本文作者：王吉，中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所副研究員。主要從(cong) 事光場調控、激光微/納米加工、寬禁帶半導體(ti) 材料功能結構製備的研究。近年來承擔國家自然科學基金青年項目、中國科學院先導子課題等多項國家科研項目。累計發表SCI論文20餘(yu) 篇；申請國家發明專(zhuan) 利20餘(yu) 項，已授權16項。
在風力發電、海洋工程等高端領域，玻璃纖維增強樹脂（GFRP）憑借 “輕質高強 + 耐腐蝕” 的雙重優(you) 勢，成為(wei) 風電葉片、海洋裝備的核心材料。但它的 “親(qin) 水短板” 卻成了長效服役的 “隱形殺手”—— 在海上高濕環境中，GFRP 易吸水腐蝕，縮短裝備壽命；在低溫風電場景下，表麵結冰會(hui) 增加葉片載荷，甚至引發安全事故。
破解這一難題的關(guan) 鍵，正是超疏水表麵（SHS）技術。這項受 “荷葉效應” 啟發的技術，通過 “微納結構 + 低表麵能” 的組合，讓水接觸角＞150°，實現自清潔、防結冰、抗腐蝕的多重功能。但傳(chuan) 統技術始終麵臨(lin) 瓶頸：化學氣相沉積需高溫真空，模板法易磨損，而激光加工雖在金屬、陶瓷領域表現出色，麵對 GFRP 這類熱敏感樹脂基材料時，卻常因 “過度燒蝕、結構失控” 難以突破。
如今，中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所激光極端製造研究中心王吉副研究員團隊，在《Nanomaterials》期刊 “Advanced Laser Manufacturing: Preparation of Functional Nanostructures and Synthesis of Nanomaterials” 特刊（特刊網址：https://www.mdpi.com/journal/nanomaterials/special_issues/XE64K9KQ33）上發表的最新研究，用飛秒激光技術打破了這一僵局！
核心創新：多脈衝(chong) 網格狀點蝕刻（MP-GPE） 團隊提出的飛秒激光多脈衝(chong) 網格狀點蝕刻（MP-GPE）方法，無需額外化學塗層或高溫退火，僅(jin) 通過 “激光精準雕刻 + 簡單矽烷改性”，就在 GFRP 表麵構建出穩定的微納分級凹孔陣列 —— 這種結構能鎖住空氣形成 “氣室”，大幅減少固 - 液接觸麵積，最終實現160.6° 的超疏水接觸角，與(yu) 理論計算值 161.6° 幾乎完全吻合，可靠性拉滿！ 關(guan) 鍵成果：參數可控，性能達標 不同激光能量下凹孔陣列表麵：(a-e) 60個(ge) 脈衝(chong) ，單脈衝(chong) 能量分別為(wei) 5、10、15、20、25 µJ；(f-i) 40個(ge) 脈衝(chong) ，單脈衝(chong) 能量分別為(wei) 5、10、15、20和25 µJ。圖片來源：Nanomaterials 2025, 15(4), 287 最優(you) 工藝參數：單脈衝(chong) 能量 25 μJ、蝕刻脈衝(chong) 數 60 時，GFRP 表麵凹孔深度達 63 μm，上表麵寬度約 33 μm，此時疏水性最佳； 抗熱損傷(shang) 優(you) 勢：通過參數調控，有效抑製樹脂過度燒蝕和玻璃纖維暴露斷裂（能量＜30 μJ、脈衝(chong) 數＜80 時表現穩定）； 理論支撐：建立接觸角預測模型，通過 6 μL 液滴計算得出固 - 液接觸麵積占比僅(jin) 2.28%，驗證了 “氣室鎖水” 機理的科學性。 傳(chuan) 統激光加工 GFRP 時，因脈衝(chong) 寬、熱擴散範圍大，極易導致樹脂分解、纖維斷裂；而華日激光飛秒激光的 “超短脈衝(chong) + 高能量密度” 特性，恰好成為(wei) 解決(jue) 這一問題的 “金鑰匙”，這也是研究能突破技術瓶頸的核心原因。 飛秒激光的脈衝(chong) 寬度僅(jin) 為(wei) 10⁻¹⁵秒級別，能量能在瞬間聚焦於(yu) GFRP 表麵微區，幾乎不產(chan) 生熱擴散 —— 實驗顯示，當單脈衝(chong) 能量≤25 μJ 時，樹脂僅(jin) 在凹孔區域被精準去除，相鄰梁結構保持完整；而傳(chuan) 統激光即使能量更低，也會(hui) 導致周邊樹脂重熔、纖維暴露。 通過調節 “單脈衝(chong) 能量+ 脈衝(chong) 數”，可精準控製凹孔的深度、寬度和表麵粗糙度。這種 “可控性” 讓飛秒激光能為(wei) GFRP “量身定製” 超疏水結構，而傳(chuan) 統方法根本無法實現如此精細的調控。 華日激光 FemtoCore Glow 係列光纖飛秒激光器。 王吉研究員團隊的這項研究，不僅(jin) 提出了一種 “高效、可控、環保” 的 GFRP 超疏水製備技術，更解決(jue) 了熱敏感樹脂基材料激光加工的核心難題。對於(yu) 風電領域，它能讓葉片在低溫環境下避免結冰，提升發電效率；對於(yu) 海洋裝備，它能阻止海水腐蝕，延長服役壽命。未來，隨著這項技術的工業(ye) 化落地，GFRP 材料將在更多高端領域 “大顯身手”，而飛秒激光的 “精準製造” 能力，也將為(wei) 功能材料改性開辟更多可能。1. 超短脈衝（<290 fs to 8 ps）：精準控熱，避免過度燒蝕
2. 參數可調：定製化構建微納結構
3. 流程簡化：無需額外處理，適配工業化
相比需要高溫退火的溶膠 - 凝膠法、依賴模板更換的模板法，飛秒激光 MP-GPE 技術僅需兩步：①激光蝕刻凹孔陣列；②矽烷溶液改性降低表麵能。整個過程無汙染物排放，且加工效率高，為後續風電、海洋領域的規模化應用奠定了基礎。
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