圖  荷葉上的水珠

雨后的玫瑰花特別嬌艷水嫩，因?yàn)槠浠ò瓯砻婢哂谐瑥?qiáng)的吸附水分能力，這可以讓它盡可能多地保持水分。

圖  玫瑰花花瓣表面

這些神奇的現(xiàn)象與液體在其表面特殊的浸潤(rùn)性有關(guān)，這也帶給人類無限的想象，例如更快的飛機(jī)、輪船，永不結(jié)冰的輸電線路，高效的集水裝置等。

表面特殊的浸潤(rùn)性與表面的顯微形貌和化學(xué)成分密切相關(guān)，而獲得具有微納米尺度的表面結(jié)構(gòu)是獲得特殊浸潤(rùn)性表面的關(guān)鍵。

圖  蝴蝶翅膀表面的微納米結(jié)構(gòu)

近年來，科學(xué)家們通過各種各樣的方法來制備這些具有特殊浸潤(rùn)性的仿生表面，超快激光表面直寫技術(shù)就是其中一種。通過超快激光脈沖掃描材料的表面，可以在各種材料表面燒蝕誘導(dǎo)出表面微納米結(jié)構(gòu)，再結(jié)合其他工藝改變表面成分，就可以獲得具有特殊浸潤(rùn)性的仿生表面。

超親水表面：超親水表面的核心在于較高的表面自由能和豐富的表面微納結(jié)構(gòu)。超親水表面常見于金屬、金屬氧化物、陶瓷、玻璃等無機(jī)固體表面。通過超快激光在這些表面制備微納結(jié)構(gòu)后，可使表面具有典型的超親水特征。

圖  超快激光改性后的超親水玻璃表面實(shí)現(xiàn)水往高處流

超疏水表面：超疏水表面一般需要豐富的表面微納結(jié)構(gòu)及較低的表面自由能。通過超快激光對(duì)金屬鋁表面進(jìn)行掃描，可以制備錐狀的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，表面再通過月桂酸改性，可以獲得超疏水性。

圖  超快激光改性后的超疏水鋁表面（鐘敏霖教授許可使用）

高粘附的超疏水表面：理想的超疏水表面要求水的接觸角大，同時(shí)對(duì)水具有極小的粘附力。高粘附的超疏水表面雖然具有較大的接觸角，但對(duì)水卻表現(xiàn)出較大的粘附力，控制表面粘附力的關(guān)鍵在于控制表面微納結(jié)構(gòu)的類型和分布。通過超快激光表面微納處理，可在銅表面制備出具有玫瑰花表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，獲得高粘附的超疏水表面。

圖  通過超快激光在銅表面制備的高粘附超疏水表面（鐘敏霖教授許可使用）

各向異性的超疏水表面：各向異性的超疏水表面的核心是各向異性的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用超快激光表面微納處理技術(shù)，可以非常靈活、多樣地控制表面微納結(jié)構(gòu)的形狀和分布。利用該技術(shù)可制備出類似水稻葉表面的單向微米溝槽結(jié)構(gòu)，并獲得各項(xiàng)異性的超疏水表面。

圖  通過超快激光制備的類似水稻表面的各項(xiàng)異性微納結(jié)構(gòu)

相較于常規(guī)的化學(xué)制備手段，超快激光表面直寫技術(shù)具有顯著的技術(shù)特點(diǎn)，非常適用于基礎(chǔ)科研和小面積表面處理等領(lǐng)域?；谠摲N技術(shù)原理改變材料表面的浸潤(rùn)性，也被證明在生物醫(yī)療、工業(yè)換熱、電解制氫等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。