Защитные покрытия, от краски на садовом заборе до специальных составов на пролётах мостов, со временем изнашиваются под действием погодных условий. Ранее их разрушение связывали в основном с двумя процессами: механическим истиранием от ударов капель и химическим воздействием, например, из-за кислотных дождей или солей.
Международная группа учёных обнаружила третий, ранее не учитывавшийся фактор деградации материалов – электрический заряд, который несут в себе капли воды. Исследование провели специалисты из Института исследований полимеров им. Макса Планка, Массачусетского технологического института и университетов Бонна, Майнца и Южно-Китайского технологического университета.
Исследователи выяснили, что капли воды могут накапливать статический электрический заряд, скатываясь по различным поверхностям – от листьев растений до пластика. При столкновении с защитным покрытием происходит мгновенный разряд, который, подобно микроскопической молнии, локально повреждает материал. Этот процесс со временем приводит к разрушению защитного слоя.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, учёные провели эксперимент с тефлоновым покрытием. Сначала на него сбросили 3000 обычных, электрически нейтральных капель воды – никаких видимых повреждений на поверхности не появилось. Затем эксперимент повторили, но каплям предварительно давали скатиться по ПВХ или полистиролу, чтобы они приобрели заряд. После 3000 ударов таких капель микроскопический анализ показал явные дефекты как в самом тефлоновом слое, так и в металле под ним.
Величина заряда, который накапливала капля, зависела от материала, по которому она двигалась, и могла различаться в десять раз. Однако, как отмечают авторы, даже минимально заряженные капли оставляли на покрытии заметные повреждения.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, дополняют понимание механизмов износа материалов. Учёные надеются, что открытие поможет в будущем создавать более стойкие и долговечные защитные составы для инфраструктурных объектов, автомобилей и памятников культурного наследия.
