Yağmurun korozyona yol açması genelde suyun taşıdığı çözünmüş tuzlar ve asitlerle, damlaların yüzeyi aşındırması ve oksijenin devreye girmesiyle açıklanır. Bu yüzden boya, polimer film ve oksit tabakası gibi koruyucu çözümler de çoğunlukla kimyasal ve mekanik etkilere karşı tasarlanır. Ancak yeni bir çalışma, yağmur damlalarının gözden kaçan başka bir etkisine işaret ediyor: elektrik yükü.
Max Planck Institute for Polymer Research bünyesinde Zhongyuan Ni, Rüdiger Berger ve Hans-Jürgen Butt liderliğinde yürütülen araştırma, su damlalarının bir yüzeye ulaştıklarında yalıtkan kaplamayı elektriksel olarak delmeye yetecek kadar yük taşıyabildiğini gösteriyor. Buradaki mekanizma yüzeyi yavaş yavaş çözmekten ya da fiziksel olarak çizmekten farklı. Araştırmacılara göre etki, iki nokta arasından atlayan bir kıvılcımın bıraktığı hasara daha yakın.
Çalışmanın çıkış noktası, son yıllarda daha iyi ölçülebilen “slide electrification” adı verilen olgu. Bir su damlası yaprak, boyalı duvar, pencere camı veya plastik panel gibi yalıtkan bir yüzey üzerinde kayarken o yüzeyden elektrik yükü alıyor ve geride zıt işaretli yük bırakıyor. Bu süreçte ortaya çıkan gerilimler de düşük değil. Daha önce bu şekilde yüklenen damlalarda 9.000 V seviyesine kadar ölçüm yapılmış durumda.
Araştırma ekibi, bu yükün damlanın çarptığı bir sonraki yüzey üzerinde ne yaptığını görmek istedi. Bunun için yaklaşık büyük bir yağmur damlası boyutundaki 35 mikrolitrelik su damlaları kullandılar. Yağmur suyunu taklit etmek amacıyla suya az miktarda tuz eklendi. Damlalar 50 derecelik eğime sahip bir yüzey üzerinde yaklaşık dört santimetre kaydırıldı, bu sırada yük kazandı, ardından kenardan ayrılıp 5 mm aşağıdaki bakır plaka üzerine düştü. Bu plakanın üzerinde 60 nm kalınlığında Teflon kaplama bulunuyordu. Teflon, kimyasal dayanımı en yüksek kaplamalardan biri olarak biliniyor.
Eğimli yüzeyler laboratuvar koşullarında rastgele seçilmedi; araştırmacılar günlük hayattaki yağmur temasını taklit etmeye çalıştı. Kullanılan yüzeylerden biri ofiste yetişen bir Tradescantia spathacea bitkisinin yaprağıydı. Diğerleri ise hırdavatçıdan alınan PVC köpük levha ile pencere kaplaması olarak satılan şeffaf polistiren levhaydı. Dördüncü yüzey olan kuvars üzerindeki florlu kaplama ise daha çok laboratuvar tipi bir düzenek olarak değerlendirilebilir. Damlaların bu yüzeylerden topladığı yük miktarı, yaprakta 0.2 nanocoulomb ile florlu kuvarsta iki nanocoulomb arasında değişti. Yağmur damlası boyutundaki bir hacimde bu değerler birkaç bin volta karşılık geliyor.
Çalışmanın kritik sonucu, bu yükün yalnızca ölçülebilir olmakla kalmayıp kaplama üzerinde gerçek hasar oluşturabilmesi. Araştırmacıların düzenekle hedeflediği soru, damlanın yüklü halde yalıtkan bir kaplamaya temas ettiğinde enerjinin nasıl boşaldığıydı. Elde edilen bulgular, boşalmanın kaplamada mikroskobik delikler açabilecek düzeyde olduğunu ortaya koyuyor. Yani burada klasik anlamda kimyasal aşınmadan önce devreye giren elektriksel bir zayıflama mekanizması söz konusu.
Bu bulgu, özellikle dış ortamda çalışan kaplama sistemleri açısından önemli olabilir. Boyalar, polimer filmler ve ince koruyucu katmanlar çoğu zaman su, tuz, UV ışınımı ve mekanik aşınmaya göre değerlendirilir. Eğer yağmur damlaları temas etmeden önce başka bir yüzey üzerinde kayarak yüksek gerilimli yükler kazanabiliyorsa, yalıtkan kaplamaların dayanıklılığı yalnızca kimyasal direnç ya da sertlikle açıklanamayabilir. Kaplamanın dielektrik dayanımı da pratikte daha kritik hale gelebilir.
Özellikle ince film yapılar için bu sonuç dikkat çekici. Deneyde kullanılan Teflon tabaka yalnızca 60 nm kalınlığındaydı. Bu kadar ince katmanlarda lokal elektrik alanın yükselmesi, küçük bir temas noktasında delinmeye neden olabilir. Böyle bir başlangıç hasarı sonrasında kaplamanın altında bulunan metal yüzey çevresel etkilere daha açık hale gelebilir ve uzun vadeli korozyon süreci hızlanabilir.
Çalışma, yağmurun korozyon üzerindeki etkisine yeni bir katman ekliyor. Suyun kimyasal içeriği, damla çarpmasının mekanik etkisi ve oksijenle gelişen reaksiyonlar elbette önemini koruyor. Ancak damlanın yüzeye ulaşmadan önce taşıdığı elektrik yükünün de hesaba katılması gerektiği anlaşılıyor. Bu da gelecekte kaplama tasarımlarında yalnızca su iticilik veya kimyasal inertlik değil, elektriksel boşalma davranışının da daha fazla dikkate alınabileceğini düşündürüyor.
Araştırmanın anlattığı temel nokta şu: yağmur damlası pasif bir su parçacığı değil. Uygun koşullarda yüzeyler arasında hareket ederken anlamlı miktarda yük biriktirebiliyor ve bu yük, son temas ettiği kaplama için doğrudan bir hasar mekanizmasına dönüşebiliyor. Özellikle yalıtkan ince filmler söz konusu olduğunda, korozyona giden yol bazen kimyasal çözünmeden önce çok küçük bir elektriksel delinmeyle başlayabiliyor.
