Капли дождя могут наносить покрытиям повреждения, сравнимые с микроскопическими разрядами молнии. К такому выводу пришла группа исследователей, обнаружившая ещё один фактор разрушения лакокрасочных слоёв — электрический заряд, который переносят капли воды. Работа проходила под руководством Ханса-Юргена Бутта, директора Института полимерных исследований Общества Макса Планка, при участии специалистов Боннского университета, Южно-Китайского технологического университета, Массачусетского технологического института и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце.
До сих пор учёные связывали износ покрытий с двумя основными процессами. Первый — механическое воздействие: удары и трение капель постепенно ослабляют слой и заставляют его отслаиваться. Второй — химическое разрушение, особенно когда в воде присутствуют кислоты или соли. Теперь к этим причинам добавился электрический эффект. «Несколько лет назад мы изучали физику того, как капли воды заряжаются, скользя по поверхностям. Это своего рода „электричество трения“ в каплях, и физически оно гораздо сложнее, чем считалось ранее», — приводит слова руководителя группы «Физика на границах раздела» Рюдигера Бергера SciTechDaily. По его словам, когда такая заряженная капля попадает на покрытие, она разряжается в локальной точке и может пробить слой, как маленькая молния.
Чтобы проверить эффект, исследователи сначала сбрасывали капли на поверхность, равномерно покрытую тефлоном. Если заряд отсутствовал, покрытие не менялось под микроскопом даже после 3000 ударов. Тогда условия изменили: каплям дали скатываться по распространённым материалам — листу комнатного растения, ПВХ и полистиролу, из которого делают пластиковые окна. На пути они накапливали заряд, а затем падали на тефлон. После 3000 заряженных капель микроскопия выявила отчётливые изменения и в покрытии, и в металле под ним.
Величина заряда сильно зависела от материала, по которому двигалась капля. «Заряд, который капля приобретает при скольжении, во многом определяется конкретной поверхностью — мы фиксировали различия вплоть до десятикратных», — поясняет первый автор исследования Чжунъюань Ни. При этом изменения покрытия удалось обнаружить во всех экспериментах.
Результаты, опубликованные в журнале Nature, указывают на то, что электрические эффекты от движущейся воды могут быть ещё одним важным элементом в понимании того, как защитные поверхности разрушаются со временем. Исследователи рассчитывают, что их выводы помогут инженерам создавать покрытия, более устойчивые к этому виду повреждений. Улучшения могут найти применение в самых разных сферах — от объектов культурного наследия и крупной инфраструктуры до автомобилей и обычных окрашенных поверхностей в доме, включая знакомый садовый забор.