کشف غافلگیرکننده: قطرات باران به روشی دور از تصور موجب خوردگی فلزات می‌شوند

سال‌ها تصور می‌کردیم دلیل اصلی زنگ‌زدگی خودروها و سازه‌های فلزی در باران، وجود نمک و مواد اسیدی در آب، همراه با فرسایش تدریجی پوشش‌های محافظ است. اما پژوهشی تازه نشان می‌دهد خودِ قطرات باران هم می‌توانند با نوعی سازوکار الکتریکی پنهان، به پوشش‌های محافظ آسیب بزنند و مسیر خوردگی را باز کنند.

پژوهشگران مؤسسه پژوهشی پلیمر ماکس پلانک در آلمان دریافتند قطرات آب هنگام حرکت روی سطوح مختلف می‌توانند بار الکتریکی جمع کنند. این قطرات باردار هنگام برخورد با سطح فلزی، مانند جرقه‌ای بسیار کوچک عمل می‌کنند و حتی ممکن است از پوشش‌های عایق عبور کنند.

این اتفاق به دلیل پدیده‌ای به نام الکتریسیته تماسی هنگام لغزش رخ می‌دهد. وقتی قطره‌ای آب روی سطحی مانند برگ گیاه، شیشه، پلاستیک یا حتی رنگ بدنه خودرو حرکت می‌کند، تماس و اصطکاک میان آب و سطح باعث جابه‌جایی تعداد بسیار زیادی ذرات باردار می‌شود. در نتیجه، قطره بخشی از بار الکتریکی سطح را با خود حمل می‌کند و سطح نیز بار مخالفی باقی می‌گذارد.

به گزارش ارزتکنیکا، دانشمندان مؤسسه پژوهشی پلیمر ماکس پلانک آلمان برای بررسی اثر این بار الکتریکی، قطره‌هایی شبیه قطرات باران را روی چند سطح مختلف حرکت دادند و سپس آن‌ها را روی صفحه مسی پوشانده‌شده با لایه‌ای بسیار نازک از تفلون انداختند. تفلون یکی از مقاوم‌ترین مواد پوششی در برابر مواد شیمیایی است.

نتیجه غافلگیرکننده بود: پس از حدود سه‌هزار قطره، صفحه مسی زیر پوشش تفلون در همه نمونه‌ها دچار خوردگی شد. بررسی‌های میکروسکوپی نشان داد در برخی نقاط، آسیب از ضخامت پوشش عبور کرده و به فلز زیر آن رسیده است. اما قطراتی که پیش از برخورد، روی سطح حرکت نکرده و بار الکتریکی نگرفته بودند، هیچ آسیبی ایجاد نکردند.

وقتی یک قطره باردار به سطح فلزی نزدیک می‌شود، میدان الکتریکی میان قطره و فلز افزایش پیدا می‌کند. این میدان در نهایت می‌تواند از توان تحمل پوشش عایق بیشتر شود و باعث پدیده‌ای شبیه شکست الکتریکی شود؛ یعنی مسیری بسیار کوچک برای عبور بار در پوشش ایجاد شود.

در واقع، قطره مثل یک صاعقه بسیار کوچک عمل می‌کند. البته این اتفاق در مقیاس میکروسکوپی رخ می‌دهد، اما اگر بارها و بارها تکرار شود، می‌تواند پوشش محافظ را ضعیف کند و فلز زیرین را در معرض آب، اکسیژن و نمک قرار دهد.

پس از شکسته‌شدن پوشش، فرایند معمول خوردگی آغاز می‌شود. آب شور روی فلز باقی می‌ماند و واکنش‌های شیمیایی باعث تشکیل ترکیباتی مانند اکسید مس می‌شوند؛ همان موادی که باعث ایجاد رنگ سبز روی سقف‌های مسی قدیمی می‌شوند.

پژوهشگران همچنین دریافتند آسیب ایجادشده به‌مرور سریع‌تر گسترش پیدا می‌کند. یک نقطه آسیب‌دیده راحت‌تر آب را نگه می‌دارد و شرایط مناسب‌تری برای ادامه خوردگی ایجاد می‌کند.

البته ضخیم‌تر کردن پوشش‌ها می‌تواند تا حدی از این مشکل جلوگیری کند. در آزمایش‌ها، لایه‌های ضخیم‌تر پلی‌استایرن توانستند در برابر قطرات باردار مقاومت کنند. اما در بسیاری از کاربردها، افزایش ضخامت امکان‌پذیر نیست؛ برای مثال پوشش‌های شفاف باید نازک بمانند و پوشش هواپیماها باید سبک و انعطاف‌پذیر باشند.

پژوهشگران می‌گویند در آینده، هنگام طراحی پوشش‌های محافظ باید علاوه بر مقاومت شیمیایی و مکانیکی، توانایی تحمل میدان‌های الکتریکی نیز در نظر گرفته شود.

پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.