Физики выяснили, что усиливает коррозию от дождя
Коррозия угрожает любым металлическим предметам под открытым небом — от автомобилей или качелей до заборов и объектов культурного наследия. До сих пор считалось, что в основе вредного воздействия на поверхности и покрытия два механизма: во-первых, трение и удары капель, во-вторых, химические факторы — ведь с развитием промышленности дожди все чаще льют кислотные.
Физики из Института исследований полимеров Общества Макса Планка давно предполагали, что есть еще одна причина, делающая капли дождя серьезной угрозой металлу — и наконец, доказали это в эксперименте, результатами которого поделились на страницах Nature.
«Несколько лет мы изучали физику накопления электрического заряда каплями при скольжении по поверхностям. Это своего рода „электричество трения“ в каплях, и с физической точки зрения оно устроено гораздо сложнее, чем считалось ранее. Когда такие заряженные капли ударяются о поверхность, они локально разряжаются и могут пробить покрытие в отдельных точках, словно крошечная молния, — а это сказывается на его долговечности», — объясняет физик Рюдигер Бергер, руководивший исследованием.
Экспериментаторы капали деионизированной водой, а также растворами солей с заземленной иглы на медную фольгу, покрытую тонким слоем тефлона. Изучение покрытия под микроскопом показало, что даже после 3000 ударов оно осталось невредимым. Опыт повторили с каплями, стекавшими с различных предметов — листа традесканции, ПВХ, полистирола, кварца с напылением из фторсодержащего силана и т. п. Скатываясь по диэлектрическим поверхностям, капли накапливали электрический заряд — не очень большой, но с учетом их скромной емкости он проявлялся ощутимым потенциалом в тысячи вольт.
«Заряд, который капля приобретает при скольжении, во многом зависит от конкретной поверхности — мы измеряли различия вплоть до десятикратных. Тем не менее во всех экспериментах нам удалось обнаружить изменения покрытия», — говорит физик Чжунъюань Ни, ведущий автор работы.
Заряженные капли легко пробивали защитное покрытие и вызывали коррозию металла под ним. По результатам измерения сопротивления покрытия, 10 000 капель повреждают его сильнее, чем четыре часа в растворе соли.
Высокоскоростная съемка капель показала, что электрическое поле вытягивает их в остроконечный конус, что усугубляет эффект. Для чистоты эксперимента опыты повторили со специально собранной дождевой водой — и убедились в верности выводов; дополнительным их подтверждением стала потеря заряда каплей после падения на поверхность и пробоя покрытия.
Исследователи надеются, что их работа откроет путь к созданию новых, более эффективных покрытий, которые смогут дольше и надежнее защищать металлические предметы от спровоцированной осадками коррозии.
