飛秒激光技術：化“腐蝕”為神奇

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      金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。如何讓金屬不在歲月中失去光澤？飛秒激光技術從光學手段入手，不但讓金屬免遭腐蝕，還能將其變成神奇的超疏水材料。

      水是生命之源，哪怕在一些只能算作潮濕的地方，細菌等微生物都能夠得以生存或成長；同時水也是許多化學反應所需的基本條件，比如因水的存在，金屬會以不被察覺的速度氧化。

      不過在許多地方，人們并不希望金屬氧化或菌落滋生——比如室外的天線、飛機的機翼、煮飯的鍋……人們期待將一些疏水、超疏水材料用在這些地方。

      其實超疏水材料在我們身邊比比皆是：“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”的荷花、荷葉就是典型的超疏水材料，許多昆蟲的足上也有超疏水材料，比如大名鼎鼎的水黽，它們正是靠著“不沾水的腿”，在水面行走如飛。

      在疏水材料家族中，鮮見金屬的身影。不過，美國羅切斯特大學光學院的物理學家郭春雷（音譯）與同事最新的研究發(fā)現(xiàn)，利用一項叫作飛秒激光的技術，他們能夠把金屬變成比荷花還要疏水的“極疏水材料”。疏水效果之強，以至于水滴滴在金屬表面不僅不會散開，甚至會不斷彈起。

      飛秒激光讓金屬獲超疏水“技能”

      這項聽來讓人難以置信的研究刊發(fā)于美國物理聯(lián)合會1月20日出版的《應用物理雜志》上。郭春雷研究團隊使用超高能且超短的激光脈沖來改變金屬的表面，持續(xù)時間為毫微微秒（即飛秒）量級。他們用這樣的超短飛秒脈沖轟擊鉑、鈦、銅3種樣品，獲得了上述新型的表面材料。

      這種工藝的優(yōu)勢在于“激光在金屬上創(chuàng)造的結構本質上是材料表面的一部分。”郭春雷在近期的新聞報道中說，這意味著它們不會被擦掉，并且正是這些結構使得金屬具有超級疏水性能。

      據研究人員介紹，超能激光脈沖在金屬表面刻蝕出大量肉眼不及的諸如洼坑、小珠狀和細紋等“痕跡”，這些痕跡形成了密集分布且高低不平的納米微結構。這種納米微結構從根本上改變了金屬表面的光學性質和潤濕性質。

      特氟龍是一種常規(guī)疏水材料，常作為“不粘鍋”涂層的不二之選。但飛秒激光處理過的金屬材料遠比特氟龍光滑。水滴從特氟龍涂層表面滾落，需要在水滴滾落之前將這個表面傾斜到70度，而經飛秒激光轟擊過的金屬，只需要傾斜不到5度甚至不必傾斜，水滴就能從表面滾落。

      此外，水滴從超疏水表面反彈的同時，會收集并帶走灰塵顆粒。為了測試材料的自清潔性能，郭春雷團隊將從吸塵器里取出的普通灰塵灑在處理過的材料表面，只用了3滴水就將約一半的灰塵清除了，使表面一塵不染也只用了十幾滴水，而且表面始終保持干燥。

      應用前景深遠而廣泛

      金屬的氧化腐蝕一度是件讓人頭疼的事。讓金屬不被腐蝕，不在歲月中失去光澤，是人類一直追尋的目標。從油漆、合金到納米涂層，人們不斷更新著對金屬的疏水手段。而今，飛秒激光技術則從光學角度入手，不但讓金屬免遭腐蝕，更將之變成神奇的超疏水材料。方法簡單、有效，有望顛覆未來疏水材料的生產工藝。

      郭春雷認為，這種超疏水材料在發(fā)展中國家有著巨大的應用潛力。“在這些區(qū)域，收集雨水是至關重要的，使用超疏水材料可以提高效率，而且不再需要使用具有尖角的大漏斗來防止水滯留在表面。”郭春雷說，“另一種應用是制造使用起來更加清潔和健康的廁所。”

      在缺水地區(qū)，保持廁所的清潔是一項挑戰(zhàn)，使用超疏水材料，不必使用水沖刷即可保持廁所清潔。

      據外媒報道，這種應用潛力激起了比爾和梅林達·蓋茨基金會的興趣，他們已經開始支持這項工作。

      目前有報道飛秒激光可以用在聚合物加工、醫(yī)學成像及外科醫(yī)療上。鐳射視力矯正（LASIK）可以利用飛秒激光制作角膜瓣。飛秒激光矯治近視手術現(xiàn)已是本世紀最先進的眼科手術。除此之外，飛秒激光技術也可被應用在固態(tài)物理上，以此分析晶體結構，分析其衍射或者熒光光譜圖。在基礎科學研究領域，飛秒激光可用于超快現(xiàn)象的研究。