Naučnici otkrili neočekivani razlog zašto kiša oštećuje zaštitne premaze na metalnim konstrukcijama

Poznato je da kiša postupno razara zaštitne premaze na metalnim konstrukcijama — od mostova do brodova. Do sada se smatralo da su za to odgovorna dva faktora: fizičko trošenje dok kapi klize niz površinu i hemijsko djelovanje kiselih komponenti u kišnici. Međutim, novo istraživanje objavljeno 26. avgusta u časopisu Nature ukazuje na treći mehanizam: statički elektricitet.

Tim naučnika sa Max Planck instituta za istraživanje polimera u Njemačkoj ustanovio je da vodene kapi mogu steći električni naboj dok klize niz glatke površine poput lišća biljaka, krila insekata, zidova zgrada ili prozorskog stakla. Kada takve naelektrisane kapi padnu na metal presvučen zaštitnim premazom, stvaraju mikro-pražnjenja koja mogu probiti premaz i oštetiti metal ispod njega.

Kako su to dokazali

U eksperimentu su istraživači kapali vodu na nagnute izolacijske materijale — biljno lišće, PVC pjenaste ploče i staklo — i pustili da kapi skliznu i padnu na bakar presvučen teflonom. Nakon samo nekoliko desetina kapi nije bilo vidljivih oštećenja, ali kada su primijenili 3.000 naelektrisanih kapi, snažan mikroskop otkrio je značajna oštećenja. Voda je probila teflon i ostavila bakar ispod izrovan, nalik na ogrebanu kožu. Nasuprot tome, voda kapana direktno na presvučeni bakar nije izazvala nikakvu koroziju.

Naučnici objašnjavaju da kapi klizeći niz površinu stječu mali pozitivan naboj. Kada se takva kap približi presvučenom metalu, razlika u električnom potencijalu između kapi i metala ispod premaza može premašiti 1.000 volti. Naboj svake kapi bio je između 0,2 i 2,0 nanokulon — manje od tipičnog udara statičkog elektriciteta koji osjetimo kad dodirnemo kvaku.

„Čak i s malim količinama naboja, kapi i dalje mogu nanijeti štetu", rekao je koautor studije Zhongyuan Ni, fizičar sa Max Planck instituta za istraživanje polimera.

Praktične posljedice

Pojava da trljanje dvaju čvrstih tijela proizvodi električni naboj, poznata kao triboelektrično punjenje, poznata je već stoljećima — primjer je trljanje balona o kosu. Dugo se pretpostavljalo da tekućine ne mogu na taj način stvarati naboj jer nemaju površinsku hrapavost karakterističnu za čvrsta tijela. „Kod tekućine ne postoji sila koja bi mogla prekinuti vezu", objasnio je koautor studije Hans-Jürgen Butt, fizičar sa istog instituta.

Budući da su komercijalni premazi na automobilima i brodovima obično deblji od teflonskog premaza korištenog u eksperimentu, naelektrisane kapi ne predstavljaju neposrednu opasnost za moderna vozila, kaže Butt. Međutim, ovaj proces mogao bi pomoći u objašnjenju zašto zaštitni premazi na historijskim građevinama propadaju nakon dugih vremenskih perioda, ostavljajući materijal izložen elementima.

Procjenjuje se da korozija u Sjedinjenim Državama godišnje košta više od dva biliona dolara. Guangwen Zhou, naučnik za materijale sa Univerziteta Binghamton koji nije učestvovao u studiji, ocijenio je nalaz važnim jer sugerira da električno stanje vodene kapi, a ne samo njen hemijski sastav, kiselost ili mehanički udar, može uticati na to kako korozija počinje.