Recent onderzoek gepubliceerd in Nature onthult dat waterdruppels elektrisch geladen worden wanneer ze over gladde oppervlakken bewegen. Dit proces creëert een elektrisch veld waarbij het water een positieve lading krijgt en het metaal een negatieve lading. Wanneer dit veld sterk genoeg wordt, kan het metaal afbreken, wat resulteert in corrosie en putjes, zelfs bij materialen met beschermende coatings zoals Teflon.
Dit inzicht helpt verklaren waarom bepaalde industriële oplossingen tegen corrosie soms toch falen. Gezien de enorme economische impact van infrastructureel verval, is een beter begrip van dit proces essentieel voor sectoren zoals de petrochemie en farmaceutica om de betrouwbaarheid van producten en implantaten te vergroten.
Elektrische regen kan door metaal vreten
Door Megha Satyanarayana, geredigeerd door Claire Cameron
Het weer op aarde is doordrenkt van elektriciteit. Wanneer ijsdeeltjes en hagel in onze atmosfeer botsen, raken ze elektrisch geladen en hopen deze ladingen zich op, om uiteindelijk gigantische elektrische vonken in de vorm van bliksem te ontladen. Deze zijn onmogelijk te missen, maar zelfs kleine regendruppels kunnen elektrisch geladen worden terwijl ze vallen — en deze lading kan voldoende zijn om door metaal heen te vreten.
Onderzoek, dat vandaag is gepubliceerd in Nature, laat zien dat waterdruppels elektrisch geladen worden wanneer ze over gladde oppervlakken bewegen. Dit zou kunnen verklaren waarom regen metalen corrodeert, zelfs als ze zijn voorzien van beschermende coatings. Volgens Hans-Jürgen Butt, hoofdauteur van de studie en natuurkundige aan het Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz, Duitsland, helpt dit ook om antwoord te geven op een langdurige vraag in de natuurkunde en elektrochemie: waarom doet water er zo lang over om langs gladde oppervlakken naar beneden te bewegen, ondanks het schijnbare gebrek aan wrijving?
Butt en zijn collega's vermoeden dat er waarschijnlijk sprake is van verborgen chemische processen tussen het oppervlak en het water terwijl het naar beneden glijdt. Wanneer vaste stoffen tegen elkaar wrijven, kunnen ze een elektrische lading creëren — maar natuurkundigen dachten niet dat vloeistoffen op een soortgelijke manier zouden reageren. "Bij een vloeistof is er geen kracht die een binding zou kunnen verbreken," zegt Butt.
Het experiment
In de studie lieten Butt en zijn team waterdruppels langs verschillende oppervlakken lopen, zoals ramen en plantenbladeren, en over een koperplaat met een dunne coating van Teflon. De waterdruppels vraten door het Teflon heen en in het koper, waardoor er putjes ontstonden. Het team bekeek ook metalen met andere beschermende coatings en zag hetzelfde effect. Water dat direct op de platen viel zonder langs een ander oppervlak te glijden, bezat deze corrosieve kracht niet.
Na het bestuderen van de vorm van de druppels terwijl ze de coatings en metalen platen naderden, geloven de onderzoekers dat het water en de koperplaat een elektrisch veld creëren. Hierbij krijgt het water een positieve lading terwijl het over het oppervlak beweegt, en krijgt het metaal een negatieve lading.
Naarmate de druppel het metaal nadert, wordt het elektrische veld sterker. Uiteindelijk wordt het veld zo sterk dat het het metaal afbreekt.
Gevolgen en toepassingen
Geladen regen is niet zo elektrisch dat het gevaar oplevert voor mensen. Mensen hebben geprobeerd regenwater te verzamelen om elektriciteit op te wekken, maar dat is op grote schaal niet gelukt, aldri Butt. Desondanks zouden geladen waterdruppels kunnen verklaren waarom zelfs materialen die zijn behandeld met industriële oplossingen tegen corrosie, soms toch falen als deze niet correct zijn aangebracht of beschadigd raken.
Elke nieuwe informatie die helpt om corrosie te begrijpen is interessant, zegt Preet Singh, een materiaalkundige aan het Georgia Institute of Technology die corrosie bestudeert en niet betrokken was bij de studie. Het verval van onze infrastructuur is een probleem van biljoenen dollars — een betere beheersing van corrosie zou op de lange termijn geld en levens kunnen besparen, zegt hij.
"Ik denk dat als je betrouwbare producten wilt hebben, of het nu gaat om farmaceutica, petrochemie of zelfs implantaten, we een zeer goede controle over corrosie moeten hebben," voegt Singh toe.
Elektrische regen kan door metaal vreten
Door Megha Satyanarayana, geredigeerd door Claire Cameron
Het weer op aarde is doordrenkt van elektriciteit. Wanneer ijsdeeltjes en hagel in onze atmosfeer botsen, raken ze elektrisch geladen en hopen deze ladingen zich op, om uiteindelijk gigantische elektrische vonken in de vorm van bliksem te ontladen. Deze zijn onmogelijk te missen, maar zelfs kleine regendruppels kunnen elektrisch geladen worden terwijl ze vallen — en deze lading kan voldoende zijn om door metaal heen te vreten.
Onderzoek, dat vandaag is gepubliceerd in Nature, laat zien dat waterdruppels elektrisch geladen worden wanneer ze over gladde oppervlakken bewegen. Dit zou kunnen verklaren waarom regen metalen corrodeert, zelfs als ze zijn voorzien van beschermende coatings. Volgens Hans-Jürgen Butt, hoofdauteur van de studie en natuurkundige aan het Max Planck Institute for Polymer Research in Mainz, Duitsland, helpt dit ook om antwoord te geven op een langdurige vraag in de natuurkunde en elektrochemie: waarom doet water er zo lang over om langs gladde oppervlakken naar beneden te bewegen, ondanks het schijnbare gebrek aan wrijving?
Butt en zijn collega's vermoeden dat er waarschijnlijk sprake is van verborgen chemische processen tussen het oppervlak en het water terwijl het naar beneden glijdt. Wanneer vaste stoffen tegen elkaar wrijven, kunnen ze een elektrische lading creëren — maar natuurkundigen dachten niet dat vloeistoffen op een soortgelijke manier zouden reageren. "Bij een vloeistof is er geen kracht die een binding zou kunnen verbreken," zegt Butt.
Het experiment
In de studie lieten Butt en zijn team waterdruppels langs verschillende oppervlakken lopen, zoals ramen en plantenbladeren, en over een koperplaat met een dunne coating van Teflon. De waterdruppels vraten door het Teflon heen en in het koper, waardoor er putjes ontstonden. Het team bekeek ook metalen met andere beschermende coatings en zag hetzelfde effect. Water dat direct op de platen viel zonder langs een ander oppervlak te glijden, bezat deze corrosieve kracht niet.
Na het bestuderen van de vorm van de druppels terwijl ze de coatings en metalen platen naderden, geloven de onderzoekers dat het water en de koperplaat een elektrisch veld creëren. Hierbij krijgt het water een positieve lading terwijl het over het oppervlak beweegt, en krijgt het metaal een negatieve lading.
Naarmate de druppel het metaal nadert, wordt het elektrische veld sterker. Uiteindelijk wordt het veld zo sterk dat het het metaal afbreekt.
Gevolgen en toepassingen
Geladen regen is niet zo elektrisch dat het gevaar oplevert voor mensen. Mensen hebben geprobeerd regenwater te verzamelen om elektriciteit op te wekken, maar dat is op grote schaal niet gelukt, aldri Butt. Desondanks zouden geladen waterdruppels kunnen verklaren waarom zelfs materialen die zijn behandeld met industriële oplossingen tegen corrosie, soms toch falen als deze niet correct zijn aangebracht of beschadigd raken.
Elke nieuwe informatie die helpt om corrosie te begrijpen is interessant, zegt Preet Singh, een materiaalkundige aan het Georgia Institute of Technology die corrosie bestudeert en niet betrokken was bij de studie. Het verval van onze infrastructuur is een probleem van biljoenen dollars — een betere beheersing van corrosie zou op de lange termijn geld en levens kunnen besparen, zegt hij.
"Ik denk dat als je betrouwbare producten wilt hebben, of het nu gaat om farmaceutica, petrochemie of zelfs implantaten, we een zeer goede controle over corrosie moeten hebben," voegt Singh toe.
Groetjes,