探討在非平衡系統中，物質界面的形態變化，以及系統本身自然形成的規律圖案變化。這類型的研究題目廣泛，現象分布在不同的時間以及空間尺度，常見於材料與複雜生物系統之中。例如，在材料結晶的過程中，固液態界面的不勻向性主宰了結晶形態，我們的研究指出固液態的不勻相性乃源自於原子尺度的晶格結構對稱性，尤其跟不同方向的密度波如何衰減到液態中息息相關。又如，奈米相於高分子電解質凝膠中的形成，高分子電解質凝膠會隨著環境參數（如溫度、酸鹼質、外加電場等等）而改變其狀態，所以有極大的應用價值，我們理論推導出奈米相的特徵尺度如何隨外在環境參數而做改變，另外我們可藉著調整環境參數來控制溶劑進出高分子電解質凝膠的管道。 

此外，還著重探討對於用連續場模擬不同尺度的材料特性，特別是在原子尺度。連續場模型的最大問題在於缺乏描述晶格與生俱來的離散性，最近幾年發展出的“相場晶格（Phase Field Crystal）“方法，可以有效的運用連續場來處理物質在原子尺度所呈現的離散性。目前已經成功地利用這個方法來探討一些有趣的現象，如量子井的形成（材料受應力所導致的不穩定性），奈米材料中的晶粒成長，原子尺度固液態界面非勻相性等等。另外，還發展出面心立方堆積晶格的相場晶格模型，以及推導出如何有系統性的控制這個模型的偏好晶格。