中国科学院长春光机所飞秒激光技术制备无涂层超疏水表面取得突破

11月14日，据中国科学院长春光机所公众号消息，近日，中国科学院长春光机所微纳光子学与材料国际实验室传来好消息，杨建军团队在飞秒激光制备无涂层持久超疏水表面研究领域取得了显著进展。这一创新成果不仅有效解决了金属表面超疏水性能在腐蚀性环境中难以持久维持的难题，还为超疏水材料的应用开辟了全新前景。

图片来源：春光机所

金属表面的超疏水性能在自清洁、防腐、减阻和防冰等多个领域具有广泛的潜在应用价值。然而，传统实现金属表面超疏水性能的方法大多依赖于二元协同设计思想，即先在材料表面制作微/纳米结构，再用低表面能有机物进行修饰。这种方法虽然在一定程度上实现了超疏水效果，但在实际腐蚀性环境中，如海水等，很容易遭受侵蚀性离子的渗透，导致涂层分解、疏松和剥落，从而严重影响超疏水性能的化学耐久性。

针对这一长期存在的难题，杨建军团队创造性地提出了飞秒激光元素掺杂微纳结构（FLEM）与循环低温退火（RLA）相结合的新方法。他们利用这一方法在金属铝合金表面构建了一种以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构(BAT)，成功实现了高效稳定的自启动超疏水效果。这种独特的多级微纳结构能够稳定地捕获空气，而次晶相态的形成则大幅度降低了材料表面的自由能，从而赋予了金属表面出色的超疏水化学稳定性。

实验结果显示，这种经过处理的金属样品在经历长达2000小时的腐蚀性盐水浸泡后，其表面依然能够保持良好的超疏水性能。此外，该结构的耐腐蚀性能也表现出色，在经过强烈的电化学反应测试后，材料表面的超疏水特性依然稳定存在，且腐蚀电流低至10-12A/cm2，相比未加工样品降低了5个数量级。更值得一提的是，这种自主性的超疏水金属表面还能承受不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等多种苛刻环境的挑战。

为了从理论层面验证这一创新成果，杨建军团队还与沈阳金属研究所的马会老师团队进行了合作。他们运用从头计算方法，深入探究了次晶相态形成对材料表面能降低和化学稳定性提升的重要作用，为这一研究提供了有力的理论支撑。

相关研究成果以题为“Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation”的论文形式发表在《Advanced Materials》上。该论文的第一通讯单位为中国科学院长春光机所，通讯作者为杨建军研究员、邹婷婷助理研究员和沈阳金属所马会副研究员。博士生闫丹丹和徐文静为论文的共同第一作者。此外，该研究工作还得到了中国科学院战略性先导科技专项的资助。（文智）