月塵是困擾月球探索的重要空間環(huán)境因素，一系列月塵引發(fā)的機(jī)械、熱控系統(tǒng)及光學(xué)表面失效問(wèn)題已經(jīng)成為月球探索過(guò)程中亟待解決的重要問(wèn)題。采用傳統(tǒng)的機(jī)械振動(dòng)、吹掃、電場(chǎng)排斥等主動(dòng)除塵方式雖然可以顯著抑制材料表面塵埃聚集，但由于能耗以及結(jié)構(gòu)的限制很難廣泛應(yīng)用。隨著科技發(fā)展，開(kāi)發(fā)抑制月塵吸附的功能材料已經(jīng)成為一種很有前景的被動(dòng)防護(hù)方式，但目前人們?nèi)匀蝗狈?duì)相關(guān)作用機(jī)制的深入理解。

近日，西安電子科技大學(xué)王衛(wèi)東教授、中物院成科中心唐昶宇研究員聯(lián)合蘭州空間技術(shù)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所、澳門科技大學(xué)和香港城市大學(xué)等單位研究人員以“LunarDust-mitigationBehaviorofAluminumSurfacewithMulti-scaleRoughnessPreparedbyaCompositeEtchingMethod”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊ACSAppliedMaterials&Interfaces上。博士生王曉為本文第一作者，西電機(jī)電工程學(xué)院為第一單位。

論文中提出了利用多種濕法刻蝕方法制備具有不同微結(jié)構(gòu)的鋁基表面，通過(guò)SEM和AFM對(duì)鋁基表面的形貌以及粗糙度進(jìn)行了表征，證實(shí)了經(jīng)過(guò)復(fù)合刻蝕在鋁基表面構(gòu)筑了微納多級(jí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)自制的月塵顆粒探針CLDS-Tip測(cè)量了不同表面與單個(gè)月塵顆粒的粘附力，經(jīng)過(guò)復(fù)合刻蝕的表面（45.53nN）比原始表面（8.89nN）的粘附力下降了80%，基于分形理論計(jì)算了不同表面與顆粒之間的范德華力，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值保持了一致，從微觀力學(xué)角度證實(shí)了微觀結(jié)構(gòu)降低顆粒粘附的有效性。

CLDS-Tip探針粘附力測(cè)試結(jié)果（a）原始鋁片表面；（b）化學(xué)刻蝕鋁片表面；（c）電化學(xué)刻蝕鋁片表面；（d）復(fù)合刻蝕鋁片表面；（e）粘附力測(cè)試示意圖；（f）實(shí)驗(yàn)測(cè)試的粘附力值與計(jì)算的范德華力

此外，設(shè)計(jì)了一種基于離心方法的防塵評(píng)價(jià)裝置，基于數(shù)字圖像處理方法統(tǒng)計(jì)了表面的塵埃覆蓋率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明復(fù)合刻蝕的表面（2.19%）比原始表面（9.11%）具有更低的表面覆蓋率。利用宏觀防塵實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立了與微觀力學(xué)測(cè)量結(jié)果的聯(lián)系，分析了不同載荷量以及傾轉(zhuǎn)角對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響，通過(guò)摩擦實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了鋁基表面的優(yōu)異的耐磨性。

這項(xiàng)工作從微觀力學(xué)和宏觀統(tǒng)計(jì)兩方面出發(fā)，驗(yàn)證了多尺度微納結(jié)構(gòu)減小月塵顆粒粘附的有效性，有望為后續(xù)月塵的相關(guān)研究提供有效的實(shí)驗(yàn)與理論方法。