本文設(shè)想飛秒激光誘導(dǎo)的超潤(rùn)濕材料的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用并不遙遠(yuǎn)。

經(jīng)過數(shù)十億年的進(jìn)化，自然界中的許多生物表現(xiàn)出獨(dú)特的表面潤(rùn)濕性。例如，荷葉具有自清潔功能。水上踏步者可以在水上行走。蝴蝶可以在雨中飛翔。蚊子的眼睛可以防止霧。魚不能被水下的油污染。沙漠甲蟲、仙人掌和蜘蛛絲可以收集水霧。受自然界中這些極端潤(rùn)濕現(xiàn)象的啟發(fā)，基于不同的微/納米加工方法實(shí)現(xiàn)了一系列超潤(rùn)濕性，因?yàn)椴牧媳砻娴臐?rùn)濕性主要取決于固體表面的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)。雖然最傳統(tǒng)的微/納米加工方法可以用來實(shí)現(xiàn)超潤(rùn)濕性，但這些方法或多或少受到某些固有的局限性，例如復(fù)雜的制備步驟，僅限于特定材料，缺乏靈活性。開發(fā)一種多功能且簡(jiǎn)單的工具/方法以在任何固體基板上產(chǎn)生各種超潤(rùn)濕微觀結(jié)構(gòu)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

各種飛秒激光誘導(dǎo)的極端潤(rùn)濕性。

激光是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。飛秒（10-15s）激光作為一種先進(jìn)的超短脈沖激光器，具有超短脈沖寬度和極高峰值強(qiáng)度兩個(gè)特點(diǎn)。近年來，飛秒激光已成為現(xiàn)代極端和超精密制造的重要工具。飛秒激光幾乎可以燒蝕任何材料，從而在材料表面產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)。飛秒激光器在微/納米結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì)方面也具有優(yōu)勢(shì)。由于表面微觀結(jié)構(gòu)對(duì)固體基板的潤(rùn)濕性有顯著影響，因此采用飛秒激光加工在基板表面形成特殊的微尺度和納米級(jí)結(jié)構(gòu)，獲得各種超潤(rùn)濕性。飛秒激光顯示出設(shè)計(jì)和修改材料潤(rùn)濕性的強(qiáng)大能力。

最近，Yong等人系統(tǒng)地總結(jié)了飛秒激光實(shí)現(xiàn)的超潤(rùn)濕性的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。受大自然的啟發(fā)，通過飛秒激光加工，可以很容易地在固體材料表面制備超潤(rùn)濕微觀結(jié)構(gòu)。超親水性可以通過在親水基板上形成分層微觀結(jié)構(gòu)來獲得，這導(dǎo)致水徹底潤(rùn)濕材料表面。超疏水性是表面微觀結(jié)構(gòu)和低表面能化學(xué)之間的協(xié)同效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)超疏水性，有必要使用飛秒激光直接在疏水基板上構(gòu)建分層微觀結(jié)構(gòu)，或者在親水基板上構(gòu)建微觀結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行低表面能修飾。超疏水材料極大地排斥水溶液。再入微觀結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)超恐光性的關(guān)鍵。超疏水表面還具有超疏水性。

液滴在固體表面上的典型濕潤(rùn)狀態(tài)。(a)液滴在平面基板上。(b)液滴在粗糙基板上，液體填充在表面微結(jié)構(gòu)中。(c)液滴在粗糙基體上，液體不能滲透到表面微觀結(jié)構(gòu)中。

與制備超疏水表面不同，水下超疏油表面可以通過在親水基板上產(chǎn)生微觀結(jié)構(gòu)來輕松制造。這兩種類型的超疏油表面都對(duì)油和油性液體具有很強(qiáng)的排斥作用，但超疏水材料在空氣中起作用，而水下超疏油材料在水中起作用。飛秒激光誘導(dǎo)的超親水微觀結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出超疏水性，超疏水微觀結(jié)構(gòu)在水介質(zhì)中顯示出超親熱性。水下超疏水表面可以排斥氣泡，使氣泡難以粘附在水中的材料表面。相比之下，氣泡很容易在水下超嗜氧表面上擴(kuò)散，并被固體表面吸收。

飛秒激光器可以直接在許多固體基板上寫入多孔微觀結(jié)構(gòu)。潤(rùn)滑液進(jìn)一步填充到激光誘導(dǎo)的孔隙中，在固體基體表面形成薄的潤(rùn)滑層。制備的光滑表面對(duì)各種純液體或復(fù)合液體表現(xiàn)出優(yōu)異的排斥性。還簡(jiǎn)要介紹了新興的超聚合物和超金屬疏光性。激光誘導(dǎo)的微結(jié)構(gòu)排斥水下液體聚合物或液態(tài)金屬可用于操作和圖案化聚合物和液態(tài)金屬。獨(dú)特的表面潤(rùn)濕性使飛秒激光加工材料在防液、自潔、防冰/起霧/雪、防污、油/水分離、防腐、減阻、集水、液滴操作、液體圖案化、微流體、實(shí)驗(yàn)室芯片、細(xì)胞工程、浮力增強(qiáng)等方面具有豐富的實(shí)際應(yīng)用。

激光鉆孔微孔結(jié)構(gòu)的形貌。(a, b) 100 μm厚度的鋼箔:(a)脈沖寬度為3.3 ns， (b)脈沖寬度為200 fs。(c, d)單晶氯化鈉(NaCl)表面:(c)脈沖寬度為16 ns， (d)脈沖寬度為300 fs。

雖然飛秒激光控制表面潤(rùn)濕性的技術(shù)仍受到加工效率低的缺陷的限制，但其強(qiáng)大的靈活性和加工大多數(shù)給定材料的能力是其他微制造技術(shù)不可替代的。隨著更多超潤(rùn)濕表面的設(shè)計(jì)和制備以及新應(yīng)用的出現(xiàn)，這一研究方向?qū)⒂幸粋€(gè)廣闊的前景。大家認(rèn)為飛秒激光誘導(dǎo)的超潤(rùn)濕材料的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用并不遙遠(yuǎn)。

飛秒激光處理后(a-e)鉑、(f, g)硅和(h, i)玻璃表面的超親水性。(a-d)激光誘導(dǎo)的多個(gè)平行微槽在鉑表面。(e)甲醇快速潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)金屬表面。(f)硅表面激光誘導(dǎo)的微觀結(jié)構(gòu)。(g)結(jié)構(gòu)硅表面的水潤(rùn)濕和上坡擴(kuò)散。(h)玻璃表面激光誘導(dǎo)微觀結(jié)構(gòu)。(i)結(jié)構(gòu)玻璃表面水潤(rùn)濕、上坡擴(kuò)散。

來源：Nature-Inspired Superwettability Achieved by Femtosecond Lasers，UltrafastScience，10.34133/2022/9895418