在中國科學界的一項最新突破中，中國科學院長春光機所微納光子學與材料國際實驗室的楊建軍團隊，在飛秒激光技術領域取得了令人矚目的成就。他們成功研發(fā)出一種無涂層持久超疏水表面的制備方法，這一創(chuàng)新不僅解決了金屬表面在腐蝕性環(huán)境下難以保持超疏水性的長期難題，也為超疏水材料的應用開辟了全新的道路。
超疏水性能在金屬表面的應用潛力巨大，包括自清潔、防腐、減阻和防冰等領域。然而，傳統(tǒng)的超疏水制備方法，即通過制作微/納米結(jié)構(gòu)并使用低表面能有機物修飾，在實際應用中遇到了化學耐久性的挑戰(zhàn)。特別是在腐蝕性環(huán)境中，如海水，涂層容易分解、疏松和剝落，導致超疏水性能大幅下降。
針對這一難題，楊建軍團隊提出了一種創(chuàng)新方法，即結(jié)合飛秒激光元素摻雜微納結(jié)構(gòu)（FLEM）與循環(huán)低溫退火（RLA）。這種方法在金屬鋁合金表面構(gòu)建了一種仿生蟻穴狀結(jié)構(gòu)（BAT），該結(jié)構(gòu)以次晶相態(tài)為主導，實現(xiàn)了高效穩(wěn)定的自啟動超疏水效果。這種多級微納結(jié)構(gòu)不僅能夠有效捕獲空氣，而且通過次晶相態(tài)的形成，大幅度降低了材料表面的自由能，從而賦予金屬表面出色的超疏水化學穩(wěn)定性。
實驗結(jié)果顯示，經(jīng)過這種處理的金屬樣品在腐蝕性鹽水浸泡2000小時后，其表面依然保持良好的超疏水性能。該結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能也表現(xiàn)卓越，經(jīng)過強烈的電化學反應測試后，材料表面的超疏水特性依然穩(wěn)定存在，腐蝕電流低至10-12A/cm2，與未加工樣品相比降低了5個數(shù)量級。這種自主性的超疏水金屬表面還能承受不同酸堿溶液浸泡、紫外輻射和冷凍循環(huán)等多種苛刻環(huán)境的挑戰(zhàn)。
為了從理論層面深入探究這一創(chuàng)新成果，楊建軍團隊與沈陽金屬研究所的馬會老師團隊進行了緊密合作。他們運用從頭計算方法，揭示了次晶相態(tài)形成對材料表面能降低和化學穩(wěn)定性提升的重要作用，為這一研究提供了堅實的理論支撐。這一研究成果以題為“通過次晶相態(tài)形成實現(xiàn)無有機涂層超疏水金屬表面”的論文形式，在知名學術期刊《Advanced Materials》上發(fā)表。
該論文的通訊單位為中國科學院長春光機所，通訊作者包括楊建軍研究員、鄒婷婷助理研究員和沈陽金屬所的馬會副研究員。博士生閆丹丹和徐文靜共同擔任論文的第一作者。這項研究工作還得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項的資助，體現(xiàn)了國家對科技創(chuàng)新和前沿技術研究的重視與支持。
