激光喷砂金属形成自清洁不粘表面

水是地球上生命的关键，但有时也可能是我们最大的敌人之一——尤其是当它与金属相互作用时。空气中的水分会引发金属表面生锈和腐蚀，而冰冻的水会使某些金属暂时失去价值，例如结冰的飞机机翼。

因此，许多人都在寻找使金属具有疏水性或防水性的方法，通常是在金属表面涂上化学添加剂。纽约罗切斯特大学的研究人员表示，他们已经找到了一种更有效的方法，使金属不受水的侵蚀：只需用激光照射金属即可。

罗切斯特大学光学和物理学教授郭春雷博士多年来一直在研究激光冲击对金属材料的影响，他曾利用激光束使金属变得亲水，从而吸引水。现在，郭和他的同事阿纳托利·沃罗耶夫做了相反的事情，他们想出了一种利用短脉冲高强度激光冲击改变金属表面结构的方法。结果是：一种高度防水的金属。

激光器产生的能量大约与北美整个电网的能量相同。

“当你将短激光脉冲照射到金属表面时，它会将光滑的金属表面转变为高度结构化的表面，覆盖着一系列微米和纳米级结构，”郭解释说。“这些结构具有不同的防水性能。”

转变的关键在于激光的威力。Guo 和 Voroyev 只将激光照射到金属表面一飞秒，也就是千万亿分之一秒。但高强度激光的威力如此之大，以至于在这么短的时间内，它产生的能量相当于整个北美电网的能量。如此巨大的热量和能量极大地改变了金属，在表面产生了微小的结构。

“如果你把新的金属表面放在高倍显微镜下观察，你会看到它们具有层次结构，”Guo 说道。“有微米级的基团，而且在微米级基团之上还有纳米级结构。它们看起来就像纳米级的云，有很多凸起和凹陷。”

观看下面疏水金属排斥水的视频：

郭说，这种使金属变得疏水的方法在几个方面优于特氟龙等化学涂层。首先，这些激光生成的金属比任何类型的涂层都更能防水。对于涂有特氟龙的金属表面，例如普通的不粘煎锅，需要倾斜 70 度才能除去表面的水。对于这些激光增强金属，只需倾斜 5 度就足以让水滑落。

此外，激光技术不需要任何额外的成分。当特氟龙被加热时，它会开始分解并从金属表面脱落。一些研究将这种恶化与人类和鸟类的健康问题联系起来。但郭的金属转变不是暂时的，也不会脱落；激光从根本上改变了它们的结构。“这种防水结构是我们金属表面固有的，”郭说。“它不是涂层，所以我们不必担心它会随着时间的推移而脱落。”

研究团队设想了这些金属材料的许多应用，除了使炒鸡蛋更容易烹饪之外。这些金属不腐蚀，可以长时间保持坚固，并且它们具有许多运输优势，例如确保汽车或飞机机翼上永远不会结冰。使用这些材料，甚至轮船也可以变得更快；用疏水金属建造的船体可以减少水摩擦和海上阻力。

但更重要的是，郭先生对这种金属在发展中国家的应用感到兴奋。疏水性金属可以保持更长时间的清洁，而不需要大量的水来冲洗掉污垢。研究人员通过将灰尘颗粒扔到一块激光喷砂金属上来测试这一点，观察结果显示，仅几十滴水就能清除所有污垢。这种自清洁特性对于保持发展中国家厕所清洁非常有用，因为发展中国家的清洁水资源匮乏。

郭说：“我们很高兴能应用这种疏水表面来防止水污染。如果你不让水粘附在表面上，含有微生物和生物材料的水也将无法在表面上生存，从而保持该区域的清洁。”

然而，郭教授距离这些金属的量产还有很长的路要走。为了制造一块 1 英寸乘 1 英寸的疏水金属片，需要用激光喷砂一小时。因此，我们可能还需要一段时间才能拥有防水汽车和金属马桶。

研究人员在《应用物理学杂志》上发表了他们的研究成果。