这篇文章题为“One-step method using laser for large-scale preparation of bionic superhydrophobic & drag-reducing fish-scale surface”，由作者Yonghua Wang、Zhongbin Zhang、Jinkai Xu以及Huadong Yu完成，他们分别隶属于长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室以及吉林大学仿生工程教育部重点实验室。研究成果发表在《Surface & Coatings Technology》期刊的409卷（2021年）中，于2021年1月2日在线发布。
该研究所属的科学领域为仿生学（bionics）和表面材料技术（surface material technology）。研究灵感来源于自然界的功能性表面，尤其是鱼鳞的微观形态和排列结构。自然界中的超疏水表面（superhydrophobic surfaces）广泛应用于防腐蚀、减阻、散热、自清洁、抗菌和抗结冰等领域，而水下超疏水表面减阻技术在船舶航行和水下推进等领域具有重要意义。
现有的研究显示，鱼鳞由于其特殊的微观结构和组成，展现出独特的水下超疏水和油拒斥特性（super-oleophobic under water），这使得鱼类能够在水域中的石油污染中存活。鱼鳞的表面不仅能有效减小水下阻力，还能对油水分离技术提出仿生解决思路。然而，现有鱼鳞仿生表面的制备方法（如激光与抛光复合加工、化学喷涂、生物复制成形技术）普遍存在成本高、工艺复杂、适用性不强等不足。
本研究旨在通过一种简便、快速、低成本的激光一体化方法，在铝合金（Al alloy）表面大规模制备仿生鱼鳞超疏水减阻表面，并测试不同缩放比例仿生鱼鳞表面的润湿性（wettability）和减阻性能（drag reduction performance）。研究的核心目标是为开发高效的水下减阻材料提供理论支持和实践指导。
研究选取大西洋和墨西哥湾常见的鲷科鱼类（Sciaenops ocellatus）作为仿生对象，重点研究其鳞片的排列方式和微观表面特征。通过扫描电子显微镜（SEM）观察，鱼鳞的前区（front-zone）嵌入鱼体表皮，后区（back-zone）悬浮于表皮外表面，中部以及上下侧区存在细密的条纹状沟槽，这些结构在水中的润湿性与减阻性能中起重要作用。
基于观察结果，提取鱼鳞的倾斜沟槽特征，并构建不同缩放比例（100%、80%、50%、30%）的仿生鱼鳞模型图样。
实验以6061铝合金为基底材料，样品尺寸为15 mm × 20 mm × 2 mm。使用纳秒激光（YLP-ST20E）设备，通过控制激光路径密度与扫射次数，在铝合金表面刻蚀出仿生鱼鳞的倾斜沟槽结构。其中，激光点直径为50 μm，功率10 W，扫描速度500 mm/s，每个样品扫描三次后，在常温下自然放置7天以稳定其表面性能。
将样品安置在矩形水流槽中，通过测量样品前后两点压力差，研究其在不同雷诺数（Reynolds Number）条件下的减阻效果。实验设置Re<2000，为层流条件。将仿生表面与原始光滑表面进行对比，分析其阻力系数（Resistance Coefficient）。
SEM显示，激光加工后样品表面清晰展现出仿生鱼鳞的倾斜弧形沟槽和条纹状脊结构，同时伴有微球熔凝物（microspheres）密布于沟槽间。这些多层复合结构显著增加了表面的粗糙度和微观复杂性，提高了捕获空气的能力。
缩放比例越低（如30%和50%），表面沟槽深度较大，微结构更接近交叉网格状；而缩放比例达到80%和100%时，鱼鳞形状清晰完整，具有典型的倾斜弧形条纹特征。
润湿性测试说明，当鱼鳞表面具备足够的微观结构复杂性时，能够捕获更多空气，从而增强气固液三相界面的不连续性，使液滴易于滚落。
实验表明，仿生鱼鳞表面在层流条件下表现出良好的减阻效果，最高减阻率达4.814%。当Re增加至4000以上时，流动逐渐向湍流方向转变，减阻性能有所下降，但仍优于原始表面。仿生表面适用于低速层流条件下的减阻应用。
通过仿生鱼鳞结构的激光一体化加工方法，本研究成功制备了具有超疏水性和减阻性能的铝合金表面。这种方法具有简单快捷、低成本、大规模可操作性等优点，弥补了传统仿生表面加工技术在经济性和适用性方面的不足。
科学意义在于： 1. 揭示了仿生表面微观结构与功能特性的内在联系。 2. 推动了超疏水和减阻技术在工程领域的潜在应用，如航运、石油开采和空气动力学设计。
实际应用价值在于： - 在低速层流环境中，通过减小航行阻力来提高运输效率，降低能源消耗。 - 为水下装备设计和环境抗污技术提供理论支持。
本研究为仿生学表面材料的发展提供了新的方向和思路，同时也对未来深入研究鱼鳞及其他仿生表面结构的减阻机制奠定了基础。