飞秒激光诱导水下超疏水表面研究进展（1） _染色体

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长三角G60激光联盟导读
据悉，本文综述了飞秒激光诱导水下超疏水表面的研究进展，主要包括材料、制备、性能、多功能和应用。本文为第一部分。

摘要
水下超亲油表面由于其卓越的抗油能力和广泛的应用前景而吸引了越来越多的兴趣。同时，飞秒激光微细加工以其可忽略热影响区、无接触加工、精确的烧蚀阈值和高分辨率等优点成为微/纳米制造领域的一颗新星。飞秒激光微细加工和实现水下超亲性的碰撞最终产生了一些五颜六色的烟花。本文综述了飞秒激光诱导水下超疏水表面的研究进展，主要包括材料、制备、性能、多功能和应用。首先介绍了相关的背景知识，以展示创建水下超疏水表面的原理和飞秒激光的独特特性。基于“从空气中的超亲水性到水下超疏水性”的原理，通过简单的飞秒激光烧蚀在不同种类的材料表面上实现水下超亲水性。此外，飞秒激光诱导的水下超亲油表面还具有一些附加特性，如可控的油粘附性、水下各向异性油润湿性、良好的透明度和耐久性，从而形成具有各种实际应用的表面。水下超疏水性的发展仍处于“幼儿阶段” ，因此，最后讨论了这一增长领域的现有挑战和未来前景。
1 ，介绍
润湿性是固体表面最基本的性质之一，主要取决于表面化学成分和结构。特别是，表现出超润湿性的材料因其在仿生学、基础研究和实际应用中的重要性而最具吸引力。超疏水表面是超润湿性领域中研究最早和最广泛的界面，因为其显著的拒水性。受荷叶超疏水性的启发，已经制造了数千个人工超疏水表面，这些表面广泛应用于自清洁涂层、微滴操作、油水分离、防腐、防雾/冰/雪、减阻、防污、细胞工程、集水、细胞工程等领域、微流体、实验室芯片等。经过20多年的发展，超疏水表面的基础理论和制造技术已达到较高水平。因此，近年来，研究人员的兴趣逐渐转移到油这一日常生活中另一种常见的液体。
根据超疏水性的相同原理，超疏水性可定义为在基底表面上显示大于150°的油接触角（OCA）的小油滴。不能被有机液体润湿的超疏水表面比超疏水表面更难制造，主要是因为油的表面张力远低于水的表面张力。 2007年， Tuteja等人发现，除了足够的粗糙度和超低表面自由能材料的严格化学改性外，凹入微结构对于在空气中制备超亲油表面非常重要。凹入表面曲率通常指悬垂、蘑菇状、倒梯形微结构等。尽管凹入纹理的概念加快了超疏性的发展，但迄今为止，空中超疏表面的制造仍然受到创建凹入微结构的困难的限制。

（a）荷叶的图像和表面高度图，和（b）演示荷叶自清洁效果的卡通。
鱼即使在被石油污染的水中也能自由游泳，皮肤上没有任何污染。此外，水下超亲性归因于鱼鳞的亲水化学和分级粗糙表面微观结构之间的协同作用。这一发现为制备水下超疏水表面开辟了一条重要的替代途径。受鱼鳞的水下超亲油性的启发，已经开发了各种技术，以按照“从空气中超亲水性到水下超疏水性”的设计原则制造水下超疏油性表面，例如光刻、模板、化学蚀刻、水热法、自组装、电化学沉积、电化学阳极氧化和喷涂/浸渍涂层。与超疏水表面一样，人工水下超疏水表面也因其在防油涂层油/水分离、油微滴操作、自清洁、生物粘附、防堵塞、引导油微滴移动、浮在油上和油滴图案化。水下超亲油表面可以通过上述传统方法成功制备，但这些方法或多或少都面临其固有的局限性，如复杂的制造工艺、对特殊材料的严格限制以及缺乏灵活性。通过一种通用且简单的方法制造水下超疏水表面仍然是该研究领域的主要趋势。

（a）水稻叶片两步复制过程的示意图：（I）PDMS对水稻叶片的负复制，（II）热水中PNIPAAm对PDMS模板的正复制，（III）将复制的PNIPAAm膜从模板上分离。（b）生物激发水稻叶膜的SEM图像。

飞秒激光诱导水下超疏水表面研究进展（1）

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