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为什么雨水会侵蚀金属结构上的保护涂层？研究人员提出了一个新想法：带电液滴
长期以来，科学家们将雨水造成的损害归因于酸性物质的物理磨损和化学降解。一项新研究提供了第三种想法，可以帮助研究人员开发更持久的涂层并保存重要物体
来源:《航空与航天杂志》为什么雨水会侵蚀金属结构上的保护涂层？研究人员提出了一个新想法：带电液滴
长期以来，科学家们将雨水造成的损害归因于酸性物质的物理磨损和化学降解。一项新研究提供了第三种想法，可以帮助研究人员开发更耐用的涂层并保存重要物品
全年，画家们都会在旧金山的金门大桥上涂上一层红橙色涂层。该结构的保护层需要不断维护，因为如果暴露在含盐的空气中，下面的钢材可能会腐蚀。
恶劣的环境条件（包括降雨）会剥落桥梁的油漆。 长期以来，科学家们一直认为雨滴会造成磨损，因为雨滴滑落时会物理性地刮擦涂层，并且含有可以化学降解涂层的酸性成分。现在，新的研究表明另一个罪魁祸首可能有助于推动这种破坏：静电。
它可以发挥作用，因为水滴在光滑的表面（例如植物叶子、昆虫翅膀、建筑墙壁和窗玻璃）上滑动时会带电。根据 8 月 26 日发表在《自然》杂志上的一项研究，当这些带电水滴落在有涂层的金属上时，它们会产生微放电，能够破坏聚四氟乙烯等保护涂层并损坏底层金属。
几个世纪以来，人们就知道将两种固体摩擦在一起会产生电荷，即所谓的摩擦起电。将气球摩擦你的头发，接触会导致头发中的电子跳到气球上，使后者获得负电荷，而你的头发获得正电荷。
长期以来，液体被认为无法以这种方式产生静电荷，因为它们缺乏固体的原子级表面粗糙度。 “对于液体来说，没有任何力可以破坏化学键，”该研究的合著者、德国马克斯·普朗克聚合物研究所的物理学家 Hans-Jürgen Butt 告诉《科学美国人》的 Megha Satyanarayana。
有趣的事实：火星上的摩擦充电
去年，研究人员报告称，借助美国宇航局的毅力号火星车，他们在火星上录制了迷你闪电的声音。他们怀疑这种现象是由风暴期间红色星球上旋转的尘埃摩擦起电引起的。
但近年来，研究人员意识到滑动的水滴可以带上电荷。为了研究电雨是否会影响金属涂层，巴特和同事将水滴滴到倾斜的绝缘材料上，包括植物叶子、PVC泡沫板和玻璃，然后让液体流下并落到涂有聚四氟乙烯的铜上。
仅涂抹几十滴就没有明显的磨损。但当研究小组使用 3,000 个带电液滴时，强大的显微镜显示出令人惊讶的损伤程度。水已经侵蚀了聚四氟乙烯，并在下面的铜上留下了凹坑，就像刮伤的皮肤一样。相比之下，水直接滴到有涂层的铜上不会引起腐蚀。
研究人员推测，当液滴从表面滑下时，它们会获得微小的正电荷。当液滴接近涂层金属时，液滴与底层金属之间的电势差可能超过 1,000 伏。
佐治亚理工学院的材料科学家 Preet Singh 对此表示同意。 “我认为，如果你想拥有可靠的产品，无论是药品、石化产品，甚至是植入物，我们都需要对腐蚀有很好的控制，”没有参与这项研究的辛格告诉《科学美国人》。
研究小组发现，这些液滴携带着 0.2 到 2.0 纳库仑之间的微小电荷，低于门把手上典型的静电放电。但“即使带少量电荷，它们仍然会造成损害，”该研究的合著者、马克斯·普朗克聚合物研究所的物理学家倪中元告诉《化学与工程新闻》的安妮·罗斯。 “这真是令人惊讶。”
由于汽车和船舶上的商用涂层通常比实验中使用的聚四氟乙烯涂层更厚，因此这些带电液滴不会对现代车辆造成直接危险，巴特告诉《物理世界》的蒂姆·沃根。然而，这个过程可以帮助解释为什么历史建筑上的保护涂层在很长一段时间后会失效，导致下面的材料暴露在自然环境中。据估计，美国的腐蚀每年给该国造成的损失超过 2 万亿美元。
“这一发现很重要，因为它表明水滴的电状态，而不仅仅是其化学成分、酸度或机械冲击，可以影响腐蚀的开始方式，”纽约宾厄姆顿大学材料科学家周广文（未参与这项工作）告诉 C&EN。 “这种观点可以开辟新的方法来设计保护涂层和材料，这些涂层和材料在存在带电水滴的环境中更耐腐蚀。”