|
Таинственная сила, разъедающая всё
|
|
|
|
Если оставить металл под дождем на достаточное время — даже с защитными покрытиями — коррозия рано или поздно сделает свое дело. В то время как автопроизводители делают все возможное, чтобы защитить свои четырехколесные колесницы от непогоды, вода все равно находит способ медленно наносить ущерб. Первоначально ученые выдвинули гипотезу, что физическое воздействие воды на поверхность может быть причиной ее столь сильной коррозии (и если вы побывали в достаточно сильном шторме, вы, вероятно, можете подтвердить этот факт), и они также предположили, что кислотные соединения могут играть определенную роль.
|
|
|
|
Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature, предполагает, что может действовать и третий источник коррозии, который действует аналогично тому, когда два твердых вещества трутся друг о друга — процесс, известный как “трибонаддув”. В ходе исследования группа исследователей, возглавляемая учеными из Института полимерных исследований имени Макса Планка в Майнце, Германия, изучала воду, которая перемещалась по изолирующим поверхностям, таким как листья, оконное стекло, пенопластовые плиты ПВХ и кварц, прежде чем попасть на поверхность, покрытую непроводящим веществом (оно же тефлон). Они зафиксировали, что эти капли воды накапливали заряд от 0,2 нанокулона (на листе) до примерно 2 нанокулонов (на кварце). Это небольшие заряды, но со временем они могут нанести серьёзный ущерб. Этот процесс известен как «электризация при скольжении» — явление, которое некоторые из тех же авторов впервые исследовали в своей предыдущей работе, опубликованной в 2025 году.
|
|
|
|
|
|
|
Поначалу казалось, что после сотен ударов разница в степени повреждения не заметна, но затем случайная мысль, пришедшая в голову ведущего автора исследования Чжунюаня Ни, привела к прорыву.
|
|
|
|
«Однажды я просто оставил эксперимент [продолжать] работать, — рассказал Ни в интервью Science News. — Забыл, что ли, я [пошёл] выпить кофе или ещё чего-нибудь».
|
|
|
|
Вернувшись, Ни обнаружил явные признаки повреждения, что побудило команду продолжить исследования. Они провели два варианта одного и того же эксперимента: в одном капли скользили по поверхности материала, прежде чем удариться о поверхность с тефлоновым покрытием, а в другом — нет. После 3000 ударов они обнаружили, что в первом случае покрытие было повреждено, а во втором — нет, даже при рассмотрении под микроскопом.
|
|
|
|
«Это своего рода “электричество трения” в каплях, и с физической точки зрения оно гораздо сложнее, чем предполагалось ранее, — заявил в пресс-релизе соавтор исследования Рюдигер Бергер из Института Макса Планка. — Когда такие заряженные капли ударяются о покрытие, они создают локальные разряды и могут пробивать слой в определенных местах, подобно небольшой вспышке молнии, что влияет на долговечность покрытия».
|
|
|
|
Так что же происходит, когда скользящая капля воды ударяется о поверхность с покрытием? Сначала вода накапливает положительный заряд из-за электростатического взаимодействия. Металл под покрытием приобретает отрицательный заряд, и притяжение между ними создает электрическое поле. Затем, когда капля падает, ученые с помощью высокоскоростных камер фиксируют образование конуса, похожего на конус Тейлора (который возникает, когда электростатическая сила, действующая на жидкость, преодолевает поверхностное натяжение и вызывает деформацию). По сути, по мере приближения капли к поверхности она создает электрическое поле, которое усиливается по мере сближения двух объектов, что приводит к пробою диэлектрика при ударе и вызывает химические изменения в самом покрытии.
|
|
|
|
«Коррозия начинается с локального пробоя диэлектрика покрытия, вызванного ударами заряженных капель, — пишут авторы исследования. В результате металл под покрытием оказывается в контакте с водной средой. По мере того как все больше заряженных капель ударяется о поверхность, площадь повреждения постепенно увеличивается».
|
|
|
|
Авторы отмечают, что заряженным каплям не обязательно соприкасаться с этими материалами, чтобы образоваться, — они также могут присутствовать в облаках, грозовых тучах, океанских волнах и водопадах. И если заряженные капли незаметно пробивают защитные слои, то дело не в более прочном покрытии. Нам нужны покрытия, которые отводят заряд. Инженеры, которые учтут этот фактор, смогут продлить срок службы мостов, трубопроводов, автомобильных кузовов и памятников, которые мы веками пытались сохранить.
|
|
|
|
Источник
|
