A tinta exposta aos elementos não dura para sempre. As cercas do jardim podem exigir uma nova camada depois de apenas alguns anos, à medida que o clima desgasta gradualmente a superfície. O mesmo problema básico afecta estruturas muito maiores, incluindo a Torre Eiffel e a Ponte Golden Gate, que requerem uma extensa repintura para manter os seus revestimentos protectores em boas condições.
Os cientistas tradicionalmente acreditam que dois processos principais são responsáveis por este tipo de degradação. Um deles é o estresse mecânico, no qual o contato repetido com gotículas de água cria fricção que destrói gradualmente um revestimento ou faz com que pedaços dele se soltem. O segundo são os danos químicos, especialmente quando a água contém substâncias como ácido ou sal.
uma fonte elétrica oculta de dano
Agora, os investigadores identificaram um mecanismo adicional que tinha escapado à atenção: a carga eléctrica transportada pelas gotículas de água.
O trabalho foi liderado por Hans-Jürgen Butt, Diretor do Instituto Max Planck de Pesquisa de Polímeros, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Bonn, da Universidade de Tecnologia do Sul da China, do MIT, e da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz.
“Há alguns anos, investigamos a física por trás de como as gotas de água ficam carregadas enquanto deslizam nas superfícies. Esta é uma espécie de ‘eletricidade de fricção’ nas gotículas e é fisicamente muito mais complexa do que se pensava anteriormente, “diz Rüdiger Berger, líder do grupo no departamento de “Física em Interfaces”. “Quando essas gotículas carregadas atingem um revestimento, elas são descarregadas localmente e podem perfurar a camada em locais específicos, como um pequeno relâmpago – resultando em um impacto na durabilidade do revestimento.”
Em outras palavras, uma gota pode adquirir carga elétrica enquanto se move sobre uma superfície. Quando subsequentemente atinge uma camada protetora, essa carga pode descarregar repentinamente no ponto de impacto, danificando potencialmente o material.
Testando milhares de gotas de água
Para testar quantos danos esses minúsculos fenômenos elétricos podem causar, os pesquisadores começaram com uma superfície uniformemente coberta com Teflon, um material amplamente conhecido por seu uso em frigideiras.
Eles jogaram repetidamente gotas de água sem carga no Teflon. Mesmo após 3.000 impactos, os testes microscópicos não mostraram alterações visíveis no revestimento.
A equipe então modificou o experimento permitindo que as gotículas rolassem sobre materiais normais antes de atingirem o Teflon. Isso inclui folhas de plantas domésticas, PVC e poliestireno, como os encontrados em janelas de plástico.
À medida que a água se movia através desses materiais, cargas elétricas acumulavam-se nas gotículas. As gotículas carregadas foram então deixadas cair na superfície do Teflon.
Desta vez o resultado foi bem diferente. Após 3.000 impactos, o exame microscópico revelou alterações visíveis tanto na superfície protetora quanto no metal abaixo dela.
Superfícies diferentes criam cargas diferentes
A quantidade de carga elétrica que uma gota adquire depende muito do material através do qual ela passou.
“A quantidade de carga que uma gota carrega quando desliza depende em grande parte da superfície específica – medimos diferenças de até um fator de dez”, explica Zhongyuan Ni, primeiro autor do estudo. “Apesar disso, conseguimos detectar alterações no revestimento em todos os experimentos”.
Apesar dessas grandes diferenças de carga, cada experiência envolvendo gotículas carregadas produziu alterações detectáveis no revestimento.
Rumo a revestimentos protetores duradouros
As descobertas sugerem que a água pode contribuir para a degradação gradual das superfícies protetoras. Juntamente com o atrito e as reações químicas, pequenas descargas elétricas de gotículas carregadas também podem desempenhar um papel na degradação dos revestimentos ao longo do tempo.
Os investigadores esperam que esta descoberta, publicada na revista Nature, ajude os cientistas a desenvolver revestimentos mais eficazes e duradouros. Esses materiais podem melhorar a protecção de locais de património cultural, automóveis, grandes estruturas e até vedações de jardins comuns.
