一、 【科学背景】
腐蚀对户外金属构件及工程结构构成了重大的经济与安全威胁。传统观点认为，雨水致腐主要归因于雨滴的物理侵蚀作用或其携带的大气酸性污染物。尽管已有研究证实水滴在滑过植物叶片、窗玻璃等常见表面时可产生电荷分离现象，然而，该电荷效应对金属基底的腐蚀贡献却长期被忽视。在这里，德国马克斯普朗克高分子研究所Hans-Jürgen Butt教授、Rüdiger Berger教授合作，相关研究成果以“Spontaneously charged water drops induce corrosion”为题目发表在国际顶级期刊Nature上。研究揭示了一个此前被完全忽略的腐蚀机制：水滴在绝缘表面滑动时会自发携带电荷，这些带电水滴在撞击或滑过金属表面时，能够产生强电场，导致保护性涂层（聚合物或氧化物层）发生介电击穿，进而引发下方金属基体的腐蚀。
二、【科学贡献】
图1 自发带电水滴诱导的腐蚀。© 2026 Nature
图2 电荷测量。© 2026 Nature
图3 水滴放电机制。© 2026 Nature
图4 带电水滴撞击产生的产物。© 2026 Nature
图5 滑动带电水滴在特定位置诱导腐蚀。© 2026 Nature
三、【 创新点】
1．建立了水滴滑动起电-电荷转移-残留电荷的完整分段式定量表征方法，首次在单一流体动力学过程中实现了对滑动起电电荷、撞击转移电荷及液滴残留电荷的原位分离与精确测量。
2. 揭示了绝缘涂层包覆的隐藏导体边界在滑动带电水滴作用下的异质界面放电腐蚀机制。系统揭示了自发带电水滴撞击聚合物绝缘涂层时的放电介电击穿腐蚀机制，并通过多表面普适性验证、原位电荷定量追踪与双电极理论建模阐明了其物理本质。
3. 建立了聚合物纳米薄膜包覆异质导体界面的滑动液滴放电腐蚀模型，首次通过反射/荧光共聚焦显微镜、原子力显微镜及高速摄像的多尺度联用表征，在60 nm特氟龙（及聚苯乙烯）涂层覆盖的石英–铜拼接基底上，精准捕获了带电水滴前进接触线在异质界面处的锥体化–跳跃–局部放电行为，并证实经3000次滑动循环后可在界面处形成沟槽状腐蚀缺陷。
四、【 科学启迪】
综上，研究团队提出了一种全新的腐蚀机制：自发带电水滴诱导的涂层介电击穿是引发并加速金属腐蚀的关键物理化学环节。具体而言，腐蚀过程起始于带电水滴作用下的涂层局部介电击穿；涂层失效后，金属基底暴露于水滴环境中，导致缺陷区域持续扩展。与此同时，表面润湿性的改变促使水滴在缺陷处滞留，增强了液滴与金属表面的直接接触，进而在固–液界面形成局部电位差，驱动微电偶腐蚀电池的形成，最终诱发电化学腐蚀。此外，带电水滴所产生的外部电场可改变局部电极的极化状态，促进液滴内部强氧化性活性物种的生成。该机制已在多种材料体系中得到系统验证，涵盖了不同盐浓度环境、多种金属基底以及各类涂层材料。值得注意的是，这一效应之所以长期未被认知，主要原因在于定量表征后退接触线处电荷分离行为的实验方法直至近年才得以建立和完善。在自然界中，云层、雷暴、海浪、地基渗流及瀑布飞溅产生的水滴，以及雨滴在疏水表面滑落后撞击涂层金属的过程中，均可发生自然带电现象；此外，该现象在静电喷涂、喷墨打印、化工及制药生产等工业场景中亦广泛存在。上述发现不仅为文化遗产保护、建筑工程、船舶制造及汽车工业等领域中金属构件的退化机制提供了新的理论阐释，也为防腐蚀策略的优化指明了方向——亟需开发具备抗电荷诱导损伤能力的新型防护材料。
原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10941-6
