自然界生物可以通過自發生長的方式生長出各種結構，如一顆種子在泥土裏發芽最後衝(chong) 破泥土成長為(wei) 幼苗。作為(wei) 對比，人工獲得表麵凸起結構一般通過減材或增材的製造方法，然而減材方法需要去除大量材料且耗費時間，增材方法則需要補充額外的材料，因此有必要發展一種不需要額外材料且節約時間的製造方法。近年來，研究人員受自然界生物自生長模式的啟發，開發了基於(yu) 基質材料質量轉移的綠色生長策略用於(yu) 構建麵外微結構。但是仍然存在以下不足：1.通過光調節單體(ti) 局域聚合的方法需要單體(ti) 定向運動和聚合，生長速度極慢(平均速度小於(yu) 50 nm/s)，耗時長；2.由於(yu) 基體(ti) 材料的限製，目前隻能製備出低縱橫比的表麵簡單浮雕微圖案。因此，亟需尋求一種更直接、更有效的方法來構建麵外複雜結構。

近日，中國科學技術大學工程科學學院微納米工程實驗室和西南科技大學微納仿生係統與(yu) 智能化團隊合作報道了一種通過飛秒激光誘導自生長在PET/PS雙層表麵上快速製造蘑菇頭凹角結構微柱的方法。凹角結構微柱的生長速度達到了317 μm/s，速度相比較局域光聚合方法提高了6000倍。進一步，研究人員利用製備的蘑菇頭凹角結構微柱表麵（HRES）實現了低表麵能油滴的排斥和操控，展示了在低表麵能微液滴操控與(yu) 無損運輸領域的廣泛應用前景。評審人高度評價(jia) 本工作：認為(wei) 這項工作非常有趣，因為(wei) 它提供了一種利用2D激光掃描製備微尺度3D浮雕結構的方法。由於(yu) 受光的直線傳(chuan) 播的限製，激光表麵加工技術製備的微結構通常是簡單的微柱或微壁。該工作首次實現了蘑菇頭凹角結構微柱的飛秒激光製備，擴展了激光加工的加工能力。

視頻1.激光誘導蘑菇頭柱子生長過程

圖1. 飛秒激光在PET膠帶/PS雙層表麵誘導自生長製備蘑菇頭微柱

圖2. 飛秒激光誘導蘑菇頭微柱的生長機理及工藝參數優(you) 化

眾(zhong) 所周知，飛秒激光與(yu) 材料相互作用的熱影響區可以被限製在極小範圍內(nei) ，同時隨著激光累積掃描可以產(chan) 生足夠高的溫度。這一特點有利於(yu) 實現飛秒激光對熱敏聚苯乙烯形狀記憶聚合物薄膜（PS）的局部處理。研究人員利用飛秒激光在PET/PS 雙層表麵上沿著圓路徑連續掃描，隨著激光掃描次數的增加，當熱積累達到PS膜的玻璃化轉變溫度時，會(hui) 導致底層PS膜的收縮和生長。但覆蓋層PET不能收縮，這樣就在短時間內(nei) 形成了蘑菇頭凹角結構微柱。同時研究人員還定量研究了激光加工參數對蘑菇頭微柱結構形貌的影響，揭示了蘑菇頭微柱自生長機理，實現了對蘑菇頭微柱結構形貌的精準調控。

圖3. 蘑菇頭微柱陣列表麵的潤濕性

圖4. 基於(yu) 蘑菇型微柱表麵的油滴操控與(yu) 無損運輸

在優(you) 化激光加工參數後，製備的蘑菇頭微柱陣列表麵對不同低表麵能液體(ti) 展現出優(you) 異的超疏液性能。研究人員還利用可編程激光技術製備了不同高度蘑菇頭微柱陣列，實現對油滴如橄欖油的定向無損運輸和操控。此外，由於(yu) HRES具有高柔韌性，可以很容易地轉移到幾乎任何彎曲的基底上，且其超疏油性不受影響。該研究為(wei) 製備柔性超疏液表麵開辟了新的途徑，為(wei) 微製造、微流體(ti) 、微反應器工程和可穿戴防汙電子器件等領域提供了新的思路。

研究成果以題為(wei) “Femtosecond Laser Regulated Ultrafast Growth of Mushroom-Like Architecture for Oil Repellency and Manipulation”發表在國際著名期刊Nano Letters上。

中國科學技術大學博士生楊益和博士後研究員張亞(ya) 超為(wei) 共同一作，通訊作者為(wei) 中國科學技術大學胡衍雷教授、吳東(dong) 教授和西南科技大學李國強教授。該研究得到了國家自然科學基金、中央高校基本科研業(ye) 務經費等項目的支持。