Οι φορτισμένες σταγόνες βροχής ενδέχεται να προκαλέσουν φθορές στο χρώμα μέσω μικροσκοπικών ηλεκτρικών εκκενώσεων, οι οποίες λειτουργούν σαν μικροσκοπικοί κεραυνοί.
Τι συμβαίνει με τις καιρικές συνθήκες
Οι καιρικές συνθήκες φθείρουν σταδιακά τις βαμμένες και επικαλυμμένες επιφάνειες – κάτι που πιθανότατα έχει διαπιστώσει από πρώτο χέρι όποιος χρειάστηκε να ξαναβάψει έναν φράχτη. Το ίδιο πρόβλημα επηρεάζει και πολύ μεγαλύτερες κατασκευές. Εμβληματικά μνημεία, όπως ο Πύργος του Άιφελ και η Γέφυρα Γκόλντεν Γκέιτ, απαιτούν επανειλημμένες εργασίες βαφής και συντήρησης ώστε να διατηρούνται άθικτες οι προστατευτικές τους επιστρώσεις.
Παραδοσιακά, οι επιστήμονες απέδιδαν αυτού του είδους τη φθορά σε δύο κύριες διαδικασίες. Η πρώτη είναι η μηχανική καταπόνηση, κατά την οποία οι επαναλαμβανόμενες προσκρούσεις και η τριβή από τις σταγόνες εξασθενούν σταδιακά την επίστρωση ή προκαλούν την αποκόλληση τμημάτων της. Η δεύτερη είναι η χημική φθορά, ιδίως όταν το νερό περιέχει διαβρωτικές ουσίες, όπως οξέα ή άλατα.
Μια κρυφή ηλεκτρική πηγή φθοράς
Πλέον, ερευνητές εντόπισαν έναν ακόμη παράγοντα που ενδέχεται να συμβάλλει στην αστοχία της επίστρωσης: το ηλεκτρικό φορτίο που φέρουν οι σταγόνες του νερού. Την έρευνα διηύθυνε ο Hans-Jürgen Butt, διευθυντής στο Ινστιτούτο Max Planck για την Έρευνα Πολυμερών (Max Planck Institute for Polymer Research), σε συνεργασία με ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βόννης, το Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Νότιας Κίνας, το MIT και το Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Μάιντς.
«Πριν από μερικά χρόνια, μελετήσαμε τη φυσική πίσω από τον τρόπο με τον οποίο οι σταγόνες νερού αποκτούν φορτίο καθώς γλιστρούν πάνω σε επιφάνειες. Πρόκειται για ένα είδος "ηλεκτρισμού τριβής" στις σταγόνες, το οποίο είναι πολύ πιο σύνθετο από φυσική άποψη σε σχέση με ό,τι πιστεύαμε παλαιότερα», δηλώνει ο Rüdiger Berger, επικεφαλής ομάδας στο τμήμα «Φυσική των Διεπιφανειών» (Physics at Interfaces). «Όταν τέτοιες φορτισμένες σταγόνες προσκρούουν σε μια επίστρωση, εκκενώνουν το φορτίο τους τοπικά και μπορούν να διαπεράσουν το στρώμα σε συγκεκριμένα σημεία –σαν ένας μικρός κεραυνός– επηρεάζοντας έτσι την ανθεκτικότητα της επίστρωσης».
Με άλλα λόγια, οι σταγόνες μπορούν να αποκτήσουν ηλεκτρικό φορτίο καθώς κινούνται πάνω σε ορισμένα υλικά. Όταν στη συνέχεια προσκρούουν σε μια επικαλυμμένη επιφάνεια, το φορτίο αυτό μπορεί να εκτονωθεί σε ένα πολύ μικρό σημείο, προκαλώντας τοπική ηλεκτρική φθορά.
Δοκιμές σε χιλιάδες σταγόνες νερού
Για να εξετάσουν αυτό το φαινόμενο, οι ερευνητές άφησαν αρχικά σταγόνες να πέσουν σε μια επιφάνεια ομοιόμορφα καλυμμένη με Teflon, ένα υλικό ευρέως γνωστό για τη χρήση του στα τηγάνια. Όταν οι σταγόνες δεν έφεραν ηλεκτρικό φορτίο, η επίστρωση δεν παρουσίασε ορατές αλλαγές κάτω από το μικροσκόπιο, ακόμη και μετά από 3.000 προσκρούσεις.
Στη συνέχεια, η ομάδα τροποποίησε το πείραμα, επιτρέποντας στις σταγόνες να κυλήσουν πάνω σε Στη συνέχεια, αφέθηκαν να πέσουν πάνω στην επικάλυψη τεφλόν. Αφού 3.000 φορτισμένες σταγόνες προσέκρουσαν στην επιφάνεια, η μικροσκοπική εξέταση αποκάλυψε σαφείς αλλαγές τόσο στην επικάλυψη όσο και στο μέταλλο που βρισκόταν από κάτω της.
Διαφορετικές Επιφάνειες Παράγουν Διαφορετικά Φορτία
Το ποσό του φορτίου που συγκέντρωνε μια σταγόνα διέφερε σημαντικά ανάλογα με το υλικό πάνω από το οποίο περνούσε.
«Το φορτίο που αποκτά μια σταγόνα καθώς γλιστρά εξαρτάται άμεσα από τη συγκεκριμένη επιφάνεια — μετρήσαμε διαφορές που έφταναν έως και τη δεκαπλάσια τιμή», εξηγεί ο Zhongyuan Ni, κύριος συντάκτης της μελέτης. «Παρά ταύτα, καταφέραμε να εντοπίσουμε αλλαγές στην επικάλυψη σε όλα τα πειράματα».
Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα ηλεκτρικά φαινόμενα που προκαλούνται από την κίνηση του νερού ενδέχεται να αποτελούν ένα ακόμη σημαντικό κομμάτι του παζλ για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο φθείρονται με την πάροδο του χρόνου οι προστατευτικές επιστρώσεις.
Προς Προστατευτικές Επιστρώσεις Μεγαλύτερης Διάρκειας Ζωής
Οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα ευρήματα, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Nature, θα μπορούσαν τελικά να βοηθήσουν τους μηχανικούς να αναπτύξουν επιστρώσεις πιο ανθεκτικές σε αυτή τη νεοανακαλυφθείσα μορφή φθοράς. Τέτοιου είδους βελτιώσεις θα μπορούσαν να βρουν εφαρμογή σε τομείς που κυμαίνονται από μνημεία πολιτιστικής κληρονομιάς και μεγάλες υποδομές έως αυτοκίνητα και κοινές βαμμένες επιφάνειες στο σπίτι, συμπεριλαμβανομένου του γνωστού φράχτη του κήπου.
www.worldenergynews.gr
