Группа под руководством Ханса-Юргена Бутта, директора Института Макса Планка, где изучают полимеры, нашла новый механизм износа защитных слоев. Дождевые капли, как выяснилось, накапливают электричество и при ударе разряжаются в одной точке, повреждая покрытие словно крошечная молния. К проекту подключились исследователи из Массачусетского технологического института, Боннского университета, Южно-Китайского технологического университета и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце. Об этом пишет портал Science XXI.
Раньше износ лакокрасочных и защитных слоев объясняли двумя факторами. Постоянные удары и трение со временем ослабляют слой, из-за чего он отслаивается. Химическое воздействие тоже считалось важным, особенно если в воде есть соли или кислоты. Теперь к этим причинам добавился электрический эффект.
Рюдигер Бергер, возглавляющий направление «Физика на границах раздела», напомнил SciTechDaily: несколько лет назад его команда исследовала, как водяные капли приобретают заряд при скольжении. Это «электричество трения», устроенное сложнее, чем думали. Попадая на покрытие, такие капли разряжаются локально и могут пробивать отдельные участки слоя — словно небольшая молния. Это влияет на срок службы покрытия.
В экспериментах капли сначала падали на поверхность, ровно покрытую тефлоном. Без заряда даже после 3000 ударов микроскоп не показывал изменений. Затем каплям давали скатиться по ПВХ, листу комнатного растения или полистиролу — материалу, который используют, например, в пластиковых окнах. На этих поверхностях капли набирали заряд, а потом ударяли по тефлону. Когда число ударов заряженных капель достигло 3000, микроскопия зафиксировала заметные изменения и в покрытии, и в металле под ним.
Величина заряда зависела от материала, по которому скользила капля. Первый автор работы Чжунъюань Ни говорит, что различия достигали десятикратных значений. Но изменения в покрытии проявлялись во всех опытах.
Статья с результатами вышла в Nature. По мнению авторов, электрические эффекты движущейся воды стоит учитывать при оценке износа защитных поверхностей. Выводы могут помочь инженерам делать покрытия более стойкими. Потенциальные сферы применения — объекты культурного наследия, крупная инфраструктура, автомобили и обычные окрашенные поверхности, включая садовый забор.