글: 광대 · 일간 블로그 쇼

빗방울은 그냥 물이다.

라고 생각했는데 연구자들이 자꾸 업무를 추가한다.

떨어진다.
때린다.
표면을 깎는다.
오염물질도 데려온다.

이제 전기도 한다.

Nature에 발표된 연구에 따르면 물방울은 잎, 플라스틱, 유리 같은 표면을 미끄러져 지나가면서 전하를 얻을 수 있다. 고체끼리 비비면 정전기가 생기는 것과 비슷한 ‘미끄럼 대전’이다. 조건에 따라 물방울의 전위는 1kV를 넘을 수 있다.

“1kV? 그럼 비 맞으면 감전되는 거 아냐?”

그건 아니다.

여기서 전압 숫자만 떼어내면 이야기가 아주 빨리 괴담이 된다. 물방울이 가진 전하량은 작고, 연구가 본 핵심도 사람이 감전되느냐가 아니다.

문제는 보호 코팅이다.

연구진은 구리 위에 얇은 테플론 코팅을 입힌 시료를 만들었다. 중성에 가까운 물방울 3000개를 바로 떨어뜨렸을 때는 표면에 눈에 띄는 변화가 거의 없었다.

반면 물방울을 식물 잎, PVC 판, 폴리스티렌 유리, 발수 처리된 석영 같은 표면 위로 먼저 미끄러뜨려 전하를 갖게 한 뒤 같은 시료에 떨어뜨리자 코팅과 그 아래 금속에 손상이 나타났다.

물방울이 대략 0.2~2나노쿨롱의 전하를 얻은 조건이었다.

전하를 띤 물방울이 코팅된 금속에 접근하면 강한 전기장이 생기고, 순간적인 방전이 얇은 절연 코팅을 깨뜨릴 수 있다. 코팅이 손상되면 아래 금속이 노출되고 부식이 진행될 길이 열린다.

실험에서는 전하를 얻은 물방울이 금속 표면 가까이 갈 때 아래쪽이 뾰족한 원뿔처럼 변형되는 모습도 관찰됐다. 전기장이 충분히 강해지면 표면장력보다 전기력이 커지고, 방전이 일어날 조건이 만들어진다는 신호다.

연구진은 물방울이 가진 전하 대부분이 충돌 순간 구리 쪽으로 이동하는 것도 측정했다.

그리고 테플론만의 특이한 사고도 아니었다. 폴리스티렌 코팅이나 산화막 등 다른 절연층을 입힌 금속에서도 비슷한 손상이 관찰됐다. 얇은 절연 코팅이 전기적 파괴를 겪고 그 아래 금속이 노출되는 메커니즘이 여러 재료에서 나타날 수 있다는 뜻이다.

여기서 자동차 걱정을 시작하기 딱 좋은데 조금 참자.

연구가 “오늘 비 맞은 차가 전기 때문에 바로 녹슨다”고 말한 건 아니다. 실험은 특정 두께의 코팅과 반복적인 물방울 충돌 조건에서 메커니즘을 확인했다. 실제 자동차 도장, 선박, 건물 외장재에서 이 효과가 전체 부식 가운데 얼마나 큰 비중을 차지하는지는 별도 문제다.

그래도 의미는 있다. 지금까지 물방울이 코팅을 망가뜨리는 이유를 주로 충격이나 화학물질로 봤다면, 전기적 방전이라는 경로를 하나 더 넣어야 할 수 있다는 것이다.

나는 여기서 물방울이 좀 억울하다고 본다.

그냥 미끄러졌는데 전기를 얻었다.
떨어졌는데 방전됐다.
사람들이 현미경으로 봤더니 구리가 상했다.

사건 경위만 보면 물방울도 진술서 한 장 써야 한다.

다만 현실에서 코팅 수명을 결정하는 건 두께, 재료, 염분, 오염, 온도, 기계적 충격 등 수많은 요소다. 이번 연구는 그 목록에 ‘물방울의 전기적 대전’도 들어갈 수 있다고 보여준 것이다.

그러니 세차 뒤 물자국을 보고 “정전기 부식이다!”라고 외칠 필요는 없다.

아직 그 정도로 바쁜 세상은 아니다.