飞秒激光：为金属披上超强防腐“铠甲”

作者黄贝 段跃初

在科技日新月异的今天，我国科研领域再次传来令人振奋的消息。2024年11月10日，新华社发布消息，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的科研团队利用飞秒激光技术，在金属防腐领域取得了重大突破，为金属材料的应用和保护带来了全新的可能。

在我们的日常生活和工业生产中，金属无处不在。然而，金属的腐蚀问题却一直是个棘手的难题，它像一个无形的“杀手”，悄悄地侵蚀着金属制品的寿命和性能。为了对抗腐蚀，科学家们一直在探索各种方法，而超疏水性能的研究成为了其中的一个重要方向。

超疏水现象在自然界中并不罕见，就像我们熟知的荷叶。荷叶之所以能“出淤泥而不染”，就是因为其表面具有超疏水性。这种特殊的性质使得水滴在荷叶表面能够迅速滚落，带走污垢，保持叶面的清洁。受此启发，科研人员通过仿生手段，已经在多种材料上实现了人工超疏水功能。当金属表面拥有超疏水性能后，它就如同拥有了一层神奇的“护盾”，在自清洁、防腐、减阻和防冰等方面展现出显著的成效。这意味着，金属制品在复杂恶劣的环境中，能够更好地抵御外界因素的侵蚀，延长使用寿命，降低维护成本。

但是，实现金属表面超疏水性能的道路并非一帆风顺。当前，大部分金属表面实现超疏水性能的方法主要依赖于传统的粘附涂层方式。这种方式虽然在一定程度上能够实现超疏水效果，但却存在着严重的隐患。在实际应用中，这些粘附涂层很容易受到侵蚀性离子的渗透。随着时间的推移，这些侵蚀性离子就像一群“破坏分子”，会逐渐导致涂层分解、疏松和剥落。一旦涂层出现问题，超疏水化学耐久性就会显著下降，金属又会重新暴露在腐蚀的威胁之下。

面对这一难题，长春光机所微纳光子学与材料国际实验室杨建军团队展现出了非凡的创新能力。他们另辟蹊径，创造性地提出了利用飞秒激光元素掺杂微纳结构与循环低温退火相结合的研究方法。这种方法就像是一场微观世界里的“建筑工程”，科研人员在金属表面构建了一种以次晶相态为主导的仿生蚁穴状结构。这个独特的结构就像是一座精心设计的“堡垒”，成功实现了高效稳定的自启动超疏水效果。而且，值得一提的是，次晶相态的形成在这个过程中发挥了关键作用，它能够大幅度地提升超疏水稳定性，让金属表面的“护盾”更加坚固。

为了验证这一创新成果的有效性，科研人员进行了一系列严格的实验。他们将金属样品置于腐蚀性盐水环境中浸泡长达2000小时，这是一个相当漫长且苛刻的考验。然而，实验结果令人惊喜，经过长时间浸泡后，金属样品的表面依然能够保持良好的超疏水性能。这就好比一个战士在经历了无数次残酷战斗后，依然毫发无损。不仅如此，在经过强烈的电化学反应测试后，这种仿生蚁穴状结构展现出了尤为突出的耐腐蚀性能。而且，它还能承受住不同酸碱溶液浸泡、紫外辐射和冷冻循环等多种复杂苛刻环境的挑战。这一系列的实验结果充分证明了这一新技术在金属防腐领域的卓越性能。

这项研究成果的意义不仅仅局限于实验室中的成功。相关研究论文在国际知名期刊《先进材料》上发表，这意味着这一成果得到了国际科学界的广泛认可。它为全球范围内的金属防腐研究和应用提供了新的思路和方法。从更广泛的角度来看，这一技术在航空航天、海洋工程、汽车制造等众多领域都有着巨大的潜在应用价值。

在航空航天领域，金属部件需要在极端的温度、压力和辐射环境下工作。传统的防腐方法可能无法满足长期稳定的需求。而飞秒激光技术所带来的超疏水金属表面，可以有效地抵御太空环境中的各种侵蚀因素，提高航天器的可靠性和使用寿命，保障航天任务的顺利进行。

在海洋工程中，金属结构长期浸泡在海水中，面临着严重的腐蚀威胁。这种新型的防腐技术可以让海上钻井平台、船舶等金属结构更好地抵御海水的腐蚀，减少维修和更换的频率，降低成本，同时也有利于保护海洋环境，减少因金属腐蚀造成的污染。

在汽车制造领域，金属车身和零部件的腐蚀问题一直是影响汽车质量和寿命的重要因素。应用这一技术，可以使汽车在复杂的路况和气候条件下，保持良好的外观和性能，提高汽车的耐用性和二手价值。

总之，我国科研人员利用飞秒激光技术提升金属防腐蚀性的这一突破，是科学技术在材料保护领域的一次伟大胜利。它不仅展示了我国科研团队在前沿科技领域的创新能力，更为全球金属防腐事业注入了新的活力。随着这一技术的进一步发展和应用推广，我们有理由相信，未来金属制品将在更恶劣的环境中展现出更强大的生命力，为人类的生产生活和科技发展提供更坚实的支撑。这一研究成果就像一颗璀璨的星星，在科技的星空中闪耀着独特的光芒，引领着金属防腐技术朝着更先进、更可靠的方向不断前进。