خودروها، پل‌ها و ساختمان‌ها؛ قربانیان پنهان باران الکتریکی

به گزارش هیچ یک ، وبگاه ارس تکنیکا در گزارشی آورده است:

توضیح استاندارد برای خوردگی ناشی از باران، آب حاوی نمک و اسید، ضربات مداوم و اکسیژن است؛ اما یک مطالعه جدید از مؤسسه ماکس پلانک آلمان نشان داده که قطره‌های آب معمولاً با نوعی بار الکتریکی به سطح می‌رسند که به‌اندازه کافی قوی است که می‌تواند از یک پوشش عایق عبور کند و مانند یک جرقه، سوراخی الکتریکی در آن ایجاد کند.

بارانِ باردار

پدیده الکتریسیته لغزشی (تولید بار هنگام لغزش قطره روی سطح) که در سال‌های اخیر اندازه‌گیری شده، نشان می‌دهد بار قطره‌های باران تا ۹ هزار ولت است؛ در حالی که ولتاژ خانگی ۲۲۰ ولت است. پژوهشگران قطره‌های ۳۵ میکرولیتری (به اندازه یک قطره بزرگ باران) را روی سطحی با زاویه ۵۰ درجه رها کردند. قطره‌ها پس از لغزش و کسب بار، روی صفحه مسی با پوشش تفلون (۶۰ نانومتر) فرود آمدند.

آسیب‌های ناشی از بار الکتریکی

پس از ۳ هزار برخورد (معادل بارش متوسط باران در یک بعدازظهر)، صفحه مسی با وجود تفلون دچار خوردگی شد. میکروسکوپ نیروی اتمی حفره‌هایی عمیق‌تر از ضخامت لایه تفلون نشان داد؛ یعنی آسیب از پوشش عبور کرده و به فلز رسیده است. قطره‌های بدون بار، پس از ۳ هزار برخورد سطح را دست‌نخورده باقی گذاشتند.

سازوکار آسیب

دوربین‌های پرسرعت نشان دادند که قطره‌های باردار با نزدیک‌شدن به سطح، به شکل مخروطی درمی‌آیند که نشانه میدان الکتریکی قوی است. محاسبات نشان داد یک قطره با بار دو نانوکولن، میدان ۶۰ کیلوولت بر میلی‌متر ایجاد می‌کند که آستانه شکست تفلون است. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که قطره هنوز ۱۰ میکرومتر با سطح فاصله دارد. بار تقریباً به‌طور کامل به فلز منتقل می‌شود و تخلیه الکتریکی، پوشش را می‌شکافد.

آسیب‌های شیمیایی و مکانیکی

پس از شکست پوشش، فلز در معرض قطره نمکی با پتانسیل الکتریکی قرار می‌گیرد و خوردگی آغاز می‌شود. محصولات خوردگی شامل اکسید مس و کلرید مس (همان ترکیب سبز روی بام‌های مسی قدیمی) است. پوشش‌های پلیمری نیز تغییر شیمیایی پیدا می‌کنند و پیوندهای جدیدی در آن‌ها ایجاد می‌شود که نشان از تخریب الکتریکی دارد.

پس از ۱۰ هزار برخورد، خواص محافظتی تفلون بیشتر از چهار ساعت غوطه‌وری در آب نمک کاهش یافت و پس از ۵۰ هزار برخورد، ناحیه خورده‌شده به بیش از یک میلی‌متر رسید.

پیامدها برای صنعت

نویسندگان مقاله معتقدند این یافته برای مواد مرکب پیامدهای عمیقی دارد. پل‌ها، بدنه کشتی‌ها، فولاد رنگ‌شده، محفظه‌های پلیمری تجهیزات الکترونیکی فضای باز و سازه‌های فلزی تاریخی، همه در معرض این خطر هستند.

پژوهشگران پیشنهاد می‌کنند که ضخیم‌ترکردن پوشش‌ها، مانند استفاده از لایه‌های ۱۳۰ میکرومتری پلی‌استایرن، می‌تواند از این آسیب جلوگیری کند؛ اما در بسیاری از کاربردها مانند پوشش‌های نوری (شیشه‌های ضد انعکاس) یا بدنه هواپیما، ضخامت پوشش محدود است. به‌گفته آن‌ها، آنچه واقعاً نیاز است، پوشش‌هایی است که بر اساس مقاومت در برابر میدان الکتریکی طراحی شوند، نه فقط مقاومت شیمیایی.

جزئیات این پژوهش در نشریه سایِنس/ Science منتشر شده است.