综述：极端润湿金属器件：结构、制备、应用与展望

这篇综述系统阐述了极端润湿（Extreme Wetting）金属器件的理论框架、制备技术（如增材/减材制造）及工程应用，重点探讨了超疏水（CA>150°）和超亲水（CA<10°）表面的仿生设计原理（Young/Wenzel/Cassie-Baxter模型）、表面改性技术（化学蚀刻、激光雕刻等）及其在防腐（anti-corrosion）、防冰（anti-icing）、自清洁（self-cleaning）等领域的突破性应用，为多功能金属器件开发提供了前瞻性指导。

　　

极端润湿金属器件的理论基础

表面润湿行为由静态水接触角（SWCA）定量表征。Young方程（cosθ=(γ_sol-gas
-γ_sol-liq
)/γ_liq-gas
）奠定了光滑表面润湿性分析的基石，而Wenzel和Cassie-Baxter模型进一步揭示了粗糙表面对液滴行为的调控机制——前者假设液体完全填充微结构（增强润湿），后者则通过气垫形成复合接触（实现超疏水）。自然界中荷叶（lotus effect）、蜘蛛丝等生物结构为仿生设计提供了灵感来源。

微结构制备技术

减材制造（如激光蚀刻、等离子处理）通过精准去除材料构建微纳米级粗糙度，而增材制造（3D打印）则通过逐层堆叠实现复杂结构可控生长。例如，激光蚀刻可在钛合金表面制备多级蜂窝状结构，使接触角达162°；电化学沉积则能生成纳米线阵列，赋予铝基材超亲水特性（CA≈5°）。

表面改性策略

化学修饰（如氟硅烷涂层）可降低表面能，而物理构建（如多孔金属支架）则利用毛细效应增强液体吸附。最新研究将聚合物支架嵌入微结构（如PDMS@SiO₂
复合涂层），既保持超疏水性（CA>160°），又提升机械耐磨性（经500次摩擦后CA仅下降8°）。

工程应用突破

• 防腐领域：超疏水铝合金船体通过气垫屏障隔绝Cl^-
  侵蚀，使腐蚀速率降低90%；
• 防冰场景：飞机引擎进气口采用仿鲨鱼皮微沟槽设计，延迟结冰时间达40分钟；
• 生物医学：超亲水钛合金骨植入体促进细胞粘附，而超疏水导管可减少血栓形成。

挑战与展望

当前瓶颈包括复杂环境下的耐久性（如紫外线老化）和规模化生产成本。未来或将开发光热响应智能表面，通过近红外调控实现润湿性动态切换，为海洋工程、微流控芯片等领域带来革新。