Aj obyčajný dážď môže poškodzovať lak auta. Vedci objavili doteraz neznámy mechanizmus
Vedci zistili, že elektricky nabité kvapky vody môžu drobnými výbojmi poškodzovať ochranné nátery na kovoch a časom prispievať ku korózii.
Ochranný náter má kov oddeliť od okolitého prostredia. Či už ide o karosériu auta, záhradný plot alebo veľkú oceľovú konštrukciu, vrstva farby má zabrániť tomu, aby sa ku kovu dostala voda a kyslík. Napriek tomu sa časom na povrchu objavia poškodenia a kov napokon začne korodovať. Vedci doteraz za hlavné príčiny považovali predovšetkým mechanické namáhanie a chemické pôsobenie vody. Nový výskum však ukázal, že do hry vstupuje ešte jeden faktor, a to elektrický náboj vodných kvapiek.
Tím pod vedením Hansa-Jürgena Butta z Inštitútu Maxa Plancka pre výskum polymérov na tomto výskume spolupracoval s vedcami z Univerzity v Bonne, Univerzity Johannesa Gutenberga v Mainzi, South China University of Technology a MIT. Výsledky publikoval časopis Nature.
Kvapka vody nemusí byť elektricky neutrálna
Na prvý pohľad môže znieť zvláštne, že obyčajná kvapka dažďa môže poškodiť farbu elektrickým výbojom. Výskumníci však zistili, že kvapka môže počas pohybu po určitom povrchu nadobudnúť elektrický náboj. Tento jav súvisí s tým, že voda pri kontakte s rôznymi materiálmi mení svoje elektrické vlastnosti. Vedci ho prirovnávajú k forme elektriny vznikajúcej trením.
„Pred niekoľkými rokmi sme skúmali fyziku procesu, pri ktorom sa vodné kvapky nabijú pri pohybe po povrchoch. Ide o určitý druh ‚trecej elektriny‘ v kvapkách a fyzikálne je oveľa zložitejší, než sme predpokladali,“ vysvetlil Rüdiger Berger z oddelenia Fyzika rozhraní.
A práve tu vzniká zaujímavá časť celého objavu. Keď nabitá kvapka následne dopadne na ochranný náter, môže dôjsť k lokálnemu elektrickému výboju. Výskumníci tento proces prirovnali k malému blesku. Výboj môže v konkrétnom mieste narušiť ochrannú vrstvu a vytvoriť drobné poškodenie. Ak sa podobné poškodenia nazbierajú, náter postupne stratí časť svojej ochrannej funkcie.
Rozhodujúce bolo, po čom kvapka predtým prešla
Vedci najskôr vykonali experiment s kvapkami vody, ktoré na povrch dopadli bez významného elektrického náboja. Ako ochrannú vrstvu použili teflón, teda materiál, ktorý poznáš napríklad z povrchu niektorých panvíc. Ani po 3 000 dopadoch kvapiek mikroskop neukázal viditeľné poškodenie teflónového povrchu.
Neprehliadni
Potom experiment zmenili. Kvapky nechali pred dopadom prejsť po rôznych bežných materiáloch. Dostali sa napríklad na list izbovej rastliny, PVC alebo polystyrén, ktorý nájdeš aj pri niektorých plastových oknách. Pri pohybe po týchto materiáloch kvapky nadobudli elektrický náboj. Následne dopadli na teflónovú vrstvu. Výsledok bol výrazne odlišný. Po 3 000 dopadoch vedci pod mikroskopom zaznamenali zmeny na ochrannom povrchu a dokonca aj na kove pod ním. Nešlo teda iba o obyčajné mechanické nárazy kvapiek. Rozdiel spôsobilo ich elektrické nabitie.
Každý povrch môže kvapku nabiť inak
Zaujímavé je, že množstvo elektrického náboja nezostáva rovnaké. Záleží na materiáli, po ktorom kvapka prejde.
„Náboj, ktorý kvapka nadobudne pri pohybe, výrazne závisí od konkrétneho povrchu. Zaznamenali sme rozdiely až desaťnásobné,“ uviedol prvý autor štúdie Zhongyuan Ni.
Vedci však poškodenie zaznamenali pri všetkých testovaných povrchoch. To naznačuje, že nejde o vlastnosť jediného špecifického materiálu. Objav môže byť dôležitý najmä pri návrhu nových ochranných náterov. Ak elektrické výboje skutočne predstavujú jeden z faktorov, ktoré skracujú životnosť náterov, výrobcovia by mohli pri ich vývoji zohľadniť aj elektrické vlastnosti kvapiek.
Takéto riešenia by mohli nájsť využitie pri automobiloch, kovových konštrukciách, lodiach alebo pri ochrane historických pamiatok. V konečnom dôsledku by mohli predĺžiť životnosť povrchov, ktoré musia dlhodobo odolávať dažďu a ďalším formám kontaktu s vodou.
Výskum nehovorí, že každá kvapka dažďa okamžite naruší farbu na aute, ukazuje však ďalší mechanizmus, ktorý môže pri opakovanom pôsobení prispieť k postupnému poškodeniu ochranných vrstiev. A práve množstvo takýchto drobných zásahov môže po rokoch ovplyvniť, ako dlho náter vydrží.
