【儀表網 研發快訊】金屬表面超疏水在自清潔、防腐、減阻和防冰等領域有著重要的潛在應用，由此受到了國內外研究者們多年的廣泛關注，并已取得諸多研究和應用進展。
 

　　然而，當前金屬表面超疏水性能的實現大都仍依賴于傳統的二元協同設計思想，即首先在材料表面制作微/納米結構，然后再采用低表面能有機物進行修飾。毫無疑問，這種依靠粘附涂層的設計在實際腐蝕性環境(例如海水)中很容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的顯著下降。特別是，由于化學反應誘導的材料表面能變化會對液體滾動角產生顯著影響，使得超疏水表面性能難以在長時間范圍獲得良好維持。這對眾多實際應用而言，是一個長期面臨的普遍難題。
 

　　為了解決這一問題，中國科學院長春光機所微納光子學與材料國際實驗室楊建軍團隊創造性地提出飛秒激光元素摻雜微納結構(FLEM)與循環低溫退火(RLA)相結合的研究方法，在金屬鋁合金表面構建了一種以次晶相態為主導的仿生蟻穴狀結構(BAT)，成功實現了高效穩定的自啟動超疏水效果。其中，獨特的多級微納結構有助于實現對空氣捕獲的穩定利用，而次晶相態形成則可以大幅度地降低材料表面自由能，從而讓金屬表面展現了獨具特色的超疏水化學穩定性。實驗測量結果表明，該金屬樣品即使在經歷了長達2000小時的腐蝕性鹽水浸泡后，其表面依然能夠保持良好的超疏水性能。不僅如此，這種結構的耐腐蝕性能也尤為突出，在經過強烈的電化學反應測試后，材料表面的超疏水特性也依然能夠保持，實驗測得的腐蝕電流更是低至10-12A/cm2，較未加工樣品表面的情況降低了5個數量級。另外，研究發現這種自主性的超疏水金屬表面也能承受住不同酸堿溶液浸泡、紫外輻射和冷凍循環等多種苛刻環境的挑戰。與此同時，該團隊與沈陽金屬研究所的馬會老師團隊攜手合作，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所起的重要貢獻。
 

　　相關工作有效解決了金屬表面極端拒水性持久保持的關鍵難題，這一突破不僅為超疏水領域開辟了廣闊的前景，還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全新的研究思路。該研究以題為“Durable Organic Coating-Free Superhydrophobic Metal Surface by Paracrystalline State Formation”的論文發表在《Advanced Materials》上。
 

　　中國科學院長春光學精密機械與物理研究所是本研究論文的第一通訊單位，通訊作者為中國科學院長春光機所微納光子學與材料國際實驗室楊建軍研究員，鄒婷婷助理研究員和沈陽金屬所馬會副研究員。中國科學院長春光機所博士生閆丹丹，沈陽金屬所博士生徐文靜為論文共同第一作者。該研究工作得到了中國科學院戰略性先導科技專項的資助。