飞秒激光诱导水下超疏油表面的研究综述

长三角G60激光联盟导读

西安交通大学的科研人员报道了飞秒激光诱导水下超疏油表面的研究综述。相关论文以“A Review of Femtosecond-Laser-Induced Underwater Superoleophobic Surfaces”为题发表在《Advanced Materials Interfaces》上。

水下超疏油表面因其卓越抗油性能及广泛应用潜力而备受关注。与此同时，飞秒激光微加工凭借其热影响区可忽略、非接触加工、精确的烧蚀阈值及高分辨率等优势被证明是调控固体表面润湿性的强效工具，成为微纳制造领域的新兴技术。飞秒激光微加工技术与水下超疏油特性的结合，最终催生了诸多精彩成果。

本文综述了飞秒激光诱导水下超疏油表面的研究，涵盖材料、制备、特性、多功能性及应用等方面。首先介绍相关背景，阐释水下超疏油表面的构建原理及飞秒激光的独特优势。基于“从空气中超亲水性到水下超疏油性”的设计原则，通过简单飞秒激光烧蚀，在不同材料表面实现了水下超疏油性。此外，这些表面还可具备可控油粘附力、水下油润湿各向异性、高透明性及耐久性等附加特性，从而拓展了实际应用场景。文末讨论了该领域现存挑战与未来展望。

图1具有特殊润湿性生物体的照片及表面微观结构

图2鱼鳞表面的水下超疏油性

图3海藻表面与革鲀皮肤的水下超疏油性

图4液滴在不同基底上的润湿状态

图5飞秒激光微加工典型实验装置示意图

图6飞秒激光烧蚀制备的各类二维图案与三维微结构

图7飞秒激光烧蚀后硅表面的微观结构及水下超疏油性

图8飞秒激光烧蚀后石英玻璃表面的微观结构及水下超疏油性

图9飞秒激光烧蚀后石英玻璃表面对多种油滴的水下超疏油性与超低粘附性

图10飞秒激光烧蚀钛金属表面的微观结构及水下超疏油性调控

图11不同溶液中飞秒激光烧蚀镍表面的润湿性、微观结构与化学变化

图12飞秒激光与氧等离子体协同处理的PDMS表面水下超疏油性

图13载玻片表面的微观结构及水下超疏油性

图14中心圆环阵列图案的可控油粘附性

图15硅微沟槽阵列的水下油润湿各向异性

图16液体辅助飞秒激光加工线型图案的各向异性油润湿行为

图17飞秒激光烧蚀石英玻璃的高透明水下超疏油表面

图18水下超疏油表面与普通表面的抗油污染能力对比

图19不同油粘附性表面的水下油滴操控

图20通过改变水溶液密度实现油滴原位传输

图21基于飞秒激光加工微孔结构铝箔与纳米波纹结构不锈钢网的油水分离

图22水下亲油-超疏油异质图案构建的液体微透镜阵列

图23油滴沿预设路径的定向运动控制

图24浮于水/油界面的双面超疏油金属薄片

图25飞秒激光加工不锈钢表面的宽波段光吸收增强

超疏油表面的开发因其广泛应用价值而备受学术界与工业界关注。飞秒激光微加工凭借其独特优势，已成为调控固体表面润湿性的强效工具，尤其在复杂精细润湿表面设计方面远超传统微加工方法。本文系统总结了该技术在制备水下超疏油材料领域的应用。基于“从空气中超亲水性到水下超疏油性”的设计原则，通过结合飞秒激光诱导的微观结构与亲水化学组分，已在多种材料表面实现水下超疏油性。文中分别介绍了这些表面的制备方法、特性、功能及重要应用。

当前该研究仍存在若干亟待解决的问题：首先需提升加工效率以适应工业化需求，高功率激光系统与并行加工技术是重要发展方向；其次，单一超疏油性已无法满足实际需求，开发多功能乃至智能响应表面将成为主流趋势；最后，受限于发展阶段，现有应用验证仍较有限，未来需开拓更多潜在应用场景。可以预见，随着越来越多研究者投身该领域，水下超疏油表面必将迎来更广阔的研发前景与商业化机遇。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/admi.201701370

长三角G60激光联盟陈长军转载

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