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Regentropfen, die über wasserabweisende Oberflächen rollen, können Lacke und Beschichtungen nicht nur chemical angreifen — sie laden sich elektrisch auf und entladen sich punktuell beim Aufprall. Neue Experimente aus Mainz zeigen, dass gerade dieser elektrische Effekt die Lebensdauer von Schutzschichten überraschend stark verkürzen kann.
Wie kleine Tropfen große Schäden anrichten
Wissenschaftler am Max‑Planck‑Institut für Polymerforschung haben im Labor wiederholt simuliert, wie Tropfen mit leicht salzhaltigem Wasser auf beschichtete Metallflächen treffen. Die Proben reichten von einer Teflon-beschichteten Kupferplatte bis zu natürlichen Blättern und handelsüblichen Baumarktmaterialien.
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In den Versuchen verwendeten die Forschenden Tropfen mit einem Volumen von rund 35 Mikrolitern, denen geringe Mengen Natriumchlorid zugegeben wurden. Einige Tropfen wurden direkt aus geringer Höhe fallen gelassen, andere rutschten zuvor über eine geneigte Oberfläche, bevor sie auf die isolierende Schicht trafen. Jede Variante wurde tausendfach wiederholt, um reale Regenbedingungen nachzuahmen.
Messbare elektrische Ladungen und hohe Feldstärken
Die Tropfen, die über hydrophobe oder isolierende Flächen gerollt waren, luden sich beim Gleiten auf. Gemessene Werte lagen zwischen etwa 0,2 Nanocoulomb und rund 2 Nanocoulomb pro Tropfen. Auf ein elektrisches Feld umgerechnet können solche Ladungen extreme Feldstärken erzeugen.
| Oberfläche | Gemessene Ladung (nC) | Beobachtete Wirkung |
|---|---|---|
| Teflon auf Kupfer | 0,2 – 2,0 | Punktuelle Durchschläge, Nanometer‑tiefe Vertiefungen; in Einzelfällen bis zum Metall |
| Tradescantia-Blatt | typ. höher | Tropfenladung beim Gleiten |
| PVC‑Schaumstoff / Fensterverglasung / fluorierte Quarzoberfläche | variabel | Ladungsaufbau beim Gleiten, je nach Material unterschiedlich |
Direkter Aufprall vs. vorheriges Gleiten
Mit einem Rasterelektronenmikroskop dokumentierten die Forscher die Schädigung der Beschichtung. Bei Proben, die von geladenen Tropfen getroffen worden waren, zeigten sich Vertiefungen im Bereich weniger Nanometer — in manchen Bereichen reichten diese Schäden durch die 60‑Nanometer‑dicke Teflon‑Schicht bis auf das darunterliegende Metall. Das eröffnet Wege für Korrosion.
Im Gegensatz dazu blieben Proben, auf die Tropfen ohne vorheriges Gleiten direkt aufprallten, selbst nach 3.000 Kontakten weitgehend intakt. Das spricht dafür, dass insbesondere die durch das Gleiten erzeugte elektrische Ladung entscheidend ist.
Was die Forschenden beobachteten
Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zeigten zudem, dass geladene Tropfen ihre Form während des Falls verändern: Sie bilden eine kegelförmige Spitze, vergleichbar mit einem Taylor‑Kegel, was auf ein sehr starkes, lokalisiertes elektrisches Feld hindeutet. Solche Feldspitzen begünstigen punktuelle Entladungen, die wie winzige Blitze wirken können.
Zur Einschätzung der Feldstärken nutzte das Team ein vereinfachtes Modell mit einer leitenden Kugel. Demnach können Tropfen mit etwa 2 Nanocoulomb lokal Feldstärken im Bereich von Zehntausenden Volt pro Millimeter erzeugen — ausreichend, um dünne Isolationsschichten punktuell zu durchschlagen.
Folgen für Lacke und Korrosionsschutz
Die Ergebnisse haben praktische Relevanz: Übliche Schutzschichten auf Fahrzeugen, Fassaden oder Gartenzäunen sind oft nur wenige Mikrometer dick. Gelingt eine punktuelle elektrische Entladung, entsteht eine Schwachstelle, an der anschließend Korrosion beginnen kann.
- Bei der Entwicklung neuer Beschichtungen sollten Hersteller neben chemischen Angriffsfaktoren auch elektrische Entladungen berücksichtigen.
- Die nötige Schichtdicke und Materialwahl müssten so bemessen sein, dass lokale Feldspitzen keine Durchschläge provozieren.
- Chargenbildung geladener Tropfen findet nicht nur bei Regen statt: Auch in Wolken, Meeresspray, Wasserfällen oder wenn Wasser über hydrophobe Schichten läuft, entstehen geladene Tröpfchen.
Ein Laboreffekt mit realem Risiko — oder doch begrenzt?
Die Studie lief unter kontrollierten Bedingungen; dennoch deuten die Beobachtungen darauf hin, dass elektrische Effekte bei der langfristigen Haltbarkeit von Beschichtungen eine bislang wenig beachtete Rolle spielen könnten. Für Konsumenten bedeutet das: Sichtbare Kratzer und abgeplatzte Lackstellen sind nicht immer nur mechanisch oder chemisch zu erklären.
Rüdiger Berger, der an der Untersuchung beteiligt war, fasst es so zusammen: Die Aufladung von Tropfen ist ein komplexer physikalischer Prozess. Treffen aufgeladene Tröpfchen auf eine isolierende Oberfläche, können sie sich punktuell entladen und so die Beschichtung beschädigen — ähnlich einem winzigen Blitz.
Die Studie wurde im September 2026 veröffentlicht; dieser Bericht wurde im Oktober 2026 aktualisiert, um die Ergebnisse im Kontext aktueller Diskussionen um Materialhaltbarkeit und Korrosionsschutz einzuordnen.
