On yıllardır, yağmurun aşındırıcı gücünü çözünmüş tuzlara, asitlere ve koruyucu kaplamaları aşındıran amansız vuruşlara bağladık. Boyalar, polimer filmler ve oksit katmanları kimyasal saldırılara direnmek için tasarlandı. Ancak görünüşe göre, yağmur damlaları şok edici bir sır saklıyor: koruyucu bir kaplamada delik açacak kadar güçlü bir elektrik yüküyle geliyorlar - çizerek veya çözerek değil, kelimenin tam anlamıyla içinde küçük bir delik patlatarak, bir kıvılcımın boşluğu atlaması gibi.

Almanya, Mainz'daki Max Planck Polimer Araştırma Enstitüsü'nden Zhongyuan Ni, Rüdiger Berger ve Hans-Jürgen Butt liderliğindeki yeni bir çalışma bu elektriklenme olgusunu ortaya çıkardı. Suçlu, yalnızca yakın zamanda ölçülen 'kayma elektrifikasyonu' adı verilen bir süreç. Bir su damlası yalıtkan bir yüzey üzerinde kaydığında - bir yaprak, boyalı bir duvar, bir pencere camı veya plastik bir panel gibi - yüzeyden yük sıyırır ve arkasında zıt bir yük bırakır. Bu yükler önemsiz değildir: damlalar 9.000 volta kadar ölçülmüştür.

Ekip, böyle yüklü bir damla bir yüzeye indiğinde ne olduğunu bilmek istedi. Yağmur suyunu taklit etmek için bir tutam tuz içeren 35 mikrolitrelik damlalar - büyük bir yağmur damlası boyutunda - 50 derece eğimli bir yüzeye bıraktılar. Damlalar yaklaşık dört santimetre kaydı, bir yük topladı, kenardan yuvarlandı ve 60 nanometrelik Teflon filmle kaplı bir bakır plakanın üzerine beş milimetre düştü; Teflon, mevcut en kimyasal dirençli kaplamalardan biridir. Eğimli yüzeyler arasında Tradescantia spathacea bitkisinin bir yaprağı, bir PVC köpük levha ve şeffaf bir polistiren tabakası vardı - bir yağmur damlasının karşılaşabileceği gerçek dünya yüzeyleri.

Toplanan yükler yapraktan 0.2 nanokulomb ile florlu kuvarsdan iki nanokulomb arasında değişiyordu. Bir yağmur damlasındaki bir nanokulomb birkaç bin volta karşılık gelir. Dört yüzeyin altındaki bakır plaka, Teflon kaplamaya rağmen 3.000 damladan sonra - kabaca bir öğleden sonra orta şiddette yağmur - korozyona uğramıştı. Atomik kuvvet mikroskobu, tüm Teflon filmden daha derin, metale kadar nüfuz eden birkaç nanometre derinliğinde çukurlar ortaya çıkardı. Kaymadan doğrudan düşen (ve dolayısıyla yük taşımayan) damlalar, aynı 3.000 darbeden sonra yüzeyi bozulmamış bıraktı.

Yüksek hızlı kameralar mekanizmayı çalışırken yakaladı. Nötr bir damla temas edene kadar pürüzsüz, yuvarlak bir alt kısım korur, ancak yüklü bir damlanın alt tarafı bir Taylor konisine - elektrostatik kuvvet yüzey gerilimini aştığında oluşan keskin bir şekle - uzar. Bu, damla ile metal arasındaki elektrik alanının suyu deforme edecek kadar güçlendiğini gösteriyordu. Damlayı iletken bir duvar üzerinde süzülen iletken bir küre olarak modelleyen ekip, iki nanokulomb taşıyan bir damlanın, yüzeyden hala yaklaşık 10 mikrometre uzaktayken Teflon'un bozulma eşiği olan milimetre başına 60 kilovolta ulaştığını hesapladı. Milimetre başına 19 kilovolta bozulan polistiren için bozulma 50 mikrometre uzakta meydana gelir.

Kaplama yalıtmayı bıraktığında, yük minyatür bir dielektrik bozulmayla içinden geçer; bu, kapasitörleri öldüren aynı arıza modudur. Yük transferi neredeyse tamdır: iki nanokulombla gelen bir damla 1.8'ini bakıra boşalttı ve başladığının %1'inden az olan sadece 0.016 nanokulombla sıçradı.

Bu etkinin sınırları vardır. On iki mikrometrelik polistiren filmler delindi, ancak 130 mikrometrelik filmler hayatta kaldı. Bununla birlikte, çoğu boya kaplaması yalnızca birkaç mikrometre kalınlığındadır ve nanokulomb ölçeğindeki yükler bunların çoğunu kırabilir. Delik açıldıktan sonra, açıkta kalan metal taze bir elektrik potansiyeliyle tuzlu bir damlanın içinde oturur ve korunması gereken yüzeyin sıradan elektrokimya yoluyla korozyona uğramasına izin verir.

Ekip, Raman spektroskopisi ve X-ışını kırınımı kullanarak korozyon ürünlerini tanımladı: küpöz oksit ve bazik bakır klorür - hava koşullarına maruz kalmış bakır çatılarda görülen soluk yeşil bileşik. Elementel haritalama, florin ve karbonun dışarı akarken oksijen ve klorun içeri aktığını gösterdi.