各种飞秒激光诱导的极端润湿性。

江苏激光联盟导读：

本文设想飞秒激光诱导的超润湿材料的大规模商业化应用并不遥远。

经过数十亿年的进化，自然界中的许多生物表现出独特的表面润湿性。例如，荷叶具有自清洁功能。水上踏步者可以在水上行走。蝴蝶可以在雨中飞翔。蚊子的眼睛可以防止雾。鱼不能被水下的油污染。沙漠甲虫、仙人掌和蜘蛛丝可以收集水雾。受自然界中这些极端润湿现象的启发，基于不同的微/纳米加工方法实现了一系列超润湿性，因为材料表面的润湿性主要取决于固体表面的化学成分和微观结构。虽然最传统的微/纳米加工方法可以用来实现超润湿性，但这些方法或多或少受到某些固有的局限性，例如复杂的制备步骤，仅限于特定材料，缺乏灵活性。开发一种多功能且简单的工具/方法以在任何固体基板上产生各种超润湿微观结构仍然是一个巨大的挑战。

激光是20世纪最伟大的发明之一。飞秒（10-15s）激光作为一种先进的超短脉冲激光器，具有超短脉冲宽度和极高峰值强度两个特点。近年来，飞秒激光已成为现代极端和超精密制造的重要工具。飞秒激光几乎可以烧蚀任何材料，从而在材料表面产生微观结构。飞秒激光器在微/纳米结构的精细设计方面也具有优势。由于表面微观结构对固体基板的润湿性有显著影响，因此采用飞秒激光加工在基板表面形成特殊的微尺度和纳米级结构，获得各种超润湿性。飞秒激光显示出设计和修改材料润湿性的强大能力。

最近，Yong等人系统地总结了飞秒激光实现的超润湿性的实现和应用。受大自然的启发，通过飞秒激光加工，可以很容易地在固体材料表面制备超润湿微观结构。超亲水性可以通过在亲水基板上形成分层微观结构来获得，这导致水彻底润湿材料表面。超疏水性是表面微观结构和低表面能化学之间的协同效应。为了实现超疏水性，有必要使用飞秒激光直接在疏水基板上构建分层微观结构，或者在亲水基板上构建微观结构，然后进行低表面能修饰。超疏水材料极大地排斥水溶液。再入微观结构是实现超恐光性的关键。超疏水表面还具有超疏水性。

液滴在固体表面上的典型湿润状态。(a)液滴在平面基板上。(b)液滴在粗糙基板上，液体填充在表面微结构中。(c)液滴在粗糙基体上，液体不能渗透到表面微观结构中。

与制备超疏水表面不同，水下超疏油表面可以通过在亲水基板上产生微观结构来轻松制造。这两种类型的超疏油表面都对油和油性液体具有很强的排斥作用，但超疏水材料在空气中起作用，而水下超疏油材料在水中起作用。飞秒激光诱导的超亲水微观结构通常表现出超疏水性，超疏水微观结构在水介质中显示出超亲热性。水下超疏水表面可以排斥气泡，使气泡难以粘附在水中的材料表面。相比之下，气泡很容易在水下超嗜氧表面上扩散，并被固体表面吸收。

飞秒激光器可以直接在许多固体基板上写入多孔微观结构。润滑液进一步填充到激光诱导的孔隙中，在固体基体表面形成薄的润滑层。制备的光滑表面对各种纯液体或复合液体表现出优异的排斥性。还简要介绍了新兴的超聚合物和超金属疏光性。激光诱导的微结构排斥水下液体聚合物或液态金属可用于操作和图案化聚合物和液态金属。独特的表面润湿性使飞秒激光加工材料在防液、自洁、防冰/起雾/雪、防污、油/水分离、防腐、减阻、集水、液滴操作、液体图案化、微流体、实验室芯片、细胞工程、浮力增强等方面具有丰富的实际应用。

激光钻孔微孔结构的形貌。(a,b)μm厚度的钢箔:(a)脉冲宽度为3.3ns，(b)脉冲宽度为fs。(c,d)单晶氯化钠(NaCl)表面:(c)脉冲宽度为16ns，(d)脉冲宽度为fs。

虽然飞秒激光控制表面润湿性的技术仍受到加工效率低的缺陷的限制，但其强大的灵活性和加工大多数给定材料的能力是其他微制造技术不可替代的。随着更多超润湿表面的设计和制备以及新应用的出现，这一研究方向将有一个广阔的前景。大家认为飞秒激光诱导的超润湿材料的大规模商业化应用并不遥远。

飞秒激光处理后(a-e)铂、(f,g)硅和(h,i)玻璃表面的超亲水性。(a-d)激光诱导的多个平行微槽在铂表面。(e)甲醇快速润湿结构金属表面。(f)硅表面激光诱导的微观结构。(g)结构硅表面的水润湿和上坡扩散。(h)玻璃表面激光诱导微观结构。(i)结构玻璃表面水润湿、上坡扩散。

来源：Nature-InspiredSuperwettabilityAchievedbyFemtosecondLasers，UltrafastScience，10.//