Timp de zeci de ani, am dat vina pe puterea corozivă a ploii pe sărurile dizolvate, acizi și pe bătaia neîncetată care uzează straturile protectoare. Vopselele, filmele polimerice și straturile de oxid au fost proiectate să reziste asaltului chimic. Dar, după cum se dovedește, picăturile de ploaie au ascuns un secret șocant: ele sosesc purtând o sarcină electrică suficient de puternică pentru a găuri un strat izolator - nu prin zgâriere sau dizolvare, ci prin a sufla literalmente o gaură minusculă în el, ca o scânteie care sare peste un spațiu.

Un nou studiu condus de Zhongyuan Ni, Rüdiger Berger și Hans-Jürgen Butt de la Institutul Max Planck pentru Cercetarea Polimerilor din Mainz, Germania, a dezvăluit acest fenomen electrizant. Vinovatul este ceva numit 'electrificare prin alunecare', un proces doar recent cuantificat. Când o picătură de apă alunecă pe o suprafață izolatoare - cum ar fi o frunză, un perete vopsit, un geam sau un panou de plastic - aceasta smulge sarcină de pe suprafață și lasă în urmă o sarcină opusă. Aceste sarcini nu sunt banale: picăturile au fost măsurate la până la 9.000 de volți.

Echipa a vrut să afle ce se întâmplă când o astfel de picătură încărcată aterizează pe o suprafață. Au eliberat picături de 35 de microlitri - aproximativ dimensiunea unei picături mari de ploaie - cu un praf de sare pentru a imita apa de ploaie, pe o suprafață înclinată la 50 de grade. Picăturile au alunecat aproximativ patru centimetri, au acumulat o sarcină, s-au rostogolit de pe margine și au căzut cinci milimetri pe o placă de cupru acoperită cu un film de Teflon de 60 de nanometri, unul dintre cele mai rezistente chimic acoperiri disponibile. Suprafețele înclinate au inclus o frunză de Tradescantia spathacea, o placă de spumă PVC și o foaie de polistiren transparent - suprafețe reale pe care o picătură de ploaie le-ar putea întâlni.

Sarcinile acumulate au variat de la 0,2 nanoculombi de pe frunză la doi nanoculombi de pe cuarțul fluorurat. Un nanoculomb într-o picătură de ploaie se traduce în câteva mii de volți. După 3.000 de picături - aproximativ o după-amiază de ploaie moderată - placa de cupru de sub toate cele patru suprafețe s-a corodat, în ciuda acoperirii cu Teflon. Microscopia cu forță atomică a evidențiat gropi adânci de câțiva nanometri, mai adânci decât întregul film de Teflon, pătrunzând complet până la metal. Picăturile care au căzut direct fără să alunece (și astfel fără sarcină) au lăsat suprafața imaculată după aceleași 3.000 de impacturi.

Camerele de mare viteză au surprins mecanismul în acțiune. O picătură neutră își păstrează fundul neted și rotund până la contact, dar partea inferioară a unei picături încărcate se întinde într-un con Taylor - o formă ascuțită formată când forța electrostatică depășește tensiunea superficială. Aceasta a indicat că câmpul electric dintre picătură și metal devenise suficient de puternic pentru a deforma apa. Modelând picătura ca o sferă conductoare suspendată peste un perete conductor, echipa a calculat că o picătură care poartă doi nanoculombi atinge 60 de kilovolți pe milimetru - pragul de străpungere al Teflonului - în timp ce se află încă la aproximativ 10 micrometri de suprafață. Pentru polistiren, care se străpunge la 19 kilovolți pe milimetru, străpungerea are loc la 50 de micrometri distanță.

Când stratul de acoperire încetează să mai izoleze, sarcina trece printr-o mini-străpungere dielectrică, același mod de defectare care omoară condensatoarele. Transferul de sarcină este aproape total: o picătură care sosește cu doi nanoculombi a vărsat 1,8 în cupru și a sărit înapoi cu doar 0,016 nanoculombi, mai puțin de 1% din cât avea la început.

Acest efect are limite. Filmele de polistiren de 12 micrometri au fost străpunse, dar filmele de 130 de micrometri au supraviețuit. Cu toate acestea, majoritatea straturilor de vopsea au doar câțiva micrometri grosime, iar sarcinile de ordinul nanoculombilor pot străpunge majoritatea acestora. Odată breșate, metalul expus stă într-o picătură sărată cu un potențial electric proaspăt, permițând electrochimiei obișnuite să corodeze suprafața care trebuia protejată.

Echipa a identificat produșii de coroziune folosind spectroscopie Raman și difracție de raze X: oxid cupros și clorură cuprice bazică - compusul verde pal văzut pe acoperișurile de cupru expuse la intemperii. Hărțile elementale au arătat oxigen și clor năvălind, în timp ce fluorul și carbonul