长春光机所等在飞秒激光制备无涂层持久超疏水表面研究中获进展

金属表面超疏水在自清洁、防腐、减阻和防冰等领域具有潜在的应用价值。当前，金属表面超疏水性能的实现依赖于传统的二元协同设计思想，即在材料表面制作微/纳米结构，进而采用低表面能有机物进行修饰。这种依靠粘附涂层的设计在实际腐蚀性环境如海水中易遭受侵蚀性离子的渗透，导致涂层分解、疏松和剥落等风险，从而引发超疏水化学耐久性下降。特别是，化学反应诱导的材料表面能变化对液体滚动角产生影响，使得超疏水表面性能难以在长时间范围得到维持。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所杨建军团队提出了飞秒激光元素掺杂微纳结构与循环低温退火相结合的研究方法，在金属铝合金表面构建了以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构，实现了高效稳定的自启动超疏水效果。其中，多级微纳结构有助于实现对空气捕获的稳定利用，而次晶相态形成可以降低材料表面自由能，从而使金属表面展现出超疏水化学稳定性。实验测量结果表明，该金属样品在经历2000小时腐蚀性盐水浸泡后，其表面能够保持良好的超疏水性能。同时，这种结构在经过强烈的电化学反应测试后，材料表面的超疏水特性能够保持，实验测得的腐蚀电流低至10 ^-12 A/cm ² ，较未加工样品表面的情况降低了5个数量级。进而，研究发现，这种自主性的超疏水金属表面可以应对不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等苛刻环境的挑战。

进一步，该团队与中国科学院金属研究所马会团队合作，运用从头计算方法，从理论层面进一步验证了次晶相态形成对于材料表面能降低和化学稳定性提升的贡献。

上述研究解决了金属表面极端拒水性持久保持难题，并为基于原子尺度调控的高性能材料表面设计与开发提供了新的研究思路。

相关研究成果以 Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation 为题，发表在《先进材料》（ Advanced Materials ）上。

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长春光机所 等 在飞秒激光制备无涂层持久超疏水表面研究中获进展