金屬表面超疏水在自清潔、防腐、減阻和防冰等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前，金屬表面超疏水性能的實(shí)現(xiàn)依賴于傳統(tǒng)的二元協(xié)同設(shè)計(jì)思想，即在材料表面制作微/納米結(jié)構(gòu)，進(jìn)而采用低表面能有機(jī)物進(jìn)行修飾。這種依靠粘附涂層的設(shè)計(jì)在實(shí)際腐蝕性環(huán)境如海水中易遭受侵蝕性離子的滲透，導(dǎo)致涂層分解、疏松和剝落等風(fēng)險(xiǎn)，從而引發(fā)超疏水化學(xué)耐久性下降。特別是，化學(xué)反應(yīng)誘導(dǎo)的材料表面能變化對液體滾動(dòng)角產(chǎn)生影響，使得超疏水表面性能難以在長時(shí)間范圍得到維持。
中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所楊建軍團(tuán)隊(duì)提出了飛秒激光元素?fù)诫s微納結(jié)構(gòu)與循環(huán)低溫退火相結(jié)合的研究方法，在金屬鋁合金表面構(gòu)建了以次晶相態(tài)為主導(dǎo)的仿生蟻穴狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的自啟動(dòng)超疏水效果。其中，多級(jí)微納結(jié)構(gòu)有助于實(shí)現(xiàn)對空氣捕獲的穩(wěn)定利用，而次晶相態(tài)形成可以降低材料表面自由能，從而使金屬表面展現(xiàn)出超疏水化學(xué)穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果表明，該金屬樣品在經(jīng)歷2000小時(shí)腐蝕性鹽水浸泡后，其表面能夠保持良好的超疏水性能。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)在經(jīng)過強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng)測試后，材料表面的超疏水特性能夠保持，實(shí)驗(yàn)測得的腐蝕電流低至10-12A/cm2，較未加工樣品表面的情況降低了5個(gè)數(shù)量級(jí)。進(jìn)而，研究發(fā)現(xiàn)，這種自主性的超疏水金屬表面可以應(yīng)對不同酸堿溶液浸泡、紫外輻射和冷凍循環(huán)等苛刻環(huán)境的挑戰(zhàn)。
進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)院金屬研究所馬會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，運(yùn)用從頭計(jì)算方法，從理論層面進(jìn)一步驗(yàn)證了次晶相態(tài)形成對于材料表面能降低和化學(xué)穩(wěn)定性提升的貢獻(xiàn)。
上述研究解決了金屬表面極端拒水性持久保持難題，并為基于原子尺度調(diào)控的高性能材料表面設(shè)計(jì)與開發(fā)提供了新的研究思路。
相關(guān)研究成果以Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。
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長春光機(jī)所等在飛秒激光制備無涂層持久超疏水表面研究中獲進(jìn)展
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