功能性表面结构为实现特定功能而具有特定的形状和表面形貌，已广泛应用于光学、热学、电子、能源、机械以及生物医学等众多领域。对高性能功能性表面结构的需求，迫切催生了对其高精度、高灵活性、低成本且环保的制造需求。近年来，激光加工技术凭借高精度、操作简便、灵活性强以及对多种材料的兼容性等特点，已成为制备功能性表面结构的研究热点。为了全面概述这一主题，本文对各种激光加工的功能性表面结构的最新进展进行了全面综述。据作者所知，这是首次系统地阐述用于多功能应用的激光加工功能性表面结构的进展情况。首先，简要介绍了用于制备功能性表面结构的常见激光加工方法，包括激光直接烧蚀、激光直接干涉图案化、脉冲激光沉积以及选择性激光熔化。展示了典型的激光加工功能性表面结构，例如激光诱导周期性表面结构、微通道或微凹槽、微孔、微柱、多孔结构以及分级结构。随后，根据其功能应用，将激光加工的功能性表面结构系统地分为六类，即光学功能性表面结构、热学功能性表面结构、电子功能性表面结构、摩擦学功能性表面结构、生物医学功能性表面结构以及仿生超疏水功能性表面结构。还对每种类型结构的性能进行了总结和讨论。最后，明确了激光加工功能性表面结构所面临的挑战以及未来潜在的研究方向。
    
       这篇综述全面讨论并总结了用于广泛应用的激光加工功能性表面结构。文章简要介绍了几种用于功能性表面结构的常见激光加工方法，并详细展示了通过激光加工形成的典型结构，包括激光诱导周期性表面结构（LIPSS）、微通道、微孔、微柱、多孔结构和分级结构。此后，将激光加工的功能性表面结构系统地分为六类，包括光学、热学、电子、摩擦学、生物医学以及仿生超疏水功能性表面结构。这些结构涵盖了工业生产应用的许多方面，如光学、热学、电子、能源、机械和生物医学领域。

       激光加工技术具有高度的可控性和适应性，因此在制备微纳米尺度的复杂表面结构方面表现出色。它们能有效地加工多种基底材料，如金属和合金、半导体、石墨烯、陶瓷和聚合物。同时，它们可以在表面上制造出各种二维和三维结构，如微孔、微通道、微柱、微/纳米条纹、多孔结构以及其他微纳分级结构。激光加工在制备功能性表面结构方面具有诸多优点：1）高精度。由于激光束的高能量聚焦特性，激光加工能够有选择地、局部地和精确地制造结构。通过调整激光参数，可以有效地控制结构的热影响区。特别是飞秒脉冲激光，其脉冲持续时间远小于被加工材料中受激电子的弛豫时间，能够将热扩散限制在一定的小区域内，从而显著提高加工精度。2）微纳米尺度。通过激光诱导周期性表面结构（LIPSS）和激光干涉图案化技术，可以制造出尺寸小于激光波长的表面结构。因此，激光加工能够制备出具有微纳米尺度的复杂功能结构，这对各种设备的小型化和集成化非常有利。3）出色的灵活性。激光加工不需要预处理、掩模工具、模具以及其他转换技术，而且激光加工的图案设计和基底选择性非常灵活。例如，用于超级电容器、传感器和仿生超疏水应用的激光加工结构，可以灵活地转移到不同的基底上，以便与其他设备集成到微系统中。4）环保。激光加工的材料去除主要通过烧蚀和蒸发实现，能够避免产生有害的副产品。而且不需要额外的化学溶液或其他消耗品。

       尽管激光加工技术在制备功能性表面结构方面具有优势，但仍然面临着一些挑战，为了更好地发展和应用，需要解决几个重要问题：

       1）理论发展。目前，超快激光加工的功能性表面结构的理论形成机制仍存在争议，详细的激光与材料相互作用机制还远未明确。例如，已经提出了几种经典理论来解释激光诱导周期性表面结构（LIPSS）的形成机制，然而这些理论难以完全解释LIPSS形成过程中的所有现象。

       2）形态控制。由于激光不可避免的热效应，热影响区内的材料会经历各种相变和动态过程，这会导致材料性能和形态发生不可预测的变化。尽管飞秒激光由于其极短的脉冲持续时间表现出较小的热效应，但仍然难以精确控制结构形态。在精确制备从微米到纳米尺寸的多尺度结构方面仍然存在许多困难。

       3）耐久性。在极端环境下工作的表面功能结构的结构耐久性是一个关键问题，在这种环境下，微纳米表面结构可能会因高应力、高温或低温以及强腐蚀而发生变形或损坏。应该仔细考虑激光加工的功能结构的耐久性和稳定性。

       4）多功能结构的开发。目前，大多数结构是为特定环境下的特定功能而设计和制造的。然而，一个设备中往往需要集成多种功能。因此，迫切需要开发具有复合功能的表面结构。制备具有复合功能的功能性表面结构具有挑战性，尤其是在单次激光加工步骤中实现。

       从对激光加工功能性表面结构的概述来看，未来的研究可以从以下几个方面展开：

       1）需要进行深入研究以全面探究功能结构的形成机制。激光加工能够以良好的精度和高效率制备复杂的三维表面结构。然而，结构生成和演化背后的机制还需要进一步阐明，尤其是在超快时间尺度和极高激光能量的条件下。迫切需要进一步的基础研究。

       2）开发激光加工的理论模型对于控制表面结构的形态和操纵其功能具有重要意义。建立激光加工与功能结构表面形态之间的相关性，在设计和制造用于广泛应用的功能性表面结构方面起着重要作用。在这方面，可以探索建立一个将激光加工过程与表面结构功能特性相关联的通用理论模型。

       3）开发新的方法来保持激光加工的功能性表面稳定和耐用可能会成为一个研究热点。将激光加工与其他制造方法（如机械切割和蚀刻）相结合，可能是提高功能性表面结构耐久性的一种有前景的手段。新的结构设计和材料也是解决耐久性问题的有效方法。

       4）表面结构的功能集成被认为是一个很有前景的研究课题。近年来，随着机电设备的小型化和集成化，制备多功能表面结构，例如将光学、热学和电学性能相结合，在广泛的应用中显示出了巨大的优势。可以投入更多的精力来开发通过激光加工制备的多功能表面结构，并实现其产业化。

       5）基于功能需求进行主动设计和制造可能是制备高性能和多功能结构的一种有前景的途径。对于特定的功能需求，开发一种通用的预测性设计工具对于功能性表面结构的快速主动设计和优化具有重要意义。同时，在设计和制造阶段应同时考虑激光加工的特性，这与结构的最终形态及其功能密切相关。

       6）为了实现广泛应用和大规模生产，在功能性表面结构的进一步研究中可以探索高度稳定、高效且具有成本效益的激光加工方法。随着激光技术的新进展以及激光领域和其他领域的共同努力，人们有信心在不久的将来实现这一目标。