面向功能表面的激光仿生制造技术研究进展

沈 洪，任浩东，李海东

（1.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240；2.上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

为了提高飞行器的飞行效能，降低其维护成本，各国针对飞行器表面疏水、防冰、防腐、减阻及吸波性能的提高进行了大量研究［1-4］。

高速飞行器表面冰的形成会改变其空气动力学参数，容易引发飞行事故，同时造成不必要的光学或电磁屏蔽，增加质量。NASA 兰利研究中心［5］开发了多种疏水和防冰涂层，可以降低冰点、抑制冰的重结晶，同时降低冰的黏附强度，使得积冰更易脱落。西班牙国家航空航天研究所［6］使用液体注入多孔表面疏水涂层覆盖铝合金表面，发现拥有微纳结构疏水涂层的表面结冰量最大降低了45%，冰黏附强度从403 kPa 减少到最低23 kPa。以色列国防部拉斐尔先进防御系统有限公司［7］发明了一种表面疏水的防冰涂层，用于减少导弹等高速飞行器在穿越雨、雪、云层区域时的结冰量，提高导弹的空气动力学性能。

飞行器的防腐对于延长飞行器寿命以及保持飞行器表面的空气动力学性能具有重要的意义。NASA兰利研究中心［8］开发了一种具有优异超疏水特性的共聚环氧涂层，可以有效减少微生物附着，抑制生物膜的形成，降低粉尘附着力，提高抗氧化性，具有较好的耐腐蚀特性。波音公司［9］曾在ecoDemonstrator 757机型上测试了多种疏水防昆虫附着涂层，其目的是使机翼减少昆虫残留物、污垢、冰和生物有机体黏附。海洋化工研究院有限公司［10］发明了一种海洋环境用热防护涂料及制备方法，该涂料具有高强度、耐高温烧蚀、耐盐雾、耐湿热、耐紫外老化的特点，可以为长期在海洋环境下使用的战术导弹、海上发射的火箭等面临高温的部位提供热防护。

减阻性能一方面能提高飞行器的飞行速度，另一方面能减小其燃料消耗，提升飞行器续航能力。空中客车公司［11］将A320试验机表面积的70%贴上沟槽薄膜，达到了节油1%～2%的效果。NASA 兰利中心［12］对Learjet 型飞机的飞行试验表明，沟槽结构能够实现减阻6%的效果。

随着侦测打击技术的不断提升，良好的隐身效果能够大大提高飞行器在复杂战场环境中的生存能力。美国的AIM-152 先进远距空空导弹、“海弗·达什”Ⅱ（Have Dash Ⅱ）隐身中距空空导弹以及AIM-9X Block Ⅱ+近距空空导弹，通过改进弹体外形和结构部件、使用吸波材料制造及表面外覆吸波涂层等措施，显著提升了导弹的隐身性能［13］。美军的X-47B、MQ-25 黄貂鱼无人机，欧洲的BAE 雷神、达索神经元无人机，以及俄军的苏霍伊S-70 无人机等，通过机身扁平化设计、翼身融合布局、复合材料机身外覆吸波涂层、优化进排气系统等方式，大幅降低了红外和雷达可探测性，提高了无人机的生存能力［14］。

在当前研究中，对于疏水、防冰、防腐、减阻，以及吸波表面的设计很多受到自然生物的启发，例如荷叶的自清洁特性、水黾能够在水面上行走功能、蝉翼具有杀菌功能、鲨鱼盾鳞拥有很好的流体减阻特性、蛾眼具有优异的减反射性能等。功能性表面的制备方法也多种多样，包括涂层法、模板复制法、光刻法、自组装法、电化学沉积法、化学腐蚀法、等离子刻蚀法等。但是，这些方法都或多或少存在一定的局限性，如加工步骤复杂、加工材料受限、可加工结构单一等［15］。探索简单通用并且可以实现复杂形貌构建及性能稳定的多功能表面制备方法，依然是该研究领域的重要发展方向。近年来，激光加工以其加工精度高、材料适用范围广、自动化程度高等优势，受到了研究者的广泛关注［16］。随着超短脉冲激光的快速发展，飞秒激光由于其极窄的脉宽和极高的峰值功率，独具“冷”加工特性，可以实现超高精度加工，在制备功能性微纳结构表面领域具有较大的应用潜力［17］。

本文以导弹、飞机等飞行器表面的性能提高为出发点，系统总结了近年来功能性微纳结构表面的激光仿生制造相关研究，并从材料表面疏水、防冰、防腐、减阻以及吸波功能等方面进行了归纳介绍，最后对该领域所面临的挑战与发展趋势进行了讨论、展望。

1 仿生疏水、防冰表面的原理及制备

1.1 疏水表面

润湿性由表面的化学组成和微观形貌共同决定，是固体材料表面的一个重要特性，一般采用接触角和滚动角进行表征［18］。通常当接触角＜90°时，认为该表面为亲水表面；当接触角＜10°时，认为该表面为超亲水表面；当接触角＞90°时，认为该表面为疏水表面；当接触角＞150°时，认为该表面为超疏水表面。滚动角反映了材料表面与水滴的黏滞性，当接触角＜10°时，说明该表面具有极低的黏滞性；超疏水表面也应当同时具备极低的黏滞性，使得液滴更易从表面滑落。

自然界中，为适应复杂的气候环境，诸多生物都具备疏水或超疏水性的结构，如荷叶、玫瑰花瓣、水稻叶、水黾足、沙漠甲虫外壳、蝴蝶翅膀等。Barthlott等［19］对多种植物叶片进行观察，揭示了荷叶疏水的原理。如图1（a）所示，通过电子显微镜观察，发现荷叶表面分布着大量微米级的乳突结构，并且覆盖着一层纳米级的蜡质晶体棒状结构，这些微纳结构俘获大量空气，使得水滴被托起，产生了疏水效果。Gao 等［20］指出水黾能够在水面上滑行是由于腿部生长着很多长约50 μm 的刚毛（图1（b）），其表面覆盖着角质层蜡，并且刚毛上排布着纳米级沟槽结构，沟槽可以俘获空气，从而支撑起水黾的整个身体。Feng 等［21］发现水稻叶片具有疏水性的同时，其润湿性是各向异性的（图1（c）），由于表面乳突结构的沟槽状排列，使得水滴沿着沟槽方向的滚动角为3°～5°，垂直于沟槽方向的滚动角为9°～15°。通过对生物表面的观察，可以发现材料表面的疏水性由其表面的低表面能物质和微纳粗糙结构共同决定，表面的空气驻留量是决定疏水性能的关键。

图1 自然界中具有超疏水微观结构表面的生物［22］Fig.1 Organisms with a superhydrophobic microstructured surface in nature［22］

为了使其他材料表面也能够获得像荷叶等生物一样的超疏水特性，研究者们应用激光技术进行了超疏水表面的仿生制造。Long 等［23］使用飞秒激光直接在铜表面进行水平和垂直方向的扫描（图2（a）），形成了微锥状阵列（图2（b）），使其表面覆盖一层纳米颗粒，通过改变激光扫描速度，改变微结构的形貌（图2（c）），获得不同的疏水与黏滞性能，最终得到的最优超疏水表面接触角为160°，滚动角为1°。张明池等［24］采用飞秒激光直写的方式在不锈钢表面加工产生了微米柱阵列，由于不锈钢为本征亲水材料，粗糙结构的增加使得材料润湿性加强，因此激光加工过后的表面呈现出超亲水状态。Wu等［25］同样使用飞秒激光在不锈钢表面进行烧蚀，加工形貌呈现出具有微米级锥状尖峰以及亚微米级激光诱导周期性条纹（laserinduced periodic surface structure，LIPSS）的两级结构，然后使用硅烷试剂进行低表面能处理，最终获得接触角166.3°、滚动角4.2°的超疏水表面。

图2 飞秒激光烧蚀铜表面制备不同浸润性表面［23］Fig.2 Femtosecond laser ablation of copper surface to prepare different wettability surfaces［23］

1.2 防冰表面

材料表面的防冰性能主要体现在两个方面：① 防结冰性能，即水滴在结冰之前从材料表面脱离，可以通过延长过冷水滴的结冰时间和加速液滴的脱离两种方式来实现；② 疏冰性能，即降低冰与材料表面的黏附强度，即使水滴已经结冰，也能在自身重力、风力、振动等外力的作用下轻易脱离表面［26］。

对于面向防冰功能的仿生研究主要基于仿生疏水表面，如仿荷叶疏水表面、仿玫瑰花瓣疏水表面等。其他的仿生防冰、疏冰策略，例如通过对沙漠甲虫、极地鱼类的研究，发现这些生物体内存在大分子的抗冻蛋白，可以控制冰晶形成和生长［27］。本文主要针对基于物理微纳结构防冰的仿生超疏水表面进行介绍。

Alizadeh 等［28］对比了未处理（亲水）、低表面能处理（疏水）、微纳结构+低表面能处理（超疏水）3 种表面的防冰性能，发现亲水和疏水表面在未降到过冷温度就开始结冰，而超疏水表面在达到过冷温度后保持了60 s 才开始结冰。其中，水滴和基底材料的接触面积是影响结冰成核速率的关键因素。Volpe 等［29］研究了超疏水表面的动态抗结冰性能，利用飞秒激光直扫技术在铝合金材料上制备了超疏水表面；实验中，将试样倾斜小角度后，水滴从起始端滴落，3 min 后，未处理表面覆盖了冰层，而激光处理表面则没有产生结冰现象（图3（a）～3（b））。Pan 等［30］使用超快激光复合法在铜表面制备了仿荷叶的三级微纳超疏水表面（图3（c）～3（d）），通过凝结液滴的合并诱导自弹跳以及分级冷凝机制，使液滴快速脱离材料表面，大幅延长结冰时间，同时使冰黏附强度从240 kPa 降低到20 kPa以下。

图3 防冰表面结构及其性能Fig.3 Anti-icing surface structure and performance

2 仿生防腐表面的原理及制备

对于飞行器，实现防腐的主要方式是防止蒸汽、雨水、盐水、灰尘和霉菌的侵入。尤其是在海洋和海岸环境，以及在高温、高湿、高盐雾、强紫外线和微生物的综合作用下，部件的腐蚀会进一步加剧，缩短了飞行器的寿命［31］。因此，材料表面的防腐研究也通常围绕疏水、防霉和自清洁进行展开。

2.1 综合防腐表面

猪笼草是一种热带食虫性植物，它依靠笼口边缘极强的润滑性，使停留在笼口的昆虫很容易滑落到笼内部被消化吸收。Chen等［32］通过扫描电镜分析，发现猪笼草口缘区表面具有几乎平行分布的两级沟槽，且在第2 级沟槽内分布着朝向一致、层叠分布的“鸭嘴状”楔形盲孔阵列结构（图4（a））。这些亲水孔隙结构的存在，使润滑液可以轻易填充形成润滑层，昆虫在润滑层上爬行则会滑入捕虫笼内被捕食。猪笼草口缘区这种独特的超滑表面结构使其具有了疏液、抗凝、防污、防腐等多种功能［33］。

图4 猪笼草的表面结构及其仿生制备Fig.4 Surface structure of nepenthes and its bionic preparation

Wong 等［34］首次报道了仿猪笼草的液体灌注多孔超滑表面的制备方法，在材料表面构建一层多孔网状结构，然后在其内部注入润滑液形成润滑层（图4（b））。超滑表面的制备需要满足条件：① 润滑液可以通过毛细力渗透进基底并保持稳定；② 相比被排斥的液体，润滑液与材料拥有更高的亲和力；③ 被排斥的液体与润滑液不会发生混溶。Yong 等［35］在聚合物材料PA6 上使用飞秒激光直写技术制备出多孔结构，后经过氟化处理及硅油注入，形成超滑表面（图4（c）），该表面不仅具有疏水性，对于咖啡、牛奶、蛋清以及十六烷、甘油等低表面张力液体也具有较好的疏液性。

飞秒激光烧蚀聚合物材料的过程中，会伴随着高温、高压等离子体以及大量气体的产生，正是这些气体从基体内部穿过熔融区域，才生成了三维网状多孔结构。这些气体很大一部分是在光子作用下发生化学反应产生的［36］。金属产生气体更加困难，因此三维多孔结构的制造过程也更加复杂。Fang 等［37］利用酒精辅助飞秒激光在不锈钢表面上烧蚀产生多孔结构，在激光烧蚀过程中，由于液体乙醇的限制，在基体和乙醇的界面上会产生高温、高压、高密度的等离子体，等离子体会加强对基体的刻蚀，使周围的液体气化和电离，产生许多微气泡，形成多孔结构。

2.2 抗菌表面

抗菌可以分为抗细菌粘附和杀菌两种方式，抗细菌粘附通常是通过在材料表面构建微纳结构，进行低表面能修饰，减少细菌在表面的粘附；杀菌是通过材料表面的微观物理结构或化学物质杀死粘附在材料表面的细菌。

在自然界中，蜻蜓和蝉等昆虫为了避免翅膀受到细菌污染，影响空气动力学性能，进化出了抗菌特性；壁虎等爬行动物为了避免皮肤受到细菌污染从而感染疾病也进化出了抗菌特性。通过观察分析这些生物表面的微观构造，明确了其抗菌原理（图5（a）、图5（b））。蝉翼表面具有规则排列的尖锐纳米锥状结构，当细菌与其接触时，纳米锥刺穿细菌细胞膜，导致细胞质流出，造成细菌死亡［38］；蜻蜓翅膀上分布着高低错落的纳米柱，细菌细胞膜表面的胞外聚合物粘附于蜻蜓翅膀表面后，当细菌尝试移动时，细胞膜因受到较大剪切力而破裂［39］；壁虎通过表面的细长微刺结构，依靠穿刺、撕裂、挤压、剪切等多种方式造成细菌细胞的破裂［40］；猪笼草则是通过超滑表面的疏水特性抵抗细菌粘附，通过纳米刀片结构杀死细菌［41］。

图5 生物抗菌表面及其仿生制备Fig.5 Biological antibacterial surface and its bionic preparation

Wu 等［42］受到蝉翼及壁虎皮肤抗菌的启发，使用飞秒激光在钛合金表面上构造粗糙微纳结构，将金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌在基底上培养6 h 后，发现激光处理后的表面细菌粘附量只有未处理表面的1/10，同时骨髓间充质干细胞的繁殖得到促进，说明飞秒激光处理后的表面具有良好的抗菌特性和生物相容性。Cheng等［43］使用飞秒贝塞尔激光在镍钛合金表面构建多孔微结构，并将润滑液注入获得仿猪笼草超滑表面。实验结果显示，该表面具有优异的抗纤维蛋白粘附及抗菌性能，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达到98.14%和99.32 %（图5（c））。Lutey 等［44］使用飞秒激光在316 L 不锈钢基底上加工出微米尖峰阵列、激光诱导周期性表面结构和纳米锥阵列3 种表面。抗菌实验结果表明，微米尖峰阵列表面没有明显的抗菌效果，LIPSS 和纳米锥阵列表面对大肠杆菌抑菌率分别为99.8%和99.2%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为84.7%和79.9%。

3 仿生减阻表面的原理及制备

传统的观点认为接触面越光滑，摩擦阻力越小，但是大量的流体实验和研究发现，粗糙表面有时会比光滑表面拥有更好的减阻效果。在自然界中，许多鱼类和昆虫的表皮或外壳特殊的表面粗糙结构都具有良好的流体减阻性能。

3.1 仿鲨鱼盾鳞减阻表面

Reif 和Dinkelacker［45］首先发现鲨鱼皮表面具有复杂的微纳形貌，相对于绝对光滑的表面，这些微纳形貌对某些条件下的湍流具有减阻作用。扫描电子显微镜图像如图6（a）所示，由图可见鲨鱼皮表面由密集分布的盾鳞构成，盾鳞的大小有差异，但是均呈现微凸形状，并且表面分布着数个顺流向的微沟槽［46］。关于鲨鱼盾鳞顺流向沟槽减阻原理的假说有很多，主要有二次涡群论、展向流动抑制论、流向涡抬升论、滑移速度论等。各理论的核心思想即微沟槽结构通过对湍流流体中大型涡流的抑制、大型涡流的抬升或者减少大型涡流的展向流动等，抑制高速高能的湍流，与近壁面的低速流体进行能量交换，扩大近壁面层流区范围，减小近壁面流体的速度梯度［47］。

图6 鲨鱼盾鳞微观结构及其仿生制备Fig.6 Microstructure and bionic preparation of shark shield scale

仿鲨鱼盾鳞的减阻表面研究通常围绕微沟槽或肋片的制备技术展开。Žemaitis等［49］使用紫外皮秒激光在聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）基底上，通过逐行扫描的方式，制造出仿鲨鱼盾鳞的肋片结构（图6（b）、6（c）），通过改变肋片的尺寸和间距，找到最优的减阻结构参数。当肋片的间距为14～20（量纲为1）时，对比未加工的光滑表面，拥有肋片结构的表面最大可以减少6%的空气阻力。Büttner等［50］受到鲨鱼盾鳞结构的启发，使用皮秒激光在航空发动机叶片涂层上加工出沟槽结构，通过在油道内进行壁面切应力测试，发现在设定速度为0.5 马赫的情况下，当肋片的间距为20.5（量纲为1）时，壁面切应力最高可以减少4.9%，证明肋状设计可以有效减小叶片表面空气阻力。Xie等［51］采用一步激光烧蚀法制备了仿生微沟槽阵列涂层，该涂层具有良好的疏水、防腐及减阻性能。在27.7 m/s和33.3 m/s的速度下进行风洞实验，结果表明，垂直于流动方向的微沟槽阵列有利于减阻，减阻率可达7.2%。

3.2 仿普通鱼鳞凹坑/凸包结构减阻表面

鱼类经过数百万年的演变，表皮进化出了优异的流体减阻特性。鱼鳞结构的显微图如图7所示。由图7（a）可见，鳞片在鱼的体表呈现出覆瓦状的层叠排列特征，单片鱼鳞整体呈现凸包结构，在鱼鳞的相叠区域则形成了凹坑结构，同时在鱼鳞的后区表面上还分布着更加微小的月牙形突起或凹坑结构［52］。这种凹坑结构的减阻原理为，当流体经过凹坑结构时，凹坑内部会形成涡旋（图7（b）），旋涡的上部与来流方向基本一致，速度梯度较小，下部与来流方向相反，会在凹坑底部产生反向摩擦力，导致凹坑区域流体与材料表面的摩擦阻力大幅降低［53］。这种利用涡旋的独特减阻方式与滚动轴承十分相似，因此，该种减阻原理也被普遍称为“滚动轴承”理论。近年来，更多研究发现，不仅是凹坑结构，垂直于流向的横向沟槽也能够起到类似于“滚动轴承”的减阻作用［54］。

图7 鱼鳞表面结构及其仿生制备Fig.7 Surface structure of fish scale and its bionic preparation

Rong 等［55］受鱼鳞表面启发，提出使用激光烧蚀镁铝合金产生润滑液注入各向异性超滑表面，该表面形貌类似鱼鳞层叠排布（图7（c）），形成凸包和凹坑结构，产生涡旋减阻作用。在层流仿真模型中，可以实现减阻33.86%；在液固界面摩擦实验中，可以实现减阻51.09%。Wu 等［56］对鱼鳞后区月牙形突起结构进行仿生制造，使用激光在塑料板表面加工出长约300 μm、宽约250 μm 的月牙形突起结构，在低速流场中，涡流产生于突起结构后侧，相比平滑表面，最高可以实现减阻2.805%。Rong等［57］使用纳秒激光在铝镁合金板上制造出扇形鱼鳞状凹坑阵列，该表面在捕获气泡和诱导涡流减阻的双重作用下，在流速4.448 m/s的水中可以实现减阻40.52%。

4 仿生吸波表面的原理及制备

飞行器隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、射频隐身、声隐身和可见光隐身等，其中雷达和红外隐身技术是当前研究和发展的重点。飞行器对雷达隐身可以通过特殊的外形和结构设计，应用吸波和透波材料及表面来实现；红外隐身可以通过降低表面的气动加热及其对太阳红外辐射的反射、对发动机喷管和尾焰进行遮挡等方式来实现［58］。吸波材料与表面对可见光波段，红外辐射的近红外、中红外、远红外波段，常规厘米波雷达、毫米波雷达的微波波段，甚至是米波和短波雷达的甚高频、高频波段均有一定的减反增透的吸波效果，因此受到了广泛的关注与研究。

在自然界中，具有减反增透特性的生物表面有很多，其中最典型的便是蛾的复眼表面。蛾的复眼由呈六边形的微米级小眼构成，在小眼的表面上，覆盖着密密麻麻的圆锥形纳米乳突结构，如图8（a）所示。这种独特的微纳结构能够增加进光量、减少光反射，使蛾眼具有良好的夜视能力，同时躲避天敌的追踪［59］。这种微纳结构的减反射机理是介质分界面处的渐变梯度折射率分布：对于尺寸远大于光波长的宏观结构单元，入射光被部分吸收后通常会产生反射和散射（图8（b））；当结构尺寸与光波长相当时，光线会被困在间隙中，产生多次内部反射，实现入射辐射的最大吸收（图8（c））；当入射光波长大于结构尺寸时，光对这些亚波长结构不敏感，并倾向于逐渐弯曲，相当于通过具有梯度折射率分布的均匀介质（图8（d）～（e））［60］。大量研究发现，这种减反增透的功能特性不仅限于蛾眼表面高深径比的圆锥状结构，在复杂微纳结构的粗糙表面还具有一定的吸波性能。

图8 蛾眼表面结构及其仿生制备Fig.8 Surface structure of moth eyes and its bionic preparation

游锦达［62］使用飞秒激光，在金属钛、铝、铁、镍等金属材料表面制备周期性微纳米结构，并研究了其电磁波吸收特性。结果表明，加工过的金属表面在可见光波段的吸收率＞95%，在红外波段的吸收率＞90%，具有明显的宽光谱吸收特性。在微波段则体现出对特定频段的选择性吸收特性，但是仍然具有明显的吸波效果。夏安南等［63］采用皮秒激光和微细铣削复合加工的方式，在羰基铁-环氧树脂基吸波材料上制造出具有亚毫米级沟槽、微米级沟槽和纳米级颗粒覆盖的粗糙结构表面，相比单纯进行微细铣削或者激光加工的表面，复合加工表面拥有更好的吸波效果，可将吸波材料在微波段的最大反射损耗从-36.5 dB 提升至-45.2 dB。Fan 等［17］采用超快激光扫描的方式在金属表面进行加工，通过改变激光参数，获得了单级微米级乳突结构，以及微米级乳突和纳米颗粒沉积的复合微纳结构（图8（f））。实验测试了两种结构表面在波长250～2 250 nm 的吸波效果，结果显示，复合微纳结构拥有更好的吸波性能，在Cu、Ti和W 金属表面的紫外、可见光、近红外光谱中，平均反射率分别为4.1%、2.4%和3.2%（图8（g））。Takaku 等［64］使用飞秒激光在铝表面上构建出大面积金字塔形微锥阵列，该结构用于低通滤波器上的抗反射涂层，其在7～105 GHz 的毫米波段仅有1%的反射损失，减反射性能达到未处理表面的45 倍。Zhang 等［65］使用飞秒激光在高电阻硅基底上构建出微米深孔阵列，微孔的入口处及内壁还覆盖着一层纳米级颗粒，这样的微纳结构使得高电阻硅的吸波性能进一步提升，与平滑高电阻率硅相比，激光加工后的高电阻率硅在0.32～1.30 THz远红外波段的减反射率最大增加了14%。

5 结束语

激光加工技术具有非接触加工、材料适用范围广、自动化程度高等优点，在微纳加工领域具有独特优势。尤其是随着超快激光技术的发展，峰值功率大、热影响区域小、空间分辨率高的特点使其在特殊材料加工、复杂形貌构建、微纳尺度制造等领域有着巨大的应用潜力。

本文系统地总结了近些年来采用激光制造技术在不同材料上制备功能性仿生表面的研究进展，包括疏水表面、防冰表面、综合防腐表面、抗菌表面、减阻表面以及吸波表面。在每一类功能性表面中，首先展示了自然界中拥有该类特性的生物表面结构，然后介绍了其实现具体功能的内在原理，最后列举了使用激光加工技术进行仿生表面制造的相关研究。尽管激光加工技术在功能性仿生表面的制备中已取得了许多进展，但其在该研究领域的进一步发展仍然存在诸多问题：

1） 当前研究大多只是针对单一功能进行的设计和加工，对单一功能的加强往往意味着对其他功能的舍弃。对新一代高性能飞行器来说，在任何环境中、任何状态下都应当保持综合性能，因此，飞行器表面的多功能协同设计尤为重要。

2） 在功能性仿生表面制备领域，加工方法简单易行、经济效益高也是一个重要的考量标准，而激光微纳结构制造往往存在加工效率低的问题。面对飞行器外壳等大面积表面加工场景，突破激光加工效率的局限，实现大范围快速加工将会是一个巨大的挑战。

3） 为了获得较好的疏水、防冰、防腐、防霉性能，在加工出表面微纳结构之后，通常需要进行后续化学处理。但是，这种方式显然增加了加工制造的复杂程度，同时材料表面的性能也难以保持，容易随着时间的流逝而失效。因此，改进激光加工工艺，解决激光自上而下加工的形貌局限问题，使其能够进行复杂微观形貌构建，实现超快激光一步加工成型，简化工艺流程，也是值得深入研究的重要方向。

虽然激光加工技术在功能性仿生表面制备的研究中仍然存在很多问题，但其在微纳结构加工领域所具有的优势仍然是其他加工方法不可替代的。随着新型激光器不断出现以及激光加工技术的不断进步，激光微纳加工的成本与效率等劣势将会被逐渐缩小，激光制备功能性仿生表面在各领域将会得到广泛应用。