Капли дождя способны накапливать электрический заряд, и при ударе о покрытие этот заряд разряжается в одной точке, повреждая слой подобно микроскопической молнии. К такому выводу пришла группа исследователей под руководством Ханса-Юргена Бутта, директора Института полимерных исследований Общества Макса Планка. В работе также участвовали учёные из Боннского университета, Южно-Китайского технологического университета, Массачусетского технологического института и Университета Иоганна Гутенберга в Майнце.
Традиционно разрушение лакокрасочных и защитных покрытий объясняли двумя причинами. Первая — механическая нагрузка: постоянные удары и трение капель постепенно ослабляют слой и приводят к его отслаиванию. Вторая — химическое воздействие, особенно когда в воде присутствуют кислоты или соли. Теперь к этим факторам добавился электрический.
«Несколько лет назад мы изучали физику того, как капли воды приобретают заряд, скользя по поверхностям. Это своего рода «электричество трения» в каплях, и физически оно устроено гораздо сложнее, чем считалось ранее, — приводит слова руководителя группы «Физика на границах раздела» Рюдигера Бергера SciTechDaily. — Когда такие заряженные капли попадают на покрытие, они локально разряжаются и могут пробить слой в отдельных точках, как маленькая вспышка молнии, что сказывается на долговечности покрытия».
В ходе эксперимента капли сначала выпускали на поверхность, равномерно покрытую тефлоном. Если они не несли заряда, покрытие не менялось даже после 3000 ударов — это подтвердил микроскоп. Затем условия изменили: каплям давали скатиться по распространённым материалам, среди которых были лист комнатного растения, ПВХ и полистирол, используемый, например, в пластиковых окнах. На пути по этим поверхностям капли накапливали заряд, после чего падали на тефлон. После 3000 ударов заряженных капель микроскопия выявила отчётливые изменения как в самом покрытии, так 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. — Тем не менее изменения в покрытии мы обнаружили 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 изнашиваются 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.