??超疏水現象在日常生活中很常見。它在自然界中普遍存在,例如荷葉、蟬翼等表面都具有超疏水特性,水滴在這些表面上難以停留,從而表現出自我清潔的效果。人類借助科技手段也能在金屬表面實現超疏水性能,其在自清潔、防腐、減阻和防冰等領域具有重要應用價值,受到國內外研究者廣泛關注。但金屬表面超疏水性能難以長時間維持成為該項技術推廣過程中的難題。
??近期,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在這方面取得了突破性進展——團隊利用飛秒激光技術,在金屬上成功制備出無涂層的超疏水表面,其性能可在較長時間內維持穩定,并能經受嚴苛環境挑戰。
??新技術突破了哪些關鍵點?
? 在長春光機所微納光子學與材料國際實驗室,團隊成員鄒婷婷博士展示了技術成果——在一小塊方形鋁合金表面,經過飛秒激光技術處理過的部分,表現出了超疏水性能,圓圓的水珠在上面輕盈滾動;而未經處理的表面,水滴滴落后立刻就攤開了。
? “我們在楊建軍老師的帶領下,創造性地提出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一種以次晶相態為主導的仿生蟻穴狀結構,成功實現了高效穩定的自啟動超疏水效果。”鄒婷婷說。
? 和其他技術相比,楊建軍團隊的研究思路另辟蹊徑。
? 其他技術思路以二元協同方式為主,即首先在材料表面制作出微納米結構,讓其具備超疏水性能,然后再刷上涂層。但這種設計在實際腐蝕性環境中(例如海水),很容易發生涂層分解、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。
? 楊建軍團隊的技術思路擺脫了對涂層的依賴,利用飛秒激光技術將元素摻雜進去,使金屬如同“長”出了一層特殊的表面,同時具備超疏水和耐腐蝕性能。
? 實驗測量結果表明,利用新技術制作的金屬樣品,在經歷長達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。
? 此外,楊建軍團隊還與沈陽金屬研究所科研團隊合作,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,夯實了技術的理論基礎。
? 科學研究的新思路往往來自瞬間靈感。“多年前,基于國家戰略需求,我們承擔了相關課題研究。當時,我日思夜想尋找突破口,一次,在機場候機時,新思路忽然而至,我立刻給團隊成員打電話,讓大家盡快著手準備實驗。”楊建軍回憶。
? 從一個想法到付諸實踐,再到最終完全把控關鍵技術,這一過程經歷了三四年時間。團隊反復實驗驗證,也遇到很多困難和失敗。在楊建軍看來,科學研究的過程就像穿越一段幽深晦暗的隧道,充滿未知,但對科研人員來說卻充滿吸引力。他們執著前行,用科技力量驅散迷霧,照亮前路。
? 該項科研成果解決了超疏水領域的關鍵問題,為技術應用開辟了廣闊前景。論文發表后,引起廣泛關注,包括很多汽車制造企業,他們紛紛打來電話咨詢并尋求合作。
? 目前,團隊成員共有12人,全部是青年骨干和研究生,平均年齡35歲。“年輕人思維敏捷,實驗過程中一直沖在第一線。目前,我們在技術應用上還在繼續探索,爭取產出更多面向實際、服務實際的成果。”楊建軍表示。
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