与Qin类似 ， Wu等人也使用fs激光制备了两种典型的微纳复合结构 。 实验结果表明 ， 所制备的柱状微纳结构具有超疏水表面性质 。 在激光能量密度为0.15 J/cm2、扫描间隔为0.04 mm、扫描速度为4 mm/s的实验条件下 ， 激光处理铝合金表面具有典型的微尺度结构 ， 具有柱状特征 ， 柱表面附着大量随机形貌的纳米结构 。 柱状微结构将表面接触角（CA）从90.9°提高到155.5° ， 实现了超疏水特性 。 在铝合金表面形成了周期为104.2μm、深度为106.4μm的栅状和槽状微纳结构 。 最后 ， 在9.7°下获得了稳定的接触角 ， 表明槽状微纳结构具有超亲水性 。 激光处理后的铝合金表面具有典型的柱状微米结构 ， 如图8所示 。 实验结果表明 ， 柱状微纳结构通过空气模型表面独特的双尺寸复合结构实现了超疏水性能 。 沟槽微纳结构利用开放腔毛细管效应作为驱动力 ， 使超亲水特性成为可能 ， 并产生定向输水功能 。
图8 fs激光处理后铝合金表面45°观察图(a-b)和俯视图图(c-d) 。 右边的图像是左边图像的放大图像 。
此外 ， Liu等人报告了一种简单且廉价的方法 ， 通过在聚二甲基硅氧烷（PDMS）上直接复制微纳米结构 ， 从通过超快激光织构工艺制备的复制母料制备超疏水表面 。 实验结果表明 ， 亚微米纳米结构的分层结构显著提高了材料表面的疏水性 。 通过在304L不锈钢母版上叠加微纹理和纳米粗糙度 ， 在PDMS负极和正极复制品上形成疏水性所需的分层表面结构 ， 该母版由超快激光纹理加工产生 。 Liu的研究是利用超快激光制备微纳结构加工模板 ， 这是一种微纳表面的间接加工方法 。 另一方面 ， Jiang等人使用超快激光加工的直接加工方法制造了一系列具有特定形状和尺寸的微槽 。 利用高斯能量分布fs激光器 ， 在6061铝合金基板上容易制备出两种不同尺寸的微U形槽结构（图9） 。
图9 两种微U形结构的微观形貌；（a）和（b）显示了两个微U形结构的不同空间；（a1-a3）和（b1-b3）显示了微U形结构上的纳米粒子子结构 ， 其大小从几十纳米到数百纳米不等 ， 聚集时呈绒毛状 。
微槽的深度和间距与激光加工参数密切相关 。 根据图9a1-a3、b1-b3 ， 其表明在微槽上生成了尺寸在几十到数百纳米之间的纳米粒子 。 此外 ， 纳米结构可能有助于进一步增强减阻效果 。 初步形成的纳米颗粒覆盖的微槽结构是超亲水的 ， 表面自由能改性后将是超疏水的 。 而Yang等人使用飞秒激光源在不同能量条件下处理样品 ， 形成周期性微米级条纹结构（图10） 。 随着实验中脉冲能量密度的增加 ， 表面结构也从微米机制转变为微纳复合结构 。 样品表面的润湿性也从亲水性变为疏水性 。 研究表明 ， 微槽织构对材料表面的润湿性有很大影响 。
图10 在高单脉冲能量下处理的样品的SEM图像：（a）5.0μJ；（a） 6.0μJ；（a） 7.0μJ；（a） 8.0μJ 。
Nayak等人在钛、铝、铜和不锈钢等各种金属的表面上产生了锥形微纳结构 。 锥形微纳结构的形成归因于材料在超快激光照射下的自组织 。 结构的形态如图11所示 。 在钛和不锈钢上观察到锥形微观结构 ， 而在铝上出现的表面微锥不如钛和不锈钢上的规则 。 然而 ， 在类似的实验条件下 ， 在铜上没有观察到微观特征 。 他们证明 ， 在适当的实验条件下 ， 金属的反射率从其原始光泽控制到非常低的反射率（接近零） 。 Ahmmed还报告了fs激光照射下钛、不锈钢、铝和铜表面的微纳尺度特征（图11） 。 每个观察到的表面微观结构是在四个可调参数的特定组合下产生的 ， 并研究了这些参数对尺寸特性的影响 。
图11 钛表面激光诱导微结构 。
因此 ， 我们发现 ， 虽然通过超快激光制造的微尺度结构在形态上有所不同 ， 但其形成机制类似 ， 即烧蚀或自组织 。 就功能性而言 ， 微观纹理对材料表面的润湿性有很大影响 ， 这将改变材料的亲水性和疏水性 。
来源：A short review on functionalized metallic surfaces by ultrafast laser micromachining Advanced Manufacturing Technology doi.org/10.1007/s00170-021-08560-8
参考文献：Gao X Jiang L (2004) Water-repellent legs of water striders. Nature 432(7013):36–36. https://doi.org/10.1038/432036a
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