圖  荷葉上的水珠

雨后的玫瑰花特別嬌艷水嫩，因為其花瓣表面具有超強的吸附水分能力，這可以讓它盡可能多地保持水分。

圖  玫瑰花花瓣表面

這些神奇的現(xiàn)象與液體在其表面特殊的浸潤性有關(guān)，這也帶給人類無限的想象，例如更快的飛機、輪船，永不結(jié)冰的輸電線路，高效的集水裝置等。

表面特殊的浸潤性與表面的顯微形貌和化學成分密切相關(guān)，而獲得具有微納米尺度的表面結(jié)構(gòu)是獲得特殊浸潤性表面的關(guān)鍵。

圖  蝴蝶翅膀表面的微納米結(jié)構(gòu)

近年來，科學家們通過各種各樣的方法來制備這些具有特殊浸潤性的仿生表面，超快激光表面直寫技術(shù)就是其中一種。通過超快激光脈沖掃描材料的表面，可以在各種材料表面燒蝕誘導(dǎo)出表面微納米結(jié)構(gòu)，再結(jié)合其他工藝改變表面成分，就可以獲得具有特殊浸潤性的仿生表面。

超親水表面：超親水表面的核心在于較高的表面自由能和豐富的表面微納結(jié)構(gòu)。超親水表面常見于金屬、金屬氧化物、陶瓷、玻璃等無機固體表面。通過超快激光在這些表面制備微納結(jié)構(gòu)后，可使表面具有典型的超親水特征。

圖  超快激光改性后的超親水玻璃表面實現(xiàn)水往高處流

超疏水表面：超疏水表面一般需要豐富的表面微納結(jié)構(gòu)及較低的表面自由能。通過超快激光對金屬鋁表面進行掃描，可以制備錐狀的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，表面再通過月桂酸改性，可以獲得超疏水性。

圖  超快激光改性后的超疏水鋁表面（鐘敏霖教授許可使用）

高粘附的超疏水表面：理想的超疏水表面要求水的接觸角大，同時對水具有極小的粘附力。高粘附的超疏水表面雖然具有較大的接觸角，但對水卻表現(xiàn)出較大的粘附力，控制表面粘附力的關(guān)鍵在于控制表面微納結(jié)構(gòu)的類型和分布。通過超快激光表面微納處理，可在銅表面制備出具有玫瑰花表面結(jié)構(gòu)特點的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，獲得高粘附的超疏水表面。

圖  通過超快激光在銅表面制備的高粘附超疏水表面（鐘敏霖教授許可使用）

各向異性的超疏水表面：各向異性的超疏水表面的核心是各向異性的微納復(fù)合結(jié)構(gòu)。利用超快激光表面微納處理技術(shù)，可以非常靈活、多樣地控制表面微納結(jié)構(gòu)的形狀和分布。利用該技術(shù)可制備出類似水稻葉表面的單向微米溝槽結(jié)構(gòu)，并獲得各項異性的超疏水表面。

圖  通過超快激光制備的類似水稻表面的各項異性微納結(jié)構(gòu)

相較于常規(guī)的化學制備手段，超快激光表面直寫技術(shù)具有顯著的技術(shù)特點，非常適用于基礎(chǔ)科研和小面積表面處理等領(lǐng)域?；谠摲N技術(shù)原理改變材料表面的浸潤性，也被證明在生物醫(yī)療、工業(yè)換熱、電解制氫等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。