综述：飞秒激光制备超润湿性表面：从基础机制到前沿应用

　　本综述系统阐述了飞秒激光（fs-laser）技术在超润湿性表面制备中的研究进展，涵盖从经典润湿理论到拓扑润湿态（Topological Wettability States）的理论范式转变，深入分析了表面微/纳米结构（Micro/Nanostructures）的精密调控机制，并重点介绍了其在工业制造、生物医学工程（Biomedical Engineering）及环境修复等领域的突破性应用，为超润湿界面（Superwetting Interfaces）的基础理论创新与跨尺度功能集成提供了前瞻性视角。

　　

润湿性理论与调控机制

润湿性描述了液体在固体表面的铺展行为，是界面科学中的核心概念。传统上以接触角（Contact Angle）90°为亲疏水分界，超疏水表面接触角大于150°，而超亲水表面接触角小于10°。超润湿性源于表面微/纳米结构与化学组成的协同作用，其理论框架经历了从经典模型（如Young方程、Wenzel和Cassie-Baxter模型）向拓扑润湿态的演进。拓扑理论通过表面形态、能量景观与液体行为的动态关联，实现了对可编程液滴传输、自适应排斥等功能的预测性设计，为智能润湿表面（如微流控芯片和生物传感器）提供了新范式。

飞秒激光技术

飞秒激光技术诞生于1980年代初，以其超短脉冲（10^?15 s）和超高峰值功率密度（10¹²–10¹⁵ W/cm²）为核心特征。该技术具备无掩模加工、亚微米级精度、多材料兼容性和常温常压操作等优势，可直接在金属、聚合物、陶瓷等表面构建复杂微纳结构。通过调控激光参数（如脉冲能量、扫描速度、重复频率），可实现表面孔隙、锥状阵列、分级粗糙度等拓扑特征的精确控制，同时诱导表面化学改性（如氧化、晶格畸变），从而调控表面能分布与润湿行为。

超润湿材料的应用前沿

工业制造领域

飞秒激光制备的超疏水表面可用于自清洁（Self-Cleaning）光伏面板、防冰（Anti-Icing）航空涂层、耐腐蚀（Corrosion Resistance）船舶结构；超亲水表面则用于高效冷凝传热、微流体控阀等。其中，油水分离膜通过疏水亲油特性实现工业废水处理，分离效率超99%。

生物医学工程

超润湿界面在微流控芯片（Microfluidic Devices）中实现无泵液滴驱动，用于高通量单细胞分析；抗菌表面（Antimicrobial Surfaces）通过微纳结构物理刺穿细菌膜，结合疏水特性抑制生物膜形成；仿生组织支架利用亲水图案引导细胞定向生长，促进创伤修复。

环境修复

仿沙漠 beetle 的集雾表面（Fog Harvesting Surfaces）通过亲疏水交替图案高效捕获空气中的水分，适用于干旱地区水资源收集；超亲水光催化涂层可降解有机污染物，结合微结构增强光吸收效率，用于大气与水体的净化。

技术挑战与未来展望

当前飞秒激光加工仍面临效率低、结构稳定性不足等问题。未来需突破原子尺度缺陷对表面能各向异性的影响机制，发展跨尺度建模工具，推动动态润湿理论与智能材料系统的融合，最终实现按需润湿切换、多功能集成的新一代界面材料。