润湿性是固体表面的重要性质之一。通过对自然界中动植物的研究与学习,各种具有特殊润湿性的固体材料被应用到自清洁、防雾/冰/霜、防腐蚀、防污染、水下减阻、油水分离等领域。激光与物质相互作用会诱导材料发生丰富的形/性变化,再加上该过程高度可控,因此,激光表面加工被广泛应用于功能表面的构建。表面润湿性调控即为其中之一。尽管激光表面处理已经被广泛应用于材料表面润湿性调控,但是仍旧有大量机理、规律和关键技术问题未解决,这导致激光调控材料表面润湿性并未实现真正的工程化应用。本文以304不锈钢和碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)这两种重要的工程材料为对象.,用纳秒激光调控其表面润湿性,探索相关机理和规律,为相关技术工程化应用提供科学依据。具体的研究内容与研究结果如下:在304不锈钢表面,使用纳秒激光构建微纳米级的粗糙结构,通过低温热处理的方法,使激光加工后的不锈钢表面的润湿性由超亲水状态快速转化至超疏水状态;在此基础上,将激光加工与低温热处理相结合,构建梯度润湿性表面。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、接触角测量仪等观察和表征304不锈钢表面的微观形貌、化学成分和接触角。用高速摄像机观察液滴在梯度润湿性表面的运动状态。实验结果表明:激光加工后,表面碳元素含量是影响表面亲疏水性的重要因素;对于304不锈钢,激光加工后通过200℃的短时热处理,可以促进表面碳元素含量发生快速变化,实现接触角的快速固化;合理设计具有接触角梯度的材料表面,可以实现液滴在其表面上的定向移动,进一步控制材料表面接触角梯度的分布,则可以控制液滴在其表面上的移动速度与移动距离。该研究成果可以用于微流控、水下减阻等工程领域。在CFRP材料表面,使用纳秒激光对其进行表面处理以调控其表面润湿性。采用不同的激光参数对CFRP进行处理,将处理后的试样进行胶接,测试其胶接强度,评价表面润湿性与表面粗糙度等因素对胶接强度的影响规律。使用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪、光学轮廓仪分别观察并表征CFRP表面的微观形貌、接触角和表面粗糙度,使用万能电子试验机对胶接后的试样进行拉伸剪切实验,并与未处理的试样和机械处理(砂纸打磨)的试样进行对比分析。实验结果表明:采用不同的激光参数,可以去除CFRP表面的环氧树脂胶,调控其表面润湿性与表面粗糙度,进而改变其胶接强度;与未处理的CFRP试样相比,激光表面处理后的CFRP试样表面润湿性提高,表面粗糙度增加,胶接强度也增加;与机械处理试样相比,激光表面处理试样的表面润湿性和表面粗糙度均大于机械处理试样,但纳秒激光处理CFRP导致的热影响区对胶接区域附近有强度弱化作用,因此,本文中纳秒激光处理试样的胶接强度小于机械处理试样。由上述结果可见,碳纤维材料表面润湿性与表面粗糙度对胶接强度有显著影响,亲水性越强,粗糙度越大,则胶接强度越大,选择合适的激光加工参数可以有效调控CFRP胶接强度。该结果为CFRP胶接技术提供可靠的实验依据。