飞秒激光技术：化“腐蚀”为神奇

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      金属的氧化腐蚀一度是件让人头疼的事。如何让金属不在岁月中失去光泽？飞秒激光技术从光学手段入手，不但让金属免遭腐蚀，还能将其变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湿的地方，细菌等微生物都能够得以生存或成长；同时水也是许多化学反应所需的基本条件，比如因水的存在，金属会以不被察觉的速度氧化。

      不过在许多地方，人们并不希望金属氧化或菌落滋生——比如室外的天线、飞机的机翼、煮饭的锅……人们期待将一些疏水、超疏水材料用在这些地方。

      其实超疏水材料在我们身边比比皆是：“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的荷花、荷叶就是典型的超疏水材料，许多昆虫的足上也有超疏水材料，比如大名鼎鼎的水黾，它们正是靠着“不沾水的腿”，在水面行走如飞。

      在疏水材料家族中，鲜见金属的身影。不过，美国罗切斯特大学光学院的物理学家郭春雷（音译）与同事最新的研究发现，利用一项叫作飞秒激光的技术，他们能够把金属变成比荷花还要疏水的“极疏水材料”。疏水效果之强，以至于水滴滴在金属表面不仅不会散开，甚至会不断弹起。

      飞秒激光让金属获超疏水“技能”

      这项听来让人难以置信的研究刊发于美国物理联合会1月20日出版的《应用物理杂志》上。郭春雷研究团队使用超高能且超短的激光脉冲来改变金属的表面，持续时间为毫微微秒（即飞秒）量级。他们用这样的超短飞秒脉冲轰击铂、钛、铜3种样品，获得了上述新型的表面材料。

      这种工艺的优势在于“激光在金属上创造的结构本质上是材料表面的一部分。”郭春雷在近期的新闻报道中说，这意味着它们不会被擦掉，并且正是这些结构使得金属具有超级疏水性能。

      据研究人员介绍，超能激光脉冲在金属表面刻蚀出大量肉眼不及的诸如洼坑、小珠状和细纹等“痕迹”，这些痕迹形成了密集分布且高低不平的纳米微结构。这种纳米微结构从根本上改变了金属表面的光学性质和润湿性质。

      特氟龙是一种常规疏水材料，常作为“不粘锅”涂层的不二之选。但飞秒激光处理过的金属材料远比特氟龙光滑。水滴从特氟龙涂层表面滚落，需要在水滴滚落之前将这个表面倾斜到70度，而经飞秒激光轰击过的金属，只需要倾斜不到5度甚至不必倾斜，水滴就能从表面滚落。

      此外，水滴从超疏水表面反弹的同时，会收集并带走灰尘颗粒。为了测试材料的自清洁性能，郭春雷团队将从吸尘器里取出的普通灰尘洒在处理过的材料表面，只用了3滴水就将约一半的灰尘清除了，使表面一尘不染也只用了十几滴水，而且表面始终保持干燥。

      应用前景深远而广泛

      金属的氧化腐蚀一度是件让人头疼的事。让金属不被腐蚀，不在岁月中失去光泽，是人类一直追寻的目标。从油漆、合金到纳米涂层，人们不断更新着对金属的疏水手段。而今，飞秒激光技术则从光学角度入手，不但让金属免遭腐蚀，更将之变成神奇的超疏水材料。方法简单、有效，有望颠覆未来疏水材料的生产工艺。

      郭春雷认为，这种超疏水材料在发展中国家有着巨大的应用潜力。“在这些区域，收集雨水是至关重要的，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来防止水滞留在表面。”郭春雷说，“另一种应用是制造使用起来更加清洁和健康的厕所。”

      在缺水地区，保持厕所的清洁是一项挑战，使用超疏水材料，不必使用水冲刷即可保持厕所清洁。

      据外媒报道，这种应用潜力激起了比尔和梅林达·盖茨基金会的兴趣，他们已经开始支持这项工作。

      目前有报道飞秒激光可以用在聚合物加工、医学成像及外科医疗上。镭射视力矫正（LASIK）可以利用飞秒激光制作角膜瓣。飞秒激光矫治近视手术现已是本世纪最先进的眼科手术。除此之外，飞秒激光技术也可被应用在固态物理上，以此分析晶体结构，分析其衍射或者荧光光谱图。在基础科学研究领域，飞秒激光可用于超快现象的研究。