金屬表面超疏水在自清潔、防腐、減阻和防冰等領域具有潛在的應用價值。當前，金屬表面超疏水性能的實現依賴于傳統的二元協同設計思想，即在材料表面制作微/納米結構，進而采用低表面能有機物進行修飾。這種依靠粘附涂層的設計在實際腐蝕性環境如海水中易遭受侵蝕性離子的滲透，導致涂層分解、疏松和剝落等風險，從而引發超疏水化學耐久性下降。特別是，化學反應誘導的材料表面能變化對液體滾動角產生影響，使得超疏水表面性能難以在長時間范圍得到維持。
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所楊建軍團隊提出了飛秒激光元素摻雜微納結構與循環低溫退火相結合的研究方法，在金屬鋁合金表面構建了以次晶相態為主導的仿生蟻穴狀結構，實現了高效穩定的自啟動超疏水效果。其中，多級微納結構有助于實現對空氣捕獲的穩定利用，而次晶相態形成可以降低材料表面自由能，從而使金屬表面展現出超疏水化學穩定性。實驗測量結果表明，該金屬樣品在經歷2000小時腐蝕性鹽水浸泡后，其表面能夠保持良好的超疏水性能。同時，這種結構在經過強烈的電化學反應測試后，材料表面的超疏水特性能夠保持，實驗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個數量級。進而，研究發現，這種自主性的超疏水金屬表面可以應對不同酸堿溶液浸泡、紫外輻射和冷凍循環等苛刻環境的挑戰。
進一步，該團隊與中國科學院金屬研究所馬會團隊合作，運用從頭計算方法，從理論層面進一步驗證了次晶相態形成對于材料表面能降低和化學穩定性提升的貢獻。
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控的高性能材料表面設計與開發提供了新的研究思路。
相關研究成果以Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation為題，發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。
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長春光機所等在飛秒激光制備無涂層持久超疏水表面研究中獲進展
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