水，是我们星球生命的源泉，但有时也可能是我们最大的敌人——尤其是在与金属相互作用时。空气中的湿气会引发金属表面的锈蚀，而结冰的水则会让某些金属暂时变得毫无用处，例如冰冻的飞机机翼。
因此，许多人一直在寻找使金属疏水——或排斥水——的方法，通常是通过涂覆化学添加剂来实现。纽约罗切斯特大学的研究人员表示，他们发现了一种更有效的方法，可以使金属对水的“把戏”具有免疫力：只需用激光照射它们。
罗切斯特大学光学和物理学教授 Chunlei Guo 博士多年来一直在研究激光爆轰对金属材料的影响，他曾使用激光束使金属亲水，从而吸引水。现在，Guo 和他的同事 Anatoliy Voroyev 已经实现了反向操作，他们找到了一种方法，利用短脉冲高强度激光爆发来改变金属表面的结构。结果是：一种高度疏水的金属。
激光产生的能量大约与整个北美电网的能量相当。
“当你用短激光脉冲照射金属表面时，它会将光滑的金属表面转变为高度结构化的表面，覆盖着各种微米和纳米级别的结构，”Guo 解释说。“而这些结构具有不同的疏水性能。”
这种转变的关键在于激光的功率。Guo 和 Voroyev 只将激光照射在金属表面一飞秒；这是一万亿分之一秒。但高强度激光非常强大，在如此短的时间内，它产生的能量约等于整个北美电网的能量。巨大的热量和能量极大地改变了金属，产生了表面的微小结构。
“如果你在高倍显微镜下观察这种新金属表面，你会发现它们具有分级结构，”Guo 说。“有微米级的团簇，并且在微米团簇之上，还有纳米级的结构。它们在纳米尺度上看起来像一朵云，有很多突起和凹陷。”
请观看下面的视频，了解疏水金属如何排斥水。
Guo 表示，这种将金属转化为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现有的涂层都更能排斥水。对于特氟龙涂层的金属表面，例如普通的防粘锅，需要倾斜 70 度才能清除表面的水。而对于这些激光增强的金属，仅需 5 度的倾斜角就足以让水滑落。
此外，激光技术不需要任何额外的成分。特氟龙在加热时会分解并从金属表面脱落。一些研究将这种退化与人类和鸟类的健康问题联系起来。但是，Guo 的金属转变不是暂时的，也不会剥落；激光从根本上改变了它们的结构。“这种疏水结构是我们金属表面的固有特性，”Guo 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多种应用，而不仅仅是更容易烹饪炒鸡蛋。这些金属不会腐蚀，能保持更长时间的坚固，并带来了许多交通方面的益处，例如确保汽车或飞机机翼上不会结冰。即使是船只，使用这些材料也能变得更快；用疏水金属建造的船体可以减少海水中的水摩擦和阻力。
但更重要的是，Guo 对这种金属在发展中世界的应用感到兴奋。疏水金属可以长时间保持清洁，而无需大量水冲洗污垢。研究人员通过将灰尘颗粒撒在激光处理过的金属上进行了测试，观察到仅用几十滴水就清除了所有污垢。这种自洁性能对于保持发展中国家厕所的清洁非常有帮助，因为在这些地区，清洁的水非常稀缺。
“我们对应用这种疏水表面来防止水污染感到非常兴奋，”Guo 说。“如果你不让水粘附在表面上，那么含有微生物和生物材料的水也无法在表面生存，从而保持该区域的清洁。”
然而，Guo 的这项技术在实现大规模生产之前仍有一段路要走。制造一块 1 英寸 x 1 英寸的疏水金属需要一小时的激光照射。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。
研究人员已将他们的工作发表在《应用物理学报》上。
