意）
科研项目
1. Leverhulme Trust, Fluid Mechanics of Wettability-Patterned Liquid Surfaces, RPG-2022-140, 42.5万英镑，2023.2~2026.2，项目博士后
2. 国家自然科学基金，含表面活性剂的两相驱替微观渗流机理及模型研究，No. 12072257，63万元, 2019.1~2022.12,排名3/7
3. 陕西省自然科学基础研究计划，表面活性剂影响下两相驱替微观渗流机理研究，No. 2019JM-343，3万元，2020.1~2022.12,排名3/7
4. 北京应用物理与计算数学研究所，可压缩多相复杂流动的多尺度数值模拟方法研究，GJXM92579，30万元，2020.7~2022.6，排名3/7
发表论文
1. X Zhang#, H Zhao#, JR Panter, G McHale*, GG Wells*, R Ledesma-Aguilar*, H Kusumaatmaja*. Multiple equilibria enables tunable wetting of droplets on patterned liquid surfaces.Science Advances, 2025, 11(38): eadw6615. (IF=12.5)
2. X Zhang, J Zhang, H Liu*.How the presence of particles at the interface influences the droplet deformation in a simple shear flow?Powder Technology, 2022, 411: 117920. (IF=4.6)
3. X Zhang, J Zhang, H Liu*, P Jia.Rayleigh–Plateau instability of a particle-laden liquid column: A lattice Boltzmann study.Langmuir, 2022, 38(11): 3453-3468.(IF=3.9)
4. X Zhang, H Liu*, J Zhang.A new capillary force model implemented in lattice Boltzmann method for gas–liquid–solid three-phase flows.Physics of Fluids, 2020, 32(10): 103301. (IF=4.3)
5. X Zhang, H Liu*, Y Zhang, L Wang.Direct numerical simulation of the sedimentation of a particle pair in a shear-thinning fluid.Physical Review Fluids, 2020, 5(1): 014304. (IF=2.8)
6. J Zhang, L Shen, W Miao, G Xue, H Cui, L Chen, H Kang,X Zhang*, M Huang*. Droplet dynamics under the combined electric field and oscillatory shear flow: A lattice Boltzmann study.Progress in Computational Fluid Dynamics, 2026: 306839. (IF=0.5)
联系方式
● 通讯地址：浙江理工大学机械工程学院能源与动力工程系23-414
● Email: xitong.zhang@zstu.edu.cn
师资队伍