新技术：飞秒激光可使金属具备超疏水性能
发布时间：2017-11-14
无需化学涂层和其他工艺，仅仅借助激光器就能为普通金属增加防水、防锈、防冰冻和自我清洁的特性，美国罗切斯特大学的科学家日前对外公布了这项新技术。相关论文发表在1月20日出版的《应用物理学》杂志上。
负责这项研究的该校光学教授郭春雷（音译）表示，目前，绝大多数的疏水材料都依靠化工涂料来实现。而新技术则从光学角度入手，通过激光在金属表面创建复杂的纳米结构来达到这一目的。
与化学涂层相比，新技术所雕刻出的图案会成为金属材料的一部分。这意味着它们不会被擦掉或轻易磨损。正是这些特殊的图案让材料具备斥水性能：当水滴滴到材料表面后，只会被弹开，然后滚落，整个过程只需要不到一秒钟的时间。与化学涂层材料相比，其优势还在于疏水性能更加优秀。普通的疏水材料，如常用于锅底的特氟龙材料，需要将材料表面倾斜到至少70度，水才会开始向下滑落。而经飞秒激光处理过的超疏水材料，不到5度就可以达到同样效果。
由于水滴不但不会粘在超疏水材料表面，而且还会弹起，在这个过程中它们会带走灰尘颗粒，这就让这些材料具备了一定的自动清洁能力。为了进行测试，研究人员将吸尘器收集到的灰尘倒在材料表面，结果发现，三滴水就能除去大约一半的尘埃颗粒。十几滴水就能将材料表面的灰尘全部除去。更妙的是，清洗完毕后，材料表面依然干燥如新。
物理学家组织网1月21日（北京时间）报道称，这种超疏水材料在发展中国家具有很多潜在的用途。这一点还引起了比尔及梅琳达·盖茨基金会的兴趣，并对该项目进行了资助。在一些地区，收集雨水是一件极其重要的事情，使用这种超疏水材料将能大幅提高效率。用其制成的雨水收集装置，将不需要更多考虑漏斗的尺寸以及倾斜角度问题；第二个领域是可用于建造更加清洁、卫生的厕所。这种材料将能够制造出无需冲洗就能保持清洁的马桶和卫生设施。
但在将这一切变为现实之前还有一些问题需要解决。目前，研究人员所制造出来的样品只有1英寸×1英寸（1英寸=2.54厘米）。要获得实用还必须找到扩大面积增加产量的方法。
这种对金属表面进行雕刻的新技术使用了超大功率、超短波长的激光脉冲，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。除了让材料表面防水，该技术还有其他潜在的应用领域：如制造出一种不会生锈也不需要经常清洗的太阳能收集装置，或具备一定光学性能的金属等。
郭春雷称，他们还在考虑将这一技术用于半导体或绝缘材料上，开发出一款从里到外都能防水的电子设备。
改变与水的亲密关系，让金属不在岁月的长河中失去光泽和老化，是人类几千年一直追寻的目标，油漆、合金、纳米涂层，我们一直在更新着自己的技术手段。现在，飞秒激光技术又以一种简单、高效的颠覆式的形象出现，成为一种可以在金属、玻璃甚至塑料上广泛使用的替代性生产工艺，必将对资源利用和工业发展产生全面影响。
