Металните предмети и конструкции навсякъде около нас се нуждаят от защита срещу корозия – от любимите ни автомобили до емблематични сгради, скулптури и кораби.

Ново изследване обаче разкрива неподозиран досега източник на корозия, чието въздействие досега не е било отчитано.

Става дума за електрически заредената вода. Тя може да придобие заряд по различни начини – например при преминаването си през гръмотевичен облак или докато се плъзга по повърхността на различни материали.

Известно е, че водата може както да се наелектризира, така и да предизвиква корозия на металите. Затова изследователи от Института за изследване на полимери „Макс Планк“ в Германия решават да проверят дали между тези два процеса съществува връзка.

Електрическият заряд пробива защитното покритие

Експериментите на екипа показват, че електрически заредената вода може да образува микроскопични отвори в обичайно защитно покритие върху мед. Това става чрез интензивен електрически процес, известен като диелектричен пробив.

„Доказахме, че тези заредени капки могат да предизвикат електрически пробив в покритието и да доведат до корозия на метала“, пишат изследователите в своята публикация.

„Тъй като електрически заредените водни капки възникват спонтанно в природата, този пренебрегван досега механизъм на корозия може да допринася за разрушаването на обекти на културното наследство, сгради, кораби, автомобили и други метални компоненти.“

Учените провеждат поредица от експерименти с различни материали и при различни условия.

Изследователите установяват, че при движението на водните капки по различни повърхности в тях се натрупва електрически заряд, който уврежда отделните материали в различна степен. (Ni et al., Nature, 2026)

Хиляди капки върху мед и злато

При първия експеримент водни капки се търкалят по четири често срещани повърхности – листо на растение, тънка плоскост от разпенен PVC, полистирен и кварц с водоотблъскващо покритие. След това падат върху медни образци, покрити с тефлон или полистирен.

При друг експеримент капките се плъзгат по непрекъснат тефлонов слой, положен върху два разположени един до друг материала.

Изследователите измерват електрическия заряд на капките по време на движението им. След това анализират следите от корозия, останали след въздействието на хиляди и хиляди капки, които се удрят в покритите метални повърхности или се плъзгат по тях.

Резултатите от експериментите показват, че водните капки могат да увреждат метали като мед и злато дори когато те са защитени с покритие. Пораженията възникват не само при удара на капките в повърхността, но и при самото им движение по нея.

С помощта на мощен микроскопски метод учените успяват да разгледат пораженията отблизо и да определят какви вещества са се образували при протеклите корозионни реакции.

Когато върху защитената мед попадат електрически неутрални водни капки, не се наблюдават никакви увреждания.

Увеличени изображения на част от пораженията в металните покрития след въздействието на 3000 заредени капки. (Ni et al., Nature, 2026)

Как движещата се вода придобива електрически заряд

Едва наскоро учените установиха, че плъзгащите се водни капки могат да се наелектризират чрез обмен на заряди с повърхността. Процесът наподобява начина, по който възниква статичното електричество. Връзката между движещата се вода и електрическия заряд може да се наблюдава и при известния експеримент, който показва как две струи течаща вода могат да произведат електричество.

Новото изследване задълбочава представите ни за въздействието, което заредените капки могат да оказват върху материалите от всекидневието.

Щом защитното покритие бъде нарушено и металът остане открит, той става уязвим към корозия. Разбира се, учените отдавна знаят, че дъждът и водата разрушават металите. Възможно е обаче досега част от тези поражения да са били обяснявани неправилно, което означава, че и използваните средства за защита невинаги са били най-подходящите.

„Традиционното обяснение свързва разрушаването на защитните покрития под въздействието на водни капки главно с два механизма: механичното износване, причинено от движещите се капки, и химическото разграждане вследствие на съдържащите се в тях киселинни вещества и замърсители“, пишат учените.

Колко сериозен е рискът извън лабораторията?

Резултатите са красноречиви, но изследването е проведено само в лабораторни условия. Засега не е ясно например каква част от дъждовната вода носи достатъчно силен електрически заряд, за да уврежда металите. Вече е известно обаче, че електрическите полета могат да влияят върху образуването и поведението на водните капки.

Въпреки това подобна опасност е напълно възможна. Бъдещите изследвания би трябвало да покажат по-ясно каква част от разрушаването на материалите се дължи именно на електрически заредените водни капки.

„Заредени капки могат да възникнат по естествен път в облаците, гръмотевичните бури, океанските вълни, фонтаните и водопадите, както и когато водата се плъзга по хидрофобни материали, преди да попадне върху покрития метал“, обясняват изследователите.

„Такива капки се образуват и при промишлени процеси като електростатичното разпръскване, мастиленоструйния печат и реакциите в химическото и фармацевтичното производство. Следователно този източник на корозия може да има значение за множество всекидневни и промишлени процеси.“

Необходими са по-устойчиви защитни покрития

Ако учените успеят да определят по-точно каква заплаха представлява електрически заредената вода за защитените метали, те биха могли да разработят и по-добри покрития, способни да предотвратяват наблюдавания диелектричен пробив.

Сега, когато вече знаят какво да търсят, авторите на изследването смятат, че подобна корозия вероятно засяга и други материали извън включените в експериментите. Механизмът напомня в умален мащаб за процеса, при който натрупаният заряд преодолява изолационните свойства на дадена среда – явление, което се наблюдава и при възникването на мълниите във вулканичните облаци.

„Естествено заредените капки могат да предизвикат електрически пробив в защитното покритие и така да поставят началото на корозията на покритите метали или да ускорят вече протичащия процес“, пишат изследователите.

„Нашите открития могат да допринесат за усъвършенстването на методите за защита от корозия и подчертават необходимостта от покрития, способни да устояват на пораженията, причинявани от електрически заредените водни капки.“

Изследването е публикувано в списание Nature.