雨水落在车上、桥上、雕像上,日复一日,我们通常只担心它"打湿"或者"冻裂"。但一项新数据提示,雨滴对金属的破坏可能还有一条不太起眼的路径:先带上电,再去啃金属。
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关键不在所有雨。研究人员指出,只有那些先沾上电荷的雨滴才可能造成这类损伤。而雨滴获得电荷的一种方式,就是沿着别的表面滑下去——树叶、玻璃、建筑外墙,都算。
带电荷的雨滴随后可以把电荷转移给电学性质合适的材料,金属就在其中。这种转移最终会腐蚀金属,也就是把金属一点点"吃掉"。新数据还显示,即便金属表面做了防护涂层,照样可能被腐蚀。
这些发现发表在 9 月 10 日的《自然》(Nature)上。
在此之前,科学界已经知道水滴能靠不断撞击磨损结构,也知道雨水里可能含有少量腐蚀性成分,比如酸。但带电的水滴会不会造成损伤,一直不清楚。提出这个问题的,是德国美因茨马克斯·普朗克高分子研究所的物理学家 Zhongyuan Ni(倪中元)。
事情的起点有点偶然。在早期实验里,Ni 用几百颗水滴反复冲击一块铜表面,没看到损伤。后来有一天,他说自己"就让实验继续跑着",人跑去喝咖啡或者干别的,差不多把这事忘了。回来时,铜的样子变了。一位同事提醒他,这块铜可能以某种方式被破坏了。
这个意外把 Ni 的团队推向了更细的追查。
他们持续把水滴释放到涂了特氟龙的铜表面上。选这两种材料是有讲究的:铜比许多金属更耐腐蚀,特氟龙又是一种格外结实的防护涂层。研究人员的推理很直接——如果水滴能啃进这样一层受保护的表面,那么带电的雨滴大概率也能对别的金属做同样的事。
实验分了两路。一部分水滴被赋予电荷,办法是让水沿着树叶或建筑材料滑过;另一部分不带电的水滴,则被直接滴到特氟龙涂层铜上。
放到显微镜下看,结果分得很清楚:
- 所有被带电水滴击中的铜表面,都出现了损伤;
- 带电的水已经穿透特氟龙,开始腐蚀下面的铜;
- 不带电的水滴,没有引发这类损伤。
类似的效果还出现在另外两种样品上——覆盖聚苯乙烯玻璃这种防护涂层的铜和黄金。可见带电的水能穿透的,不止特氟龙一种涂层。
德国斯图加特大学的物理学家 Stefan Weber 没有参与这项研究,他表示,新发现可能为更好的防腐蚀涂层铺路。
水珠带电并不稀奇,在云里可能带电,沿着你的挡风玻璃滑下去也可能带电。但 Ni 说,这不该让人害怕,因为这类效应很小。不过,当汽车、船舶、纪念碑和机械长年暴露在风吹雨打里,这些小效应是会累积的。
他的态度是,小电荷不该被忽略。哪怕它们很微小,"有时候它们会扮演重要角色"。
所以下次看到雨滴从叶尖滑落,可以多想一层:那一滑,可能已经给它充上了电。至于这点电在几年、十几年里能对金属做些什么,正是接下来要算清楚的账。
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