超短脉冲激光微纳调控材料润湿性能

利用超短脉冲飞秒激光与材料的非线性相互作用，结合飞秒激光直写、多光束干涉、飞秒激光与表面波干涉技术诱导亚波长周期微米/纳米结构，从物理、化学层面对材料表面进行改性。这些性能不同于母体材料的微纳尺度的结构赋予了材料全新的性能，尤其是可以改变材料的润湿性能。本项目拟通过超短脉冲飞秒激光对材料进行空间选择性的扫描辐照（包括在大气环境中以及在气氛环境中进行辐照），在辐照区诱导出具有物理化学性能不同于母材的仿生微纳结构，从而实现不同溶液环境下，对激光修饰表面润湿性能的操控。包括诱导超疏水（油等）表面、超亲水（油等）表面，以及具有集成润湿性能的表面等。并对超短脉冲激光诱导微纳结构的机理以及诱导的微纳结构对润湿性能影响的物理、化学机理等进行研究。

针对防污染、自清洁、抗氧化、减小摩擦阻力等领域的需求，本项目提出了利用飞秒激光诱导的微纳仿生结构来操控材料润湿性能这一不同于其他方法的新技术。本项目主要通过飞秒激光对材料进行空间选择性的扫描辐照，在辐照区诱导出具有物理化学性能不同于母材的仿生微纳结构，从而实现不同溶液环境下，对激光修饰表面润湿性能的操控。按照研究计划，取得如下成果：（1）飞秒激光制备氧化锌纳米结构的润湿性能及应用；（2）飞秒激光制备具有双疏润湿性能的聚四氟乙烯表面结构；（3）飞秒激光制备超疏水多孔硅结构；（4）飞秒激光调控金属材料润湿性能；（5）飞秒激光制备具有各向异性润湿性能的聚合物表面结构；（6）飞秒脉冲激光转写技术调控材料润湿性能。本研究充分发挥了超短脉冲激光的应用潜能并拓展了其应用领域。研究以仿生结构的制备为切入点，融合了光学、激光、材料、化学等学科，充分发挥交叉学科的优势。本工作的开展不仅对浸润性的理论研究开辟了新的方向，而且制备的润湿性能可调表面在科学研究、工农业生产和日常生活中都有着极其广阔的应用前景。