中国科学院长春光机所利用飞秒激光技术提升金属防腐蚀性

IT之家 11 月 9 日消息，金属表面超疏水在自清洁、防腐、减阻和防冰等领域有着重要的潜在应用，由此受到了国内外研究者们多年的广泛关注，并已取得诸多研究和应用进展。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所宣布，微纳光子学与材料国际实验室杨建军团队通过飞秒激光技术实现了金属表面超疏水稳定性能提高，同时显著提升了金属表面防腐能力，相关研究成果已发表在国际知名期刊《先进材料》上（IT之家附 DOI:10.1002/adma.202412850）。

简单来说，超疏水是自然界中一种普遍现象。荷叶能“出淤泥而不染”，就与植物表面的超疏水性有关系。

目前，科研人员已通过仿生手段在多种材料上实现了人工超疏水功能，但这种依靠粘附涂层的设计在实际腐蚀性环境（例如海水）中很容易遭受侵蚀性离子的渗透、导致涂层分解、疏松和剥落等风险，从而引发超疏水化学耐久性的显著下降。

特别是，由于化学反应诱导的材料表面能变化会对液体滚动角产生显著影响，使得超疏水表面性能难以在长时间范围获得良好维持。这对众多实际应用而言，是一个长期面临的普遍难题。

针对这一问题，杨建军团队创造性地提出飞秒激光元素掺杂微纳结构（FLEM）与循环低温退火（RLA）相结合的研究方法，在金属铝合金表面构建了一种以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构 (BAT)，成功实现了高效稳定的自启动超疏水效果。其中，独特的多级微纳结构有助于实现对空气捕获的稳定利用，而次晶相态形成则可以大幅度地降低材料表面自由能，从而让金属表面展现了独具特色的超疏水化学稳定性。

科研人员在金属表面构建次晶态仿生蚁穴状结构提升超疏水性能的模拟图。图源：长春光机所

实验测量结果表明，该金属样品即使在经历了长达 2000 小时的腐蚀性盐水浸泡后，其表面依然能够保持良好的超疏水性能。不仅如此，这种结构的耐腐蚀性能也尤为突出，在经过强烈的电化学反应测试后，材料表面的超疏水特性也依然能够保持，实验测得的腐蚀电流更是低至 10-12A/cm2，较未加工样品表面的情况降低了 5 个数量级。

另外，研究发现这种自主性的超疏水金属表面也能承受住不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等多种苛刻环境的挑战。与此同时，该团队与沈阳金属研究所的马会老师团队携手合作，运用从头计算方法，从理论层面进一步验证了次晶相态形成对于材料表面能降低和化学稳定性提升所起的重要贡献。