Underwater transportation of bubbles and gases has essential applications in manipulating and using gas, but achieving this function at the microscopic level remains a significant challenge. Here, we report a strategy to self-transport gas in water along a laser-induced open superhydrophobic microchannel with a width less than 100 μm. The femtosecond laser can directly write superhydrophobic and underwater superaerophilic microgrooves on the polytetrafluoroethylene (PTFE) surfaces. In water, the single laser-induced microgroove and water medium generate a hollow microchannel. When the microchannel connects two superhydrophobic regions in water, the gas spontaneously travels from the small region to the large area along this hollow microchannel. Gas self-transportation can be extended to laser-drilled microholes through a thin PTFE sheet, which can even achieve anti-buoyancy unidirectional penetration. The gas can overcome the bubble’s buoyance and spontaneously travel downward. The Laplace pressure difference drives the processes of spontaneous gas transportation and unidirectional bubble passage. We believe the property of gas self-transportation in the femtosecond laser-structured open superhydrophobic and underwater superaerophilic microgrooves/microholes has significant potential applications related to manipulating underwater gas.

将光催化活性与超疏水性相结合，一方面通过超疏水作用将污染物通过水珠滚动带走，另一方面通过光催化作用将有机污染物去除，有望具有更好的自清洁效果。通过溶液浸涂法在多孔铝表面涂覆三烷氧基端聚二甲基硅氧烷/二氧化钛(PDMS/TiO2)涂层(APT)。红外光谱和X射线光电子能谱表明TiO2和PDMS之间形成新的键(Ti-O-Si)。扫描电子显微镜和能谱分析结果表明：表面的片层错层结构和低表面能组分PDMS使APT具有超疏水性。APT静态水接触角为161.6°，滚动角小于10°。此外，该涂层在紫外持续照射24 h接触角仍然大于150°，说明APT具有稳定的超疏水性。同时，APT具有光催化活性，可降解和去除表面有机物染料小分子。

以激光加工工艺为基础,仿照荷叶超疏水表面对聚偏氟乙烯薄膜进行加工,实现了具有微结构、低表面能的超疏水聚偏氟乙烯表面,该方法简便且不涉及化学试剂。实验结果表明,激光处理后的聚偏氟乙烯薄膜表面具有类似荷叶表面的微乳突结构,碳元素与氟元素的含量(原子数分数)比由1.2提高至11.5。聚偏氟乙烯薄膜的水滴接触角约为82°,激光处理过的聚偏氟乙烯薄膜的水滴接触角约为150°,这表明经激光处理后的聚偏氟乙烯材料具有超疏水特点。

双面神亲/疏膜可用于实现水下气泡的单向运输,在学术研究和工业应用中具有重要的意义。利用纳秒脉冲激光打孔,并结合加热改性工艺,在锌箔上下表面制备出锥形微孔阵列。通过控制激光加工参数,研制出双面神锌箔,其上下表面具有不同的粗糙度和微观结构,并开展了水下气泡单向运动特性研究。通过能谱仪(EDS)对双面神锌箔表面的化学成分进行了分析,结果表明,锌箔上表面的润湿性变化主要归因于激光打孔和加热处理中亲水性羟基的吸附和解吸作用。利用高清工业相机观测水下气泡的动态行为,发现气泡可以在0.6 s内从疏气面渗透到亲气面,但在相反方向则会被堵塞。研究结果显示,在一定范围内,脉冲激光能量的增加不仅可以增大锌箔表面的微孔尺寸并改善锌箔表面疏水性,还可以显著提高气泡的运输速率,气泡在双面神锌箔中的运输特性主要归因于表面微纳结构和化学成分的共同作用。研究结论可为超高速气泡捕捉、输送、收集和气液分离等领域的先进材料设计提供参考。

利用皮秒激光器在镍铝青铜合金表面制备了具有不同微观形貌的微纳米复合结构,再通过硬脂酸进行表面修饰。采用扫描电镜和X射线衍射仪等表征了所得表面的形貌和化学成分。研究结果表明,经皮秒激光加工和硬脂酸修饰后,表面的接触角都达到150°以上。不同的脉冲能量密度下,试样表面的微观形貌和润湿性不同。随着脉冲能量密度的增大,修饰后的试样表面的滚动角逐渐减小,当脉冲能量密度为6.85 J/cm ²时,滚动角减小到7°,随着脉冲能量密度的进一步增加,滚动角又逐渐增大。耐蚀性测试结果表明:超疏水镍铝青铜合金表面具有更好的耐腐蚀性能。采用优化的工艺参数可以在镍铝青铜合金上加工出超疏水表面,有助于提高其耐腐蚀性能。

提出一种利用线偏振飞秒脉冲激光制备超疏水钛表面的方法。利用飞秒脉冲激光在钛片上辐照扫描诱导出表面微纳结构，以提高钛表面的粗糙度，并结合低表面能物质的超声处理得到具有超疏水特性的钛表面。通过改变飞秒脉冲激光辐照的能流密度来改变钛表面的粗糙度，得到不同润湿性能的钛表面。将制备的疏水和超疏水钛表面在大气环境中放置三个月，并对其表面润湿性能进行测量，结果表明，与三个月前相比，其表面润湿性能基本保持不变，即制备的钛表面具有稳定的疏水和超疏水性。

超疏水自清洁荷叶结构表面有重要应用潜力。运用高功率皮秒激光结合高速扫描振镜，在H13模具钢表面高效制备了密排六方点阵微米级凹坑，其中含有丰富的纳米级亚结构，获得了面积为25 mm×25 mm的反荷叶结构。将该结构用于超疏水微纳米压印模板，在165 ℃、6 MPa、大气环境中进行硅橡胶压印，获得大面积微米级突起阵列，表面分布着纳米级亚结构，与荷叶结构十分相似。压印后硅橡胶表面接触角达到153.3°，接触角滞后值为3.2°，实现了超疏水性。皮秒激光制备的模板能进行连续压印，具有一定的耐久性和连续压印能力。

为了寻求激光加工的最佳工艺参量，采用纳秒激光在人工心脏瓣膜材料热解碳的表面加工微细结构，分析脉冲能量、激光扫描次数、脉宽、扫描速率、扫描间距对热解碳消熔规律的影响。根据热解碳的消熔规律构建了3种微结构模型；根据经典超疏水Cassie理论，分析了热解碳表面发生超疏水的条件，计算出在单位面积上，经硅烷化的热解碳表面微结构占总面积的百分数小于20%，表面就可产生超疏水性。以表面接触角值为实验指标，采用正交实验法优化出了激光诱导热解碳表面周期性结构的最佳实验方案，设计了6组实验参量，成功地在热解碳表面构建了凹坑阵列、平行光栅、乳突阵列微结构。结果表明，6种微结构表面硅烷化后都具备超疏水性。这对制备具有抗凝血性的人工心脏瓣膜表面具有很大帮助。