Wenn Rost vom Baum fällt: Geladene Tropfen können Korrosion von Oberflächen bewirken

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Tropfen können sich beim Rutschen über Oberflächen elektrisch aufladen. Fallen Sie danach auf eine Beschichtung, wie z. B. bei einem Auto, kann diese durch die Entladung des Tropfens angegriffen und dauerhaft geschädigt werden. | Copyright: © Katharina Maisenbacher / MPI-P | Download

Viele kennen es aus dem Alltag: Der Anstrich am Gartenzaun muss nach einigen Jahren erneuert werden – „das Wetter hat ihm zugesetzt“. Doch auch größere Bauten, vom Eifelturm bis zur Golden Gate Bridge müssen zum Erhalt in mühevoller Arbeit neu lackiert werden. Bislang galten vor allem zwei Ursachen als treibende Kräfte hinter solchen Schäden an Beschichtungen: zum einen die mechanische Belastung, also eine Art Reibung zwischen Tropfen und Oberfläche, die die Schicht allmählich abschleift oder zum Abblättern bringt; zum anderen chemische Gründe, insbesondere wenn Tropfen Säuren oder Salze enthalten.

Forschende um Hans-Jürgen Butt, Direktor am Max-Planck-Institut für Polymerforschung, haben nun in Zusammenarbeit mit Partnern der Universität Bonn, der South China University of Technology, dem MIT und der Johannes-Gutenberg Universität Mainz einen weiteren, bislang unbekannten Faktor identifiziert: die elektrische Aufladung von Tropfen. „Wir haben vor einigen Jahren die Physik dahinter erforscht, wie sich Wassertropfen aufladen, wenn sie über Oberflächen rutschen. Dies ist eine Art ‚Reibungselektrizität‘ bei Tropfen und physikalisch viel komplexer als angenommen“, sagt Rüdiger Berger, Gruppenleiter im Arbeitskreis „Physik an Grenzflächen“. „Treffen solche geladenen Tropfen auf eine Beschichtung, entladen sie sich lokal und können die Schicht punktuell durchschlagen wie ein kleiner Blitz – mit Folgen für ihre Haltbarkeit.“

Um die Schädigung auftrund solcher elektrischer Durchschläge nachzuweisen, ließen die Forschenden zunächst Tropfen gezielt auf eine homogen mit Teflon beschichtete Oberfläche fallen – ein Material, das man etwa von Bratpfannen kennt. Bei ungeladenen Tropfen zeigten sich selbst nach 3000 Aufprallen unter dem Mikroskop keine Veränderungen der Beschichtung.

Anschließend ließen sie die Tropfen vor dem Auftreffen über verschiedene Alltagsoberflächen laufen – darunter ein Blatt einer Zimmerpflanze, PVC sowie Polystyrol, wie es in Kunststofffenstern vorkommen kann. Beim Rutschen über diese Materialien laden sich die Tropfen auf und fallen anschließend auf die Teflon-Beschichtung. Nach 3000 Tropfen waren unter dem Mikroskop deutliche Veränderungen der Oberfläche und des darunter liegenden Metalls zu erkennen.

„Die Ladung, die ein Tropfen beim Rutschen aufnimmt, hängt stark von der jeweiligen Oberfläche ab – wir haben Unterschiede von bis zu einen Faktor zehn gemessen“, erklärt Zhongyuan Ni, Erstautor der Studie. „Unabhängig davon konnten wir in allen Versuchen Veränderungen an der Beschichtung nachweisen.“

Die Forschenden hoffen, dass ihre in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse den Weg für neue, effizientere Beschichtungen ebnen, die dann Kulturgüter, Autos oder auch den heimischen Gartenzaun länger und effizienter schützen können.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Dr. Hans-Jürgen Butt
butt@mpip-mainz.mpg.de

Dr. Rüdiger Berger
berger@mpip-mainz.mpg.de

Originalpublikation:
Zhongyuan Ni, Xiaomei Li, Aaron D. Ratschow, Lin Jian, Xiaoteng Zhou, Pravash Bista, Diego Cortes, Gunnar Glasser, Haojian Luo, Shuai Chen, Jiyao Yu, Yongkang Wang, Katrin Amann-Winkel, Kaloian Koynov, Rüdiger Berger & Hans-Jürgen Butt: Spontaneously charged water drops induce corrosion; Nature (2026)

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10941-6