Yağmur damlaları, aslında minik birer yıldırım mı?

Yağmurun metalleri paslandırması genellikle suyun taşıdığı tuzlar, asitler ve oksijenle açıklanıyor. Ancak Almanya’daki Max Planck Polimer Araştırmaları Enstitüsü’nden araştırmacıların çalışması, özellikle koruyucu kaplamalar söz konusu olduğunda sürecin farklı bir yönüne dikkat çekti. Buna göre yağmur damlaları, bazı yalıtkan kaplamaları aşındırmadan da elektriksel olarak delebiliyor.

Araştırmanın merkezinde “kayma elektriklenmesi” adı verilen bir olay bulunuyor. Su damlası yaprak, pencere camı veya boyalı bir duvar gibi bir yüzeyden kayarken yüzeydeki elektrik yükünü beraberinde taşıyabiliyor.

Araştırmacılar bu süreci gerçek yağmura benzetmek için 50 derece eğimli yüzeylerden kaydırdıkları su damlalarını teflon kaplı bakır plakaların üzerine düşürdü. Kayma sırasında nano-kulomb seviyesinde yüklenen damlaların elektrik potansiyeli birkaç bin volta ulaşabildi. Yaklaşık bir öğleden sonra sürecek orta şiddetteki yağmura denk gelen 3.000 damla darbesinin ardından teflon kaplamada delinmeler oluştu ve alttaki bakır korozyona uğradı. Buna karşılık, elektrik yükü taşımayan ve doğrudan yüzeye bırakılan damlalar kaplamada herhangi bir hasara yol açmadı.

Yüksek hızlı kameralar da sürecin nasıl gerçekleştiğine dair önemli bir ayrıntı ortaya çıkardı. Yüklü damla metal yüzeye yaklaşırken alt kısmı sivriliyor ve “Taylor konisi” olarak bilinen şekli alıyor. Yaklaşık iki nano-kulomb yük taşıyan bir damla, yüzeyden yalnızca 10 mikrometre uzaktayken teflonun yalıtkanlık sınırı olan milimetre başına 60 kilovoltluk elektrik alanına ulaşabiliyor.

Bu noktada teflon yalıtkan özelliğini kaybediyor. Elektrik yükü, küçük bir elektriksel delinme üzerinden kaplamayı aşarak altındaki metale ulaşıyor. Koruyucu bariyerin bozulmasının ardından bakır yüzey tuzlu su çözeltisiyle temas ediyor ve oksitlenme ile korozyon süreci hız kazanıyor.

Kaplama kalınlığı tek başına çözüm olmayabilir

Araştırmacılar, metal veya iletken bir tabakanın kaplamanın altında bulunmasının elektrik alanını güçlendirdiğini de belirledi. Kaplama kalınlığı arttıkça dayanıklılık yükselse de uçak yüzeyleri, dış mekan elektronik cihazları ve optik sistemlerde bunu her zaman yapmak mümkün değil.

Bu nedenle ekip, dış mekanlarda kullanılan koruyucu kaplamaların yalnızca kimyasallara karşı dayanıklılığı üzerinden değerlendirilmemesi gerektiğini savunuyor. Kaplamaların maruz kalabilecekleri elektrik alanının gücü de tasarım aşamasında hesaba katılmalı.