液体在固体表面的铺展程度称为润湿性，这是由液体的内聚力和固体表面与液体之间的粘附力决定的。润湿的程度通常用接触角（θ）表示，当 0°<θ<90°时，表明液体可以铺展在固体表面。当 90°<θ<180°时，表明液体在固体表面不会铺展开。特别地，当水在固体表面的接触角>150°时，此表面被称为超疏水表面，同理，当 θ<10°时，此表面被称为超亲水表面。自然界中的物种为了适应生存环境，进化出各种完美的浸润性功能表面，实现与自然协调发展。例如荷叶表面的超疏水性使它具有自清洁效应，沙漠甲虫背部的亲疏相间结构使之适应沙漠的干旱环境，猪笼草表面的润滑特性提高了捕获昆虫的能力。这种极具潜力的浸润性表面吸引了科研人员的兴趣。
这些独特的功能归功于表面的微纳米结构。近年来，飞秒激光精细加工成为制备微纳米结构的重要方式。飞秒激光与物质相互作用时具有加工精度高，热效应小，被加工材料的变形小等优点。同时，作为一种快速高效地加工方式，其加工过程可编程化操控，操作简单，可以满足众多加工需求。最重要的是飞秒激光加工几乎不产生化学污染，属于环境友好型加工方式。因此，利用飞秒激光制备具有特殊浸润性功能的微纳米结构成为了研究热点。
近十几年来，特殊浸润性表面在液滴输运、油水分离、雾水收集、液滴操控防生物粘附和细胞培养等领域发挥了重要的作用。
（一）液滴无泵定向输运
超亲水表面上液体的无泵定向输运在芯片快速冷却（VC）、生物医学诊断、燃料电池水管理、电子产品（液体输运补充）等领域具有广泛的应用前景和研究价值。液滴无泵定向输运就是在没有外部能量辅助的前提下，液体自发进行的运动。目前的实现方法主要包括三个方面：毛细作用、加工特殊几何形状、制备浸润性梯度表面．我们的生活中存在着很多毛细现象，比如由于植物的毛细作用，地下水可以自下向上运输，为生长提供水源；由于海绵、纸巾等毛细作用，可以将水吸走；由于灯芯的毛细作用，可以将灯油吸到灯芯上端燃烧区域等等。手机芯片热管为封闭腔体，内部诸如液体（水），分为蒸发段，绝热段和冷凝段，蒸发段从芯片吸热，液体（水）吸收热量蒸发，传输到冷凝段，蒸汽放出热量冷凝为液体（水），水沿吸液芯（超亲水）回流到蒸发段，自动往复循环，实现热量传递。
（二）水的收集
大自然的生物为人们从空气中收集水提供了灵感源泉。生活在纳米布沙漠中的甲壳虫，它的疏水背部分布着一系列独特的亲水凸起。亲水区域捕捉雾气中的水分，疏水区域运输收集来的液滴。受到启发，研究出具有优异水收集效率仿生材料。一般情况下，在水收集过程中，为了使水滴能快速的从表面运输，通常采用超疏水基底制备（超）亲水-（超）疏水的集水材料。此项工作为制备绿色环保的仿生水收集材料为解决全球水资源短缺问题增添了新的思路。
特殊几何形状实现了水滴从纺锤节两端向纺锤节中间的定向运动，依照仙人掌刺的结构制备出具有锥状结构的材料，实现了水滴的无泵定向运输。猪笼草口缘表面水输运的特殊形成机制，表明了超浸润性是确保液体无动力定向输运的必要条件。
图2 自然界水滴定向运输现象
（三）玻璃防雾
超亲水表面与水分子间具有强烈的吸引力，水滴能够快速铺展，有利于带走表面污物和阻止滴状冷凝，从而具有自清洁和防雾的功能。
图3 一种超亲水光学增透膜
很多国家已开发出自清洁玻璃，并用于窗户、车窗后视镜、挡风玻璃和镜片等。除此之外，超亲水表面的防雾功能也为高湿环境下的可视化提供了解决思路
（四）油水分离
“双面神”（Janus）存在于古罗马的神话中，他的两副面孔分别代表着矛盾与对立。受此启发，研究人员将具有不同浸润特性的同一结构称为“Janus”结构。其中，最典型的生物代表为荷叶。研究人员发现荷叶的上下表面具有截然不同的浸润特性：暴露在空气中的上表面具有超疏水性（接触角约 153°），而与水面接触的下表面具有亲水性（接触角约 67°）。这种特殊的浸润特性有助于荷叶稳定地漂浮在水面上。目前，水资源匮乏和石油泄漏是当前亟需解决的问题。通过模仿生物结构制备的“Janus”表面提高了对雾水、油、气的收集能力，为解决自然环境中的问题提供了新的思路。
图4 “双面神”表面
含油污水广泛存在于石油、化工以及海洋运输等行业，有效的油水分离是解决含油污水污染问题的关键。利用材料的特殊润湿特性设计油水分离膜备受研究者的关注。早期的油水分离膜主要是超疏水超亲油膜，该类膜的亲油特性使油滴易吸附于膜的表面，不仅影响分离效率，且存在膜污染问题。而超亲水超疏油膜能够有效防止油滴的黏附，具有无污染、高效率及可重复使用的优点，是油水分离膜的主要发展方向。
近二十年来，飞秒激光制备特殊浸润性表面得到研究者们的广泛关注，取得了丰硕的学术成果。但是，要让这种技术能广泛应用于未来的工农业和社会生产中，还需要进一步的努力与完善：1）飞秒激光直写加工的微结构精度通常在三十微米到百微米之间，介于几微米到纳米级微结构上浸润性功能表面的研究仍需要扩展丰富。而超分辨率加工精度与激光的光斑质量密切相关，众多科研人员利用激光束空间整形技术对光斑进行调制，在光斑的轴向和横向超分辨率方面进行研究。因此，对飞秒激光直写光路的优化也极为重要。2）微纳结构类型的多样性决定了其功能的多样性，目前飞秒激光在微孔、微槽、微柱的制备与应用上已接近成熟，因此寻求新的加工策略以及在微结构上获得创新极具意义，并能开拓更多的应用领域。3）特殊浸润性功能表面除了微结构起重要作用，材料的本质特性也极为重要，探索未知领域的功能材料与微结构的结合，让二者相得益彰是未来的研究热点。随着飞秒激光加工工艺的日益完善，该技术定会在未来的科学领域中蓬勃发展，造福人类的科技与文明。
