本文設想飛秒激光誘導的超潤濕材料的大規模商業(ye) 化應用並不遙遠。

經過數十億(yi) 年的進化，自然界中的許多生物表現出獨特的表麵潤濕性。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。魚不能被水下的油汙染。沙漠甲蟲、仙人掌和蜘蛛絲(si) 可以收集水霧。受自然界中這些極端潤濕現象的啟發，基於(yu) 不同的微/納米加工方法實現了一係列超潤濕性，因為(wei) 材料表麵的潤濕性主要取決(jue) 於(yu) 固體(ti) 表麵的化學成分和微觀結構。雖然最傳(chuan) 統的微/納米加工方法可以用來實現超潤濕性，但這些方法或多或少受到某些固有的局限性，例如複雜的製備步驟，僅(jin) 限於(yu) 特定材料，缺乏靈活性。開發一種多功能且簡單的工具/方法以在任何固體(ti) 基板上產(chan) 生各種超潤濕微觀結構仍然是一個(ge) 巨大的挑戰。

各種飛秒激光誘導的極端潤濕性。

激光是20世紀最偉(wei) 大的發明之一。飛秒（10-15s）激光作為(wei) 一種先進的超短脈衝(chong) 激光器，具有超短脈衝(chong) 寬度和極高峰值強度兩(liang) 個(ge) 特點。近年來，飛秒激光已成為(wei) 現代極端和超精密製造的重要工具。飛秒激光幾乎可以燒蝕任何材料，從(cong) 而在材料表麵產(chan) 生微觀結構。飛秒激光器在微/納米結構的精細設計方麵也具有優(you) 勢。由於(yu) 表麵微觀結構對固體(ti) 基板的潤濕性有顯著影響，因此采用飛秒激光加工在基板表麵形成特殊的微尺度和納米級結構，獲得各種超潤濕性。飛秒激光顯示出設計和修改材料潤濕性的強大能力。

最近，Yong等人係統地總結了飛秒激光實現的超潤濕性的實現和應用。受大自然的啟發，通過飛秒激光加工，可以很容易地在固體(ti) 材料表麵製備超潤濕微觀結構。超親(qin) 水性可以通過在親(qin) 水基板上形成分層微觀結構來獲得，這導致水徹底潤濕材料表麵。超疏水性是表麵微觀結構和低表麵能化學之間的協同效應。為(wei) 了實現超疏水性，有必要使用飛秒激光直接在疏水基板上構建分層微觀結構，或者在親(qin) 水基板上構建微觀結構，然後進行低表麵能修飾。超疏水材料極大地排斥水溶液。再入微觀結構是實現超恐光性的關(guan) 鍵。超疏水表麵還具有超疏水性。

液滴在固體(ti) 表麵上的典型濕潤狀態。(a)液滴在平麵基板上。(b)液滴在粗糙基板上，液體(ti) 填充在表麵微結構中。(c)液滴在粗糙基體(ti) 上，液體(ti) 不能滲透到表麵微觀結構中。

與(yu) 製備超疏水表麵不同，水下超疏油表麵可以通過在親(qin) 水基板上產(chan) 生微觀結構來輕鬆製造。這兩(liang) 種類型的超疏油表麵都對油和油性液體(ti) 具有很強的排斥作用，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。飛秒激光誘導的超親(qin) 水微觀結構通常表現出超疏水性，超疏水微觀結構在水介質中顯示出超親(qin) 熱性。水下超疏水表麵可以排斥氣泡，使氣泡難以粘附在水中的材料表麵。相比之下，氣泡很容易在水下超嗜氧表麵上擴散，並被固體(ti) 表麵吸收。

飛秒激光器可以直接在許多固體(ti) 基板上寫(xie) 入多孔微觀結構。潤滑液進一步填充到激光誘導的孔隙中，在固體(ti) 基體(ti) 表麵形成薄的潤滑層。製備的光滑表麵對各種純液體(ti) 或複合液體(ti) 表現出優(you) 異的排斥性。還簡要介紹了新興(xing) 的超聚合物和超金屬疏光性。激光誘導的微結構排斥水下液體(ti) 聚合物或液態金屬可用於(yu) 操作和圖案化聚合物和液態金屬。獨特的表麵潤濕性使飛秒激光加工材料在防液、自潔、防冰/起霧/雪、防汙、油/水分離、防腐、減阻、集水、液滴操作、液體(ti) 圖案化、微流體(ti) 、實驗室芯片、細胞工程、浮力增強等方麵具有豐(feng) 富的實際應用。

激光鑽孔微孔結構的形貌。(a, b) 100 μm厚度的鋼箔:(a)脈衝(chong) 寬度為(wei) 3.3 ns， (b)脈衝(chong) 寬度為(wei) 200 fs。(c, d)單晶氯化鈉(NaCl)表麵:(c)脈衝(chong) 寬度為(wei) 16 ns， (d)脈衝(chong) 寬度為(wei) 300 fs。

雖然飛秒激光控製表麵潤濕性的技術仍受到加工效率低的缺陷的限製，但其強大的靈活性和加工大多數給定材料的能力是其他微製造技術不可替代的。隨著更多超潤濕表麵的設計和製備以及新應用的出現，這一研究方向將有一個(ge) 廣闊的前景。大家認為(wei) 飛秒激光誘導的超潤濕材料的大規模商業(ye) 化應用並不遙遠。

飛秒激光處理後(a-e)鉑、(f, g)矽和(h, i)玻璃表麵的超親(qin) 水性。(a-d)激光誘導的多個(ge) 平行微槽在鉑表麵。(e)甲醇快速潤濕結構金屬表麵。(f)矽表麵激光誘導的微觀結構。(g)結構矽表麵的水潤濕和上坡擴散。(h)玻璃表麵激光誘導微觀結構。(i)結構玻璃表麵水潤濕、上坡擴散。

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