CN115008018B - 飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法 - Google Patents

飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法 Download PDF

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Abstract

一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法，包括实验预处理、基于飞秒激光进行材料表面织构化处理、稀土金属氧化物纳米物性修饰下的机械耐用性增强和本征疏水性初步改性以及温控时效下超疏水极端浸润特性的调制等步骤；本发明在充分发挥飞秒激光在微纳复合结构化表面制备的高灵活性、可重复性、高的适用性、极高的分辨率以及可以对结构进行可程序化设计与制造等优势的同时，结合结构的仿生设计与稀土金属氧化物本征疏水、化学性质稳定和耐磨性强等特性，来实现具有良好机械耐用性即耐磨损性能和耐摩擦性能的稳定、耐用超疏水表面的绿色、高效、可控性良好地调控与制备，对超疏水表面转向实际工业化、产业化大规模应用有着显著优势。

Description

飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法
技术领域
本发明涉及超疏水功能性表面调控制备技术领域，具体涉及一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法。
背景技术
超疏水表面由于其独特的疏水性能以及表面功能特性如粘附性调节等在对流传热、流体减阻、耐腐蚀增强等方面表现出显著的潜在价值，被广泛应用于航天航海、细胞工程以及化工能源等领域。
目前，基于材料特性进行制备超疏水表面的方法已经被广泛研究，总体来讲，可以被分为涂覆沉积法、刻蚀法和模板法。其中，基于涂覆沉积原理下的制备方法如粉末喷涂法、相沉积法、电化学沉积法等超疏水涂层制备策略存在容易在涂覆沉积表面产生裂纹和气泡等损伤造成其本征力学性能下降且涂层和基底界面间的结合力往往不足而容易失效脱落等技术缺陷；相应地，作为刻蚀法中常用的化学刻蚀调制策略使得基底表面粗糙度改善的微/纳结构多为随机杂散的、难以针对表面耐用性和稳定性等技术性缺陷进行结构可程序化本征设计而导致其在本征综合力学性能等耐用性方面存在先天缺陷，并且不适用于陶瓷等稳定性很强或金刚石等硬度过大的材料而使得其应用受限；同时基于模板法的超疏水表面制备虽然能够实现微结构的可程序化设计，有助于从结构化表面本身弥补一定的耐用性损失，但其存在母板上的结构由于基底与母板贴合不紧密而造成结构不能完全复制等以至于基底表面本身存在内应力集中等缺陷而影响其耐用性和稳定性。
基于上述方法中所存在的不同程度上耐用性和稳定性不足等问题，会使得超疏水表面在受到外部激励如一定动载荷下的摩擦磨损等时造成表面粗糙度改善结构或低表面能物性修饰层遭到破坏，最终导致表面超疏水特性损失或彻底丧失，使其转向实际应用和工业化、产业化大规模生产制造受到限制。此外，上述方法还存在调控制备效率低下、污染环境以及工序复杂等超疏水表面制备劣势，使其大规模应用于工程技术难题解决的进程也受到阻碍。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法，能够在充分发挥飞秒激光在微纳复合结构化表面制备的高灵活性、可重复性、高的适用性、极高的分辨率以及可以对结构进行可程序化设计与制造等优势的同时，结合结构的仿生设计与稀土金属氧化物本征疏水、化学性质稳定和耐磨性强等特性，来实现具有良好机械耐用性即耐磨损性能和耐摩擦性能的稳定、耐用超疏水表面的绿色、高效、可控性良好地调控与制备，这将对超疏水表面转向实际工业化、产业化大规模应用有着显著优势。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法，包括实验预处理、基于飞秒激光进行材料表面织构化处理、稀土金属氧化物纳米物性修饰下的机械耐用性增强和本征疏水性初步改性以及温控时效下超疏水极端浸润特性的调制等步骤。
所述的实验预处理，包括以下步骤：
首先，依照仿生制造原则，以具有本征耐用性的生物组织表面结构为原型结合理论分析进行具有本征综合力学性能和超疏水极端浸润性实现优势的结构设计；
同时，根据实际功能应用和技术工况需求选择所需的材料基底；
其次，对材料基底进行表面抛光处理；
最后，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波浴15min，同时利用氮气进行干燥处理。
所述的基于飞秒激光进行材料表面织构化处理，包括以下步骤：
1)根据所需要调控制备的结构类型设定所需要的飞秒激光输出端相关参量如激光重复频率、激光单脉冲能量、激光扫描速度和激光扫描间距等；
2)进行飞秒激光微纳加工制造光学系统的光束质量和激光平均功率标定，并同时进行相应光学元件的调整以保证光束的传播、焦平面位置的正确性以及能够满足调控制备的灵活性调整需求；所有微纳复合结构化表面均在激光焦点处进行调控制备；
3)在飞秒激光微纳加工制造系统的集成控制软件的交互窗口进行加工路径的设计与加工位姿的调整；
4)以集成控制系统操作飞秒激光输出激光并由振镜进行所设计加工轨迹路径的高速扫描，具体地，依次沿X方向、Y方向按序单次逐行扫描且X-Y交叉扫描为一个周期，重复N次，N为根据工况需求、结构类型和结构尺寸特征进行选择和设定的，此时所获得的微纳复合结构化表面呈现亲水/超亲水特性；
5)对完成微纳复合结构化表面构筑的材料基底进行去离子水超声波浴15min，为后续工艺处理做准备。
所述的稀土金属氧化物纳米物性修饰下的机械耐用性增强和本征疏水性初步改性，包括以下步骤：
以稀土金属氧化物如氧化铈、氧化镧等为溅射靶材，通过磁控溅射系统对已获得微纳复合结构化表面的材料基底进行溅射处理以达到表面机械耐用性物性修饰的目的，具体溅射修饰层膜厚需要依据微纳复合结构化表面纳米结构的尺寸特征以及工况需求进行选择。
所述的温控时效下超疏水极端浸润特性的调制，包括以下步骤：
将经飞秒激光织构化和稀土金属纳米物性修饰综合调控制备的具有机械耐用性微纳复合结构化疏水性表面置于真空恒温干燥箱中，施以温度为110℃～200℃、时效处理时间为3h～6h的温控时效处理工艺，使其转变为超疏水极端浸润性功能表面。经过上述设计方法与工艺规程的综合调制后，即可获得兼具超疏水极端浸润特性和良好机械耐用性的双效应性能微纳复合结构化功能性表面。
所述的具有本征耐用性的生物组织表面结构原型结合理论分析为结合有限元仿真和多角度浸润性接触仿真数学模型建立下的耦合理论研究。
所述的材料基底为铜、铝及其合金、钛及其合金、不锈钢等金属材料以及氮化铝和氧化铝等陶瓷材料，或是聚四氟乙烯等一些耐高温的聚合物材料。
所述的结构类型为圆锥微纳复合结构、棱锥微纳复合结构、黏连微纳复合结构、锥脊微纳复合结构、互连拓扑微纳多级复合结构以及仿生盾鳞结构等复杂多层次微纳复合结构。
所述的微纳复合结构采用交叉栅格激光扫描轨迹路径下的激光直写工艺制备技术，或采用基于微纳复合结构化表面进行调制的激光烧蚀、激光诱导、激光原位沉积以及激光清洗等工艺制备技术。
所述的基于磁控溅射下的稀土金属氧化物纳米物性修饰具体为：采用磁控溅射依次对微纳复合结构化表面进行50nm、70nm以及90nm的物性修饰层厚度调制，完成了机械耐用性二次增强，并且此时微纳复合结构化表面获得了疏水特性的初步浸润性转变。
所述的稀土金属氧化物包括镧系元素等具有本征疏水特性、化学稳定性、耐磨损特性在内的所有稀土元素金属氧化物，如氧化铈、氧化镧等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
首先，本发明中的结构是基于仿生制造理念进行有限元仿真和浸润性接触仿真等理论耦合分析下所设计的结构，具有综合耐用性和超疏水极端浸润特性双效应性能实现的本征优势；其次，基于飞秒激光微纳加工制造系统进行微纳复合结构化表面的调控制备，可以定量精确一步制备具有微米结构和纳米结构多尺度复合的复杂多层次结构化表面、且可重复性、可操控性显著增强，同时能够实现结构的可程序化定量调制；再次，经稀土金属氧化物纳米物性修饰工艺调控制备后可以实现表面疏水性初步转变和机械耐用性即耐磨损性能和耐摩擦性能的二次增强，对后续提高超疏水表面稳定性和耐用性有着显著“催化”效应；最后，综合真空环境下温控时效处理工艺可以在最低温度为110℃处理3h的工艺规程下实现超疏水极端浸润表面的高效和绿色调制。此外，基于稀土金属氧化物本征化学稳定性的优势，经上述制备工艺所获得的超疏水表面在机械耐用性增强的同时也能够获得化学耐用性增益的效果如耐高温、耐酸碱腐蚀以及耐盐水盐雾腐蚀等。
本发明相较于传统氟化修饰而言，磨损率降低56.5％左右、峰值摩擦系数降低5.5％左右、摩擦磨损至裸露基底的时间提升了995.8％左右，最终实现了具有本征双效应性能实现优势的互连拓扑结构等超疏水和机械耐用性兼具功能性表面制备；整个制备过程以理论研究指导工艺规程，以实验研究验证与修正理论分析，具有完整的设计与制备应用体系；成本低廉、工艺流程简单、可控性较好，不引入额外的化学试剂进行低表面能修饰，对环境几乎实现“零污染”且明显增强了材料基底的超疏水特性和机械耐用性，为将极端浸润性表面转向实际应用以解决工程技术问题提供了一条有效途径。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明实施例1仅经抛光处理下的材料基底、经飞秒激光织构化处理的样品基底以及经飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰和温控时效处理所获得的微纳复合结构化表面微观形貌SEM图，其中图a1)～a4)为放大倍率依次为90、220、400和1.20k时仅经抛光处理下的材料基底微观形貌SEM；图b1)～b4)为放大倍率依次为1.50k、2.50k、4.50k和10.00k时经飞秒激光织构化处理的互连拓扑微纳复合结构化表面微观形貌SEM；图c1)～c4)为放大倍率依次为1.30k、2.50k、4.50k和10.00k时经飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰50nm膜厚-温控时效处理综合调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面微观形貌SEM；图d1)～d4)为放大倍率依次为1.30k、2.50k、4.50k和10.00k时经飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰70nm膜厚-温控时效处理综合调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面微观形貌SEM；图e1)～e4)为放大倍率依次为1.30k、2.50k、4.50k和10.00k时经飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰90nm膜厚-温控时效处理综合调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面微观形貌SEM。
图3为本发明实施例1进行耐用性超疏水表面制备过程中材料基底浸润性转变以及基于传统氟化沉积C4F8的浸润性结果示意图，其中图a)为仅抛光2024铝合金基底的本征静态接触角；b)为仅经飞秒激光织构化所获得的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；c)为经飞秒激光织构化和传统氟化沉积C4F8所获得的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；d)为经飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰50nm膜厚时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；e)为飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰70nm膜厚时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；f)为飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰90nm膜厚时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；g)为飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰50nm膜厚-110℃、5.5h温控时效处理调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；h)为飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰70nm膜厚-110℃、5.5h温控时效处理调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角；i)为飞秒激光织构化-氧化铈纳米物性修饰90nm膜厚-110℃、5.5h温控时效处理调控时的互连拓扑微纳复合结构化表面静态接触角。
图4为本发明实施例1中2024铝合金在不同物性修饰下的互连拓扑微纳复合结构化功能性表面的耐磨损性能对比结果示意图。
图5为本发明实施例1中2024铝合金在不同物性修饰下的互连拓扑微纳复合结构化功能性表面的耐摩擦性能对比结果示意图。
图6为本发明实施例2～6中的2024铝合金微纳复合结构化表面的复杂多层次微纳复合结构微观形貌SEM示意图，其中a1)～a3)为圆锥微纳复合结构放大倍率依次为450、1.20k、2.00k时的微观形貌SEM图；b1)～b3)为棱锥微纳复合结构放大倍率依次为450、1.20k、2.00k时的微观形貌SEM图；c1)～c3)为菱形锥脊微纳复合结构放大倍率依次为450、1.20k、2.00k时的微观形貌SEM图；d1)～d3)为方形锥脊微纳复合结构放大倍率依次为450、1.20k、2.00k时的微观形貌SEM图；e1)～e3)为黏连微纳复合结构放大倍率依次为450、1.20k、2.00k时的微观形貌SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细地说明。
实施例1，如图1所示，一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法，包括以下步骤：
1)首先选用面积为20×20mm2、厚度为3mm厚的2024铝合金基底作为加工对象，2024铝合金材料的组成为硅(Si)0.50、铁(Fe)0.50、铜(Cu)3.8～4.9、锰(Mn)0.30～0.90、镁(Mg)1.2～1.9、铬(Cr)0.10、锌(Zn)0.25、钛(Ti)0.15以及铝(Al)余量，其未经加工处理的微观形貌如图2中a1)～a4)所示，且其本征静态接触角为82.821°±0.550°，如图3中a)所示；
2)基于仿生制造原则，结合有限元静力学仿真和多尺度浸润性接触数学模型建立下的耦合理论研究，进行互连拓扑结构具有最佳机械耐用性和超疏水双效应性能的相关尺寸特征设计；
3)对2024铝合金基底进行表面抛光处理，随之依次利用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗15min，并用氮气进行干燥处理；
4)基于飞秒激光微纳加工制造系统，设定所需的相关激光参量，并设定激光加工扫描轨迹路径为栅格交叉扫描，同时进行光束质量和平均功率标定、光学元器件调整以保证飞秒激光的光斑圆度和能量分布均匀，并且使得抛光2024铝合金基底置于焦平面处进行调控制备；具体地，此项工艺规程中所采用的激光扫描间距为35μm、激光平均功率为1.19W～2.70W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为340mm/s～400mm/s、激光扫描次数为10～15次；
5)在完成工艺参量的设定后，以集成控制系统操作飞秒激光输出激光并由振镜按照所设计加工轨迹路径进行扫描加工，具体地，依次沿X方向、Y方向按序单次逐行扫描且X-Y交叉扫描为一个周期，重复N次(N为根据工况需求、结构类型和结构尺寸特征进行选择和设定的，此处为12次)，此时所获得的微纳复合结构化表面呈现静态接触角为66.178°的亲水特性，如图3中b)所示；且此时获得的微纳复合结构为由孔洞-凸起交错阵列分布组成并富集有纳米颗粒的复杂多层次微纳复合结构即互连拓扑结构，如图2中b1)～b3)所示；同时利用去离子水对2024铝合金互连拓扑微纳复合结构化表面进行超声波浴15min并使用氮气进行干燥；
6)在获得互连拓扑微纳复合结构化表面的基础上，选择氧化铈为纳米物性修饰介质，通过磁控溅射的方式分别修饰膜厚为50nm、70nm、90nm的氧化铈纳米物性修饰层，其微观形貌如图2中c)～e)所示，且此时其相应的接触角为131.689°、110.184°和108.905°，如图3中d)～f)所示；在此工艺规程下，一方面使其表面浸润性由亲水状态转变为疏水状态，另一方面其表面机械耐用性即耐磨损特性和耐摩擦性能得到了二次增强；
7)将获得初步疏水性转变和机械耐用性二次增强的互连拓扑微纳复合结构化表面置于真空恒温干燥箱中进行110℃～5.5h的温控时效处理，膜厚分别为50nm、70nm、90nm的疏水表面完成了超疏水极端浸润特性的获得，静态接触角分别为170.608°、170.277°和170.152°,如图3中g)～i)所示。
将步骤5)中所获得的互连拓扑微纳复合结构化表面进行传统氟化沉积C4F8以作为对照组，来比较本发明方法和典型传统超疏水表面获得方法的优势，且为后续机械耐用性能表征进行准备；此时所获得的超疏水表面静态接触角为168.241°，如图3中c)所示，表明本发明方法具有明显超疏水极端浸润特性获得优势；
分别将仅抛光2024铝合金基底、激光织构化处理基底、激光织构化-氟化沉积处理的表面、激光织构化-温控时效综合调控的表面、激光织构化和氧化铈纳米物性修饰-温控时效的超疏水表面在UMT-2型CETR摩擦磨损试验机下进行耐磨损性能和耐摩擦性能的机械耐用性表征，结果如图4和5所示；结果表明，本发明方法下所制备的超疏水表面表现出明显的机械耐用性提升即磨损率、摩擦系数以及磨损至完全暴露基底表面的时间均为不同物性修饰方法下性能最佳的，具体地，相较于传统氟化修饰而言，磨损率降低56.5％左右、峰值摩擦系数降低5.5％左右、摩擦磨损至裸露基底的时间提升了995.8％左右。
本实施例的有益效果为：本发明结构是基于仿生制造理念进行有限元仿真和浸润性接触仿真等耦合理论分析下所设计的互连拓扑结构，具有综合耐用性和超疏水极端浸润特性双效应性能实现的本征优势；其次，基于飞秒激光微纳加工制造系统可以实现可程序化定量精确一步制备具有微米结构和纳米结构多尺度复合的复杂多层次互连拓扑微纳复合结构化表面，且具有明显的可重复性、可操控性；再次，经氧化铈纳米物性修饰工艺调控制备后可以实现表面疏水性初步转变和机械耐用性即耐磨损性能和耐摩擦性能的二次增强，对后续提高超疏水表面稳定性和耐用性有着显著“催化”效应；最后，综合真空环境下温控时效处理工艺可以在110℃-5.5h的工艺规程下实现超疏水极端浸润表面的高效和绿色调制。此外，基于氧化铈本征化学稳定性的优势，经上述制备工艺所获得的超疏水表面在机械耐用性增强的同时也能够获得化学耐用性增益的效果如耐高温、耐酸碱腐蚀以及耐盐水盐雾腐蚀等。
与此同时，相较于传统氟化修饰而言，其接触角均大于170°、磨损率降低56.5％左右、峰值摩擦系数降低5.5％左右、摩擦磨损至裸露基底的时间提升了995.8％左右，最终实现了具有本征双效应性能实现优势的互连拓扑微纳复合结构化超疏水和机械耐用性兼具功能性表面制备；整个制备过程以理论研究指导调制工艺规程，以实验研究验证与修正理论分析，且成本低廉、工艺流程简单、可控性较好，不引入额外的化学试剂而进行低表面能修饰，对环境几乎实现“零污染”且明显增强了材料基底的超疏水特性和机械耐用性，为将极端浸润性表面转向实际应用以解决工程技术问题提供了一条有效途径。
实施例2，将步骤4)中工艺参数调整为：激光扫描间距为35μm、激光平均功率为2.60W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为35mm/s或60mm/s、激光扫描次数为15或20次，同时将步骤7)中温控时效参数调整为150℃～5h，可以获得圆锥微纳复合结构化表面，其微观形貌如图6中a1)～a3)所示，其它步骤不变，后续再经氧化铈纳米物性修饰以及温控时效处理综合调控后，亦可实现具有超疏水特性和机械耐用性增强的功能性表面，可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果。
实施例3，将步骤4)中工艺参数调整为：激光扫描间距为35μm、激光平均功率为2.60W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为40mm/s～55mm/s、激光扫描次数为15次，同时将步骤7)中温控时效参数调整为150℃～5h，可以获得棱锥微纳复合结构化表面，其微观形貌如图6中b1)～b3)所示，其它步骤不变，后续再经氧化铈纳米物性修饰以及温控时效处理综合调控后，亦可实现具有超疏水特性和机械耐用性增强的功能性表面，可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果。
实施例4，将步骤4)中工艺参数调整为：激光扫描间距为35μm、激光平均功率为1.91W～2.40W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为45mm/s或55mm/s、激光扫描次数为20次，且调整激光光斑呈现椭圆形；同时将步骤7)中温控时效参数调整为150℃～5h，可以获得菱形锥脊微纳复合结构化表面，其微观形貌如图6中c1)～c3)所示，其它步骤不变，后续再经氧化铈纳米物性修饰以及温控时效处理综合调控后，亦可实现具有超疏水特性和机械耐用性增强的功能性表面，可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果。
实施例5，将步骤4)中所采用的工艺参数调整为：激光扫描间距为35μm、激光平均功率为1.91W～2.40W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为45mm/s或55mm/s、激光扫描次数为15～20次，同时将步骤7)中温控时效参数调整为150℃～5h，可以获得方形锥脊微纳复合结构化表面，其微观形貌如图6中d1)～d3)所示，其它步骤不变，后续再经氧化铈纳米物性修饰以及温控时效处理综合调控后，亦可实现具有超疏水特性和机械耐用性增强的功能性表面，可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果；
实施例6，将步骤4)中工艺参数调整为：激光扫描间距为35μm、激光平均功率为1.91W～2.40W、激光重复频率为100KHz、激光扫描速度为85mm/s～100mm/s、激光扫描次数为15～25次；同时将步骤7)中温控时效参数调整为150℃～5h，可以获得黏连微纳复合结构化表面，其微观形貌如图6中e1)～e3)所示，其它步骤不变，后续再经氧化铈纳米物性修饰以及温控时效处理综合调控后，亦可实现具有超疏水特性和机械耐用性增强的功能性表面，可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果。
其他实施例，可以将材料基底更换为铜等其他金属或聚四氟乙烯或陶瓷材料进行相应工艺规程中参数化调整，也可以获得与实施例1近似的耐用性增强和超疏水双效应性能效果。

Claims (4)

1.一种飞秒激光复合稀土纳米修饰制备耐用超疏水表面的方法，其特征在于：包括实验预处理、基于飞秒激光进行材料表面织构化处理、稀土金属氧化物纳米物性修饰下的机械耐用性增强和本征疏水性初步改性以及温控时效下超疏水极端浸润特性的调制步骤；
实验预处理包括以下步骤：
首先，依照仿生制造原则，以具有本征耐用性的生物组织表面结构为原型结合理论分析进行具有本征综合力学性能和超疏水极端浸润性优势的结构设计；
同时，根据实际功能应用和技术工况需求选择所需的材料基底；
其次，对材料基底进行表面抛光处理；
最后，依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声波浴15 min，同时利用氮气进行干燥处理；
稀土金属氧化物纳米物性修饰下的机械耐用性增强和本征疏水性初步改性包括以下步骤：
以稀土金属氧化物为溅射靶材，通过磁控溅射系统对基于飞秒激光进行材料表面织构化处理已获得微纳复合结构化表面的材料基底进行溅射处理以达到表面机械耐用性物性修饰和疏水性初步改性的目的，具体溅射修饰层膜厚需要依据微纳复合结构化表面纳米结构的尺寸特征以及工况需求进行选择；
温控时效下超疏水极端浸润特性的调制包括以下步骤：
将经飞秒激光织构化和稀土金属纳米物性修饰综合调控制备的具有机械耐用性微纳复合结构化疏水性表面置于真空恒温干燥箱中，施以温度为110℃~200℃、时效处理时间为3 h~6 h的温控时效处理工艺，使其转变为超疏水极端浸润性功能表面；
所述的生物组织表面结构原型结合理论分析为结合有限元仿真和多角度浸润性接触仿真数学模型建立下的耦合理论研究；
基于飞秒激光进行材料表面织构化处理得到的结构类型为圆锥微纳复合结构、棱锥微纳复合结构、黏连微纳复合结构、锥脊微纳复合结构、互连拓扑微纳多级复合结构以及仿生盾鳞结构的复杂多层次微纳复合结构；
所述的稀土金属氧化物包括镧系元素的具有本征疏水特性、化学稳定性、耐磨损特性在内的所有稀土元素金属氧化物；同时依次对微纳复合结构化表面进行50 nm、70 nm和90nm的稀土金属氧化物纳米修饰层厚度调制，完成机械耐用性二次增强，且此时微纳复合结构化表面获得疏水特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于飞秒激光进行材料表面织构化处理包括以下步骤：
1）根据所需要调控制备的结构类型设定所需要的飞秒激光输出端相关参量；
2）进行飞秒激光微纳加工制造光学系统的光束质量和激光平均功率标定，并同时进行相应光学元件的调整以保证光束的传播、焦平面位置的正确性以及能够满足调控制备的灵活性调整需求；所有微纳复合结构化表面均在激光焦点处进行调控制备；
3）在飞秒激光微纳加工制造系统的集成控制软件的交互窗口进行加工路径的设计与加工位姿的调整；
4）以集成控制系统操作飞秒激光输出激光并由振镜进行所设计加工轨迹路径的高速扫描，依次沿X方向、Y方向按序单次逐行扫描且 X-Y交叉扫描为一个周期，重复N次，N为根据工况需求、结构类型和结构尺寸特征进行设定的，此时所获得的微纳复合结构化表面呈现亲水/超亲水特性；
5）对完成微纳复合结构化表面构筑的材料基底进行去离子水超声波浴15 min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的材料基底为铜、铝及其合金、钛及其合金、不锈钢的金属材料以及氮化铝和氧化铝的陶瓷材料，或是聚四氟乙烯耐高温的聚合物材料。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的微纳复合结构采用交叉栅格激光扫描轨迹路径下的激光直写工艺制备技术，或采用基于微纳复合结构化表面进行调制的激光烧蚀、激光诱导、激光原位沉积以及激光清洗的工艺制备技术。
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