▲飛秒激光技術讓金屬擁有超疏水性能

▲飛秒激光技術加工的金屬板

金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。如何讓金屬不在歲月中失去光澤？飛秒激光技術從(cong) 光學手段入手，不但讓金屬免遭腐蝕，還能將其變成神奇的超疏水材料。

水是生命之源，哪怕在一些隻能算作潮濕的地方，細菌等微生物都能夠得以生存或成長；同時水也是許多化學反應所需的基本條件，比如因水的存在，金屬會(hui) 以不被察覺的速度氧化。

不過在許多地方，人們(men) 並不希望金屬氧化或菌落滋生——比如室外的天線、飛機的機翼、煮飯的鍋……人們(men) 期待將一些疏水、超疏水材料用在這些地方。

其實超疏水材料在我們(men) 身邊比比皆是：“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的荷花、荷葉就是典型的超疏水材料，許多昆蟲的足上也有超疏水材料，比如大名鼎鼎的水黽，它們(men) 正是靠著“不沾水的腿”，在水麵行走如飛。

在疏水材料家族中，鮮見金屬的身影。不過，美國羅切斯特大學光學院的物理學家郭春雷（音譯）與(yu) 同事最新的研究發現，利用一項叫作飛秒激光的技術，他們(men) 能夠把金屬變成比荷花還要疏水的“極疏水材料”。疏水效果之強，以至於(yu) 水滴滴在金屬表麵不僅(jin) 不會(hui) 散開，甚至會(hui) 不斷彈起。

飛秒激光讓金屬獲超疏水“技能”

這項聽來讓人難以置信的研究刊發於(yu) 美國物理聯合會(hui) 1月20日出版的《應用物理雜誌》上。郭春雷研究團隊使用超高能且超短的激光脈衝(chong) 來改變金屬的表麵，持續時間為(wei) 毫微微秒（即飛秒）量級。他們(men) 用這樣的超短飛秒脈衝(chong) 轟擊鉑、鈦、銅3種樣品，獲得了上述新型的表麵材料。

這種工藝的優(you) 勢在於(yu) “激光在金屬上創造的結構本質上是材料表麵的一部分。”郭春雷在近期的新聞報道中說，這意味著它們(men) 不會(hui) 被擦掉，並且正是這些結構使得金屬具有超級疏水性能。

據研究人員介紹，超能激光脈衝(chong) 在金屬表麵刻蝕出大量肉眼不及的諸如窪坑、小珠狀和細紋等“痕跡”，這些痕跡形成了密集分布且高低不平的納米微結構。這種納米微結構從(cong) 根本上改變了金屬表麵的光學性質和潤濕性質。

特氟龍是一種常規疏水材料，常作為(wei) “不粘鍋”塗層的不二之選。但飛秒激光處理過的金屬材料遠比特氟龍光滑。水滴從(cong) 特氟龍塗層表麵滾落，需要在水滴滾落之前將這個(ge) 表麵傾(qing) 斜到70度，而經飛秒激光轟擊過的金屬，隻需要傾(qing) 斜不到5度甚至不必傾(qing) 斜，水滴就能從(cong) 表麵滾落。

此外，水滴從(cong) 超疏水表麵反彈的同時，會(hui) 收集並帶走灰塵顆粒。為(wei) 了測試材料的自清潔性能，郭春雷團隊將從(cong) 吸塵器裏取出的普通灰塵灑在處理過的材料表麵，隻用了3滴水就將約一半的灰塵清除了，使表麵一塵不染也隻用了十幾滴水，而且表麵始終保持幹燥。

應用前景深遠而廣泛

金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。讓金屬不被腐蝕，不在歲月中失去光澤，是人類一直追尋的目標。從(cong) 油漆、合金到納米塗層，人們(men) 不斷更新著對金屬的疏水手段。而今，飛秒激光技術則從(cong) 光學角度入手，不但讓金屬免遭腐蝕，更將之變成神奇的超疏水材料。方法簡單、有效，有望顛覆未來疏水材料的生產(chan) 工藝。

郭春雷認為(wei) ，這種超疏水材料在發展中國家有著巨大的應用潛力。“在這些區域，收集雨水是至關(guan) 重要的，使用超疏水材料可以提高效率，而且不再需要使用具有尖角的大漏鬥來防止水滯留在表麵。”郭春雷說，“另一種應用是製造使用起來更加清潔和健康的廁所。”

在缺水地區，保持廁所的清潔是一項挑戰，使用超疏水材料，不必使用水衝(chong) 刷即可保持廁所清潔。

據外媒報道，這種應用潛力激起了比爾和梅林達·蓋茨基金會(hui) 的興(xing) 趣，他們(men) 已經開始支持這項工作。

目前有報道飛秒激光可以用在聚合物加工、醫學成像及外科醫療上。鐳射視力矯正（LASIK）可以利用飛秒激光製作角膜瓣。飛秒激光矯治近視手術現已是本世紀最先進的眼科手術。除此之外，飛秒激光技術也可被應用在固態物理上，以此分析晶體(ti) 結構，分析其衍射或者熒光光譜圖。在基礎科學研究領域，飛秒激光可用於(yu) 超快現象的研究。

由於(yu) 超疏水材料能大幅度降低載具在水中甚至空氣中的運動阻力，該項研究對設計高速水上、水下和空中交通工具也具有重要參考價(jia) 值。

尚待攻取的技術高地

和許多實驗室裏聲名卓著的成果一樣，“超疏水金屬表麵”潛在應用變成現實之前仍然有很多挑戰。郭春雷指出，目前處理1平方英寸（約合6.45平方厘米，麵積相當於(yu) 一張普通撲克牌大小）的金屬樣板需要1小時的時間。在應用到發展中國家之前，這一生產(chan) 過程需要規模化。研究人員目前也在尋找在其他非金屬材料上使用此項技術的方法。

此外，郭春雷團隊目前正計劃集中精力提高用激光蝕刻表麵的速度，同時研究怎樣將這項技術擴展到其他材料，比如半導體(ti) 或者電介質。

郭春雷強調，同一項技術可以用於(yu) 製取多功能金屬材料。金屬都是光的優(you) 秀反射體(ti) ，這就是它們(men) 都有光澤的原因，而把金屬變暗可以使它們(men) 高效地吸光。2006年底，郭春雷和他的研究小組曾用激光束處理金屬鋁，在金屬表麵創造出能夠吸收幾乎所有光線的納米結構，可讓普通鋁塊變成至今所創造出來的最暗的材料之一。

而將吸光特性與(yu) 憎水性相結合可以得到不鏽蝕且不需要太多清理的更高效的太陽能收集器。此外，潛在的應用還包括更先進的隱身技術。

延伸閱讀

神奇的飛秒激光技術

飛秒激光是指時域脈衝(chong) 寬度在飛秒（10-15秒，相當於(yu) 1秒的一千萬(wan) 億(yi) 分之一）量級的激光。據了解，飛秒激光不是單色光，而是在中心波長左右的一段波長連續變化的光的組合，利用這段範圍內(nei) 連續波長光的空間相幹來獲得時間上的極大壓縮，從(cong) 而實現飛秒量級的脈衝(chong) 輸出。

如果1飛秒等同1秒，那麽(me) 原先的1秒就約為(wei) 3200萬(wan) 年。正因為(wei) 這種飛秒激光脈衝(chong) 持續時間極短，輸出飛秒脈衝(chong) 的功率峰值可以達到與(yu) 整個(ge) 北美電網功率相當的水平。可喜的是，雖然產(chan) 生的激光強度令人難以置信，但飛秒激光器隻須用牆壁上的普通電源插座就能驅動——短脈衝(chong) 激光器通常利用鎖模技術來實現，這意味著一旦此工藝經過改良，操作起來會(hui) 相對簡單。

飛秒激光是人類目前在實驗室條件下所能獲得最短脈衝(chong) 的技術手段，並已有所應用。科學家預測飛秒激光將為(wei) 下個(ge) 世紀新能源的產(chan) 生發揮重要作用。