摘要：目的制备超微结构的纳米晶复合涂层,降低火星环境中灰尘颗粒在玻璃表面的粘附,并通过翻转操作,最大限度地清除沉积的灰尘,恢复太阳能电池的发电能力。方法采用水热法和表面修饰,制备了纳米晶复合防尘涂层。通过电子显微镜、分光光度计、接触角仪和翻转除尘试验分别对涂层的微观结构、可见-近红外光透过率、表面性质和除尘效率进行了分析。结果由直径大约为27nm的ZnO纳米棒构成的独特涂层结构,使灰尘颗粒与涂层表面的接触面积相比于普通玻璃减小了一个数量级,可见光区的透过率提高了1.1%,近红外区透过率提高了0.4%。用氟化物进行表面修饰后,涂层的水接触角由25°~45°升高至155°~165°。经90°缓慢翻转,纳米晶复合涂层对50~100μm和30~50μm灰尘颗粒的清除效率分别为80%~90%和60%~70%;而在相同测试条件下,普通玻璃的防尘效率仅为37.5%和6.3%。由翻转后涂层表面灰尘的分布情况和倾斜表面上单颗粒的受力分析发现,灰尘颗粒的脱落存在滑落和滚落两种模式,高位落下的颗粒将部分动能传递给低位静止的颗粒,促使更多静止颗粒的滑落或滚落,形成"雪崩"状的特殊形貌。结论 ZnO纳米晶复合涂层不仅可以提高可见光和近红外光的透过率,还可以极大地减小与灰尘颗粒的接触面积,降低颗粒的粘附力,在不使用高压电能的情况下,经过翻转操作,清除效率可达80%以上,这将为火星上灰尘的清除提供一种安全的方式。

关键词：纳米晶 复合涂层 接触面积 增透 超疏水 

单位：中国科学院上海硅酸盐研究所; 上海201899; 北京卫星环境工程研究所; 北京100094