本文設想飛秒激光誘導的超潤濕材料的大規(guī)模商業(yè)化應用并不遙遠。

經(jīng)過數(shù)十億年的進化，自然界中的許多生物表現(xiàn)出獨特的表面潤濕性。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。魚不能被水下的油污染。沙漠甲蟲、仙人掌和蜘蛛絲可以收集水霧。受自然界中這些極端潤濕現(xiàn)象的啟發(fā)，基于不同的微/納米加工方法實現(xiàn)了一系列超潤濕性，因為材料表面的潤濕性主要取決于固體表面的化學成分和微觀結構。雖然最傳統(tǒng)的微/納米加工方法可以用來實現(xiàn)超潤濕性，但這些方法或多或少受到某些固有的局限性，例如復雜的制備步驟，僅限于特定材料，缺乏靈活性。開發(fā)一種多功能且簡單的工具/方法以在任何固體基板上產生各種超潤濕微觀結構仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

各種飛秒激光誘導的極端潤濕性。

激光是20世紀最偉大的發(fā)明之一。飛秒（10-15s）激光作為一種先進的超短脈沖激光器，具有超短脈沖寬度和極高峰值強度兩個特點。近年來，飛秒激光已成為現(xiàn)代極端和超精密制造的重要工具。飛秒激光幾乎可以燒蝕任何材料，從而在材料表面產生微觀結構。飛秒激光器在微/納米結構的精細設計方面也具有優(yōu)勢。由于表面微觀結構對固體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面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等人系統(tǒng)地總結了飛秒激光實現(xiàn)的超潤濕性的實現(xiàn)和應用。受大自然的啟發(fā)，通過飛秒激光加工，可以很容易地在固體材料表面制備超潤濕微觀結構。超親水性可以通過在親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面。超疏水性是表面微觀結構和低表面能化學之間的協(xié)同效應。為了實現(xiàn)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，或者在親水基板上構建微觀結構，然后進行低表面能修飾。超疏水材料極大地排斥水溶液。再入微觀結構是實現(xiàn)超恐光性的關鍵。超疏水表面還具有超疏水性。

液滴在固體表面上的典型濕潤狀態(tài)。(a)液滴在平面基板上。(b)液滴在粗糙基板上，液體填充在表面微結構中。(c)液滴在粗糙基體上，液體不能滲透到表面微觀結構中。

與制備超疏水表面不同，水下超疏油表面可以通過在親水基板上產生微觀結構來輕松制造。這兩種類型的超疏油表面都對油和油性液體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水微觀結構通常表現(xiàn)出超疏水性，超疏水微觀結構在水介質中顯示出超親熱性。水下超疏水表面可以排斥氣泡，使氣泡難以粘附在水中的材料表面。相比之下，氣泡很容易在水下超嗜氧表面上擴散，并被固體表面吸收。

飛秒激光器可以直接在許多固體基板上寫入多孔微觀結構。潤滑液進一步填充到激光誘導的孔隙中，在固體基體表面形成薄的潤滑層。制備的光滑表面對各種純液體或復合液體表現(xiàn)出優(yōu)異的排斥性。還簡要介紹了新興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聚合物或液態(tài)金屬可用于操作和圖案化聚合物和液態(tài)金屬。獨特的表面潤濕性使飛秒激光加工材料在防液、自潔、防冰/起霧/雪、防污、油/水分離、防腐、減阻、集水、液滴操作、液體圖案化、微流體、實驗室芯片、細胞工程、浮力增強等方面具有豐富的實際應用。

激光鉆孔微孔結構的形貌。(a, b) 100 μm厚度的鋼箔:(a)脈沖寬度為3.3 ns， (b)脈沖寬度為200 fs。(c, d)單晶氯化鈉(NaCl)表面:(c)脈沖寬度為16 ns， (d)脈沖寬度為300 fs。

雖然飛秒激光控制表面潤濕性的技術仍受到加工效率低的缺陷的限制，但其強大的靈活性和加工大多數(shù)給定材料的能力是其他微制造技術不可替代的。隨著更多超潤濕表面的設計和制備以及新應用的出現(xiàn)，這一研究方向將有一個廣闊的前景。大家認為飛秒激光誘導的超潤濕材料的大規(guī)模商業(yè)化應用并不遙遠。

飛秒激光處理后(a-e)鉑、(f, g)硅和(h, i)玻璃表面的超親水性。(a-d)激光誘導的多個平行微槽在鉑表面。(e)甲醇快速潤濕結構金屬表面。(f)硅表面激光誘導的微觀結構。(g)結構硅表面的水潤濕和上坡擴散。(h)玻璃表面激光誘導微觀結構。(i)結構玻璃表面水潤濕、上坡擴散。

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