第15卷 第4期
摘要：超疏水表面由于具有减阻、抗污、防水等独特性能，广泛应用于日常生活、军事、工业等场景，材料表面的微纳结构及化学成分对其超疏水性能有着重要影响。激光纹理化技术由于具有加工分辨率高、加工方式灵活、可加工材料多等优势，可用于制备疏水性能精确可控的表面微纳结构，在制造超疏水表面方面有着广阔的应用前景。首先，介绍了激光纹理化的作用机理，综述了常用的激光纹理化方式，如激光直 接写入法、激光干涉图案化法及激光诱导周期性结构法等，并介绍了激光参数对微纳结构的影响。根据表面微纳结构的形貌、周期及尺寸特点对激光纹理化制备的表面分层微纳结构进行了总结归纳，包括覆盖随 机纳米结构或激光诱导周期性结构的微沟槽、微网格、微柱及微峰，重点介绍了分层微纳结构的制备方式及微纳结构对疏水性的影响。总结了提高分层微纳结构表面疏水性的后处理方式，包括环境老化、表面化 学改性及热处理等，并介绍了后处理方式调控疏水性的作用机理。最后，对采用激光纹理化技术制备超疏水表面的应用前景进行了展望。
图1 水滴接触角与滚动角示意图
图4 直接激光干涉图案化示意图
图5 Ti6Al4V 和 Si 表面上不同空间频率 LIPSS 的 SEM 图像
图9 通过两步激光纹理化在 Ti6Al4V 上制备的分层微纳结构的 SEM 图像
图10 在 AISI304 表面制备的分层结构的 SEM 图像
图11 具有分层微纳结构的材料表面接触角与间距的关系
总结：
激光纹理化技术在材料表面分层微纳结构的制备上有着高精度和高自由度的优势，在疏水表面制造 上具有巨大的潜力。本文从激光纹理化的机理与方式出发，介绍了激光纹理化方式与激光参数对微纳结构的影响，综述了利用激光纹理化技术获得的不同分层微纳结构的疏水性研究及不同后处理方式对疏水性能的影响，得出以下主要结论。
1）利用激光纹理化技术可以在材料表面制得可控的微纳结构。表面微纳结构主要由激光纹理化方法、激光参数及扫描方式决定，要想获得所需尺寸及形状的分层微纳结构，必须根据需求选择合适的参数。
2）激光加工后，表面结构按尺度可以分为微米和纳米结构，微米结构包括微沟槽、网格图案结构及微柱和微峰，纳米结构有随机纳米结构和激光诱导周期性结构。通过合理采用激光纹理化方法、激光参数及扫描方式，能够得到特定的分层微纳结构，从而影响材料表面的疏水性能。
3）材料表面疏水性由表面微纳结构和表面自由能决定。激光加工后，材料表面通常表现为亲水或超亲水，通过结合环境老化、化学改性及热处理等后处理方式进行低表面能改性能够实现亲水到疏水及超疏水的转变。
综上所述，通过选择合适的参数进行激光加工可以在不同材料表面制备出复杂的分层微纳结构，为超疏水表面的制备提供基础，结合适当的后处理能够实现亲水到疏水的转变，是一种具有潜力的疏水表面制备方法，但需要针对以下方面进行进一步研究。
1）激光制备的微纳结构存在力学性能较低的问题，在力的作用下容易导致微纳结构的破坏，从而导致疏水性能减弱。通过改变材料种类，如采用非晶合金表面及特殊的表面结构形式是提高微纳结构力学性能、解决疏水性能降低问题的潜在方法。需要进一步研究力学性能更好的疏水表面，以适应不同的应用场景。
2）表面微纳结构受激光纹理化参数影响，需要对不同材料的最佳加工参数进行调整，以获得疏水性能更优异的微纳结构表面。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.04.017
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
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