激光，人类掌握的最亮的光，最快的刀，最准的尺，从发明以来，便在工业，医疗，商业，科研，信息和军事等六个领域大放异彩。激光可分为连续激光和脉冲激光两种工作模式。脉冲激光输出的光以一个一个脉冲传播出去，脉冲持续的时间被称为脉冲宽度。当脉冲宽度被压缩得越短时，激光的瞬时功率便能得到极大的提高。脉冲持续时间短于皮秒时便被统称为超快激光，一皮秒是十万亿分之一秒，可见超快激光这把刀的速度，甚至超过了材料中电子的反应时间，使得超快激光加工避免了热效应，在精密微细加工方面有着显著优势。这就像用快速而准确的刀法才能做出文思豆腐，而钝刀只能把豆腐切得一团糟一般。

利用超快激光可以在各种材料表面制备类似荷叶表面的微纳结构，同样可以实现荷叶的超疏水效应，而且效果优于荷叶（接触角大于°滚动角小于°），材料耐久性符合航空工业标准。

应用举例

1）提升装备防腐蚀，抗生物附着能力

2）玻璃超疏水自清洁

）油水分离

4）利用“跳滴”现象提高散热效率

5）医药食品机械设备防潮结块

6）防护服超疏水自清洁

超疏水与自清洁技术应用

脉冲激光

目前，除了传统加工外，超快激光同样在前沿科研领域呼风唤雨，超疏水、微纳制造、D打印、生命科学、宇宙探索、高能物理甚至粒子加速器方面都能看到其身影。其中，超疏水应用既是技术浪潮的前沿，又与日常生活息息相关。想必下雨时淋湿的衣物、长时间静置积累的灰尘都曾带来困扰，而超疏水表面不沾水和自清洁的特性能轻松解决该问题。超疏水表面指非常不亲水的表面，最初的灵感来源于“荷叶效应”。20世纪90年代，德国植物学家波恩大学Barthlott等揭示了荷叶表面的结构，发现荷叶的“自洁性”源于其表面的微纳结构，荷叶表面具有微米级的乳突乳突上有纳米级的蜡晶物质，这种微纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角，导致水滴极易滚落。水滴在超疏水材料表面滚落时可带走污染物，使材料表面保持清洁。超快激光在微纳加工方面高效、高速低成本的优势使其成为超疏水表面最重要的制备技术之一。从空中飞行的飞机的抗冰需求，到大海中航船的防腐蚀应用，再到生活中处处可见的防水自清洁前景，超快激光制备的超疏水表面因其防水、防腐蚀、防冰以及防附着等多重特性而应用广泛。在前沿科研中，它来源于一片小小的荷叶，却已将领域拓展至液滴操控、防冰抗冰、流动减阻、液体冷凝等更新的方面，可以说是民用科研两开花。相信超快激光制备超疏水结构以后将会有更广阔的天地。

表面所处不同状态，超疏水表面为最后一种状态，液滴被空气囊承担而半漂浮在微纳结构上

自然与超快激光制备的超疏水表面

超疏水表面的抗污性能

超亲水（高浸润）技术应用

液体在固体表面的铺展程度称为润湿性，这是由液体的内聚力和固体表面与液体之间的粘附力决定的。润湿的程度通常用接触角（θ）表示，当0°θ90°时，表明液体可以铺展在固体表面。当90°θ°时，表明液体在固体表面不会铺展开。特别地，当水在固体表面的接触角°时，此表面被称为超疏水表面，同理，当θ10°时，此表面被称为超亲水表面。自然界中的物种为了适应生存环境，进化出各种完美的浸润性功能表面，实现与自然协调发展。例如荷叶表面的超疏水性使它具有自清洁效应，沙漠甲虫背部的亲疏相间结构使之适应沙漠的干旱环境，猪笼草表面的润滑特性提高了捕获昆虫的能力。这种极具潜力的浸润性表面吸引了科研人员的兴趣。

这些独特的功能归功于表面的微纳米结构。近年来，飞秒激光精细加工成为制备微纳米结构的重要方式。飞秒激光与物质相互作用时具有加工精度高，热效应小，被加工材料的变形小等优点。同时，作为一种快速高效地加工方式，其加工过程可编程化操控，操作简单，可以满足众多加工需求。最重要的是飞秒激光加工几乎不产生化学污染，属于环境友好型加工方式。因此，利用飞秒激光制备具有特殊浸润性功能的微纳米结构成为了研究热点。

近十几年来，特殊浸润性表面在液滴输运、油水分离、雾水收集、液滴操控防生物粘附和细胞培养等领域发挥了重要的作用。

（一）液滴无泵定向输运

超亲水表面上液体的无泵定向输运在芯片快速冷却（VC）、生物医学诊断、燃料电池水管理、电子产品（液体输运补充）等领域具有广泛的应用前景和研究价值。液滴无泵定向输运就是在没有外部能量辅助的前提下，液体自发进行的运动。目前的实现方法主要包括三个方面：毛细作用、加工特殊几何形状、制备浸润性梯度表面．我们的生活中存在着很多毛细现象，比如由于植物的毛细作用，地下水可以自下向上运输，为生长提供水源；由于海绵、纸巾等毛细作用，可以将水吸走；由于灯芯的毛细作用，可以将灯油吸到灯芯上端燃烧区域等等。手机芯片热管为封闭腔体，内部诸如液体（水），分为蒸发段，绝热段和冷凝段，蒸发段从芯片吸热，液体（水）吸收热量蒸发，传输到冷凝段，蒸汽放出热量冷凝为液体（水），水沿吸液芯（超亲水）回流到蒸发段，自动往复循环，实现热量传递。

（二）水的收集

大自然的生物为人们从空气中收集水提供了灵感源泉。生活在纳米布沙漠中的甲壳虫，它的疏水背部分布着一系列独特的亲水凸起。亲水区域捕捉雾气中的水分，疏水区域运输收集来的液滴。受到启发，研究出具有优异水收集效率仿生材料。一般情况下，在水收集过程中，为了使水滴能快速的从表面运输，通常采用超疏水基底制备（超）亲水-（超）疏水的集水材料。此项工作为制备绿色环保的仿生水收集材料为解决全球水资源短缺问题增添了新的思路。

特殊几何形状实现了水滴从纺锤节两端向纺锤节中间的定向运动，依照仙人掌刺的结构制备出具有锥状结构的材料，实现了水滴的无泵定向运输。猪笼草口缘表面水输运的特殊形成机制，揭示了超浸润性是确保液体无动力定向输运的必要条件。

图2自然界水滴定向运输现象

（三）玻璃防雾

超亲水表面与水分子间具有强烈的吸引力，水滴能够快速铺展，有利于带走表面污物和阻止滴状冷凝，从而具有自清洁和防雾的功能。

图一种超亲水光学增透膜

很多国家已开发出自清洁玻璃，并用于窗户、车窗后视镜、挡风玻璃和镜片等。除此之外，超亲水表面的防雾功能也为高湿环境下的可视化提供了解决思路

（四）油水分离

“双面神”（Janus）存在于古罗马的神话中，他的两副面孔分别代表着矛盾与对立。受此启发，研究人员将具有不同浸润特性的同一结构称为“Janus”结构。其中，最为典型的生物代表为荷叶。研究人员发现荷叶的上下表面具有截然不同的浸润特性：暴露在空气中的上表面具有超疏水性（接触角约15°），而与水面接触的下表面具有亲水性（接触角约67°）。这种特殊的浸润特性有助于荷叶稳定地漂浮在水面上。目前，水资源匮乏和石油泄漏是当前亟需解决的问题。通过模仿生物结构制备的“Janus”表面提高了对雾水、油、气的收集能力，为解决自然环境中的问题提供了新的思路。

图4“双面神”表面

含油污水广泛存在于石油、化工以及海洋运输等行业，有效的油水分离是解决含油污水污染问题的关键。利用材料的特殊润湿特性设计油水分离膜备受研究者的

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