# 빗방울이 차체를 부식시키는 메커니즘 밝혀져, 빗방울에서 차체로 전하가 방출되는 것이 포인트

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> 게시판: 뉴스
> 작성자: tachikoma43
> 작성일: 2026-09-01T07:27:39.268Z

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빗방울이 자동차 차체를 부식시키는 메커니즘이 최신 연구를 통해 밝혀졌습니다. 그동안 크게 주목받지 못했던 '빗방울의 대전'이 차체에 손상을 주고 있었다는 사실이 밝혀졌습니다.Spontaneously charged water drops induce corrosion | Naturehttps://www.nature.com/articles/s41586-026-10941-6

Raindrops are tiny lightning bolts, and they’re corroding cars, study finds - Ars Technicahttps://arstechnica.com/science/2026/08/raindrops-are-tiny-lightning-bolts-and-theyre-corroding-cars-study-finds/비가 부식을 일으키는 이유로 일반적으로 설명되는 것은, 물이 용해된 염분이나 산을 차체 표면으로 운반하고, 빗방울이 끊임없이 부딪힘으로써 표면의 보호 코팅이 마모되어 산소가 작용한다는 것입니다. 페인트·폴리머 필름·산화 피막 등 부식을 막기 위한 수단의 대부분은 이러한 생각에 기반하고 있습니다. 하지만 최신 연구에서는 비가 부식을 일으키는 메커니즘에서 중요한 요소가 간과되어 있었다는 사실이 밝혀졌습니다.

독일 마인츠에 위치한 고분자 과학 및 소프트 소재 분야의 세계 최고 기초연구기관인 Max Planck Institute for Polymer Research에서 일하는 종위안 니 씨, 뤼디거 바거 씨, 한스 위르겐 부트 씨 등이 주도한 연구에 따르면, 빗방울은 절연 코팅을 관통하기에 충분한 전하를 띤 상태로 차체 표면에 도달한다는 사실이 밝혀졌습니다. 즉, 빗방울은 차체 표면을 긁거나 천천히 녹이는 것이 아니라, 불꽃이 틈새를 뛰어넘듯 전기적으로 구멍을 뚫고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 빗방울이 나뭇잎이나 도장된 벽, 창유리, 플라스틱 패널 등 절연면을 미끄러져 내릴 때 그 표면으로부터 전하를 빼앗습니다. 이러한 대전된 물방울은 최대 9,000볼트의 전압을 가진다고 합니다. 연구 팀은 이 대전된 물방울이 특정 물체 표면에 착지하는 순간 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 참고로 대전된 액체 방울은 구름·뇌우·바다 파도·분수·폭포와 같은 자연 현상뿐만 아니라 정전 분무나 잉크젯 인쇄 등 공업 프로세스에서도 자연스럽게 형성됩니다.

조사를 위해 연구팀은 소량의 소금을 넣어 빗물을 모방한 물을 준비하고, 35마이크로리터(큰 빗방울 크기)의 물방울을 만들어 이를 50도로 기울인 물체 표면에 떨어뜨렸습니다. 물체 표면에 떨어진 물방울은 약 4센티미터 미끄러져 전하를 띤 상태로 물체 표면에서 떨어져 5밀리미터 아래의 60나노미터 테플론 막으로 코팅된 구리판에 낙하했습니다. 테플론 막은 시판되는 코팅 중에서도 가장 내약품성이 뛰어난 것이었다고 합니다. 경사면은 현실 세계의 빗방울을 모방하기 위해 선택되었으며, 첫 번째는 트라데스칸티아 스파타세아의 잎, 두 번째는 PVC 발포 보드, 세 번째는 창유리로 시판되고 있는 투명한 폴리스티렌 시트, 네 번째는 불소 코팅된 석영입니다. 물방울은 각 경사면에서 전하를 모았으며, 가장 전하를 띠지 않은 것이 트라데스칸티아 스파타세아의 잎(0.2나노쿨롱)이었고, 가장 전하를 띤 것이 불소 코팅된 석영(2나노쿨롱)이었습니다. 빗방울 크기의 물체에서 1나노쿨롱은 수천 볼트에 해당하는 강력한 전기량이라고 연구팀은 설명하고 있습니다.

연구에서는 중간 정도의 비가 내리는 오후에 해당하는 조건에서 물방울을 3000회 떨어뜨렸습니다. 그러자 테프론으로 코팅된 4개의 동판이 모두 부식되어 있는 것이 확인되었습니다. 원자간력 현미경으로 물방울이 떨어진 부분을 조사한 결과, 위치에 따라 깊이 수 나노미터의 패인 홈이 확인되었습니다. 이는 테フ론 막의 두께를 상회하는 것으로, 즉 손상이 코팅을 완전히 관통하여 금속(동판)에 도달했음을 의미합니다. 반면 사전에 물체 표면을 미끄러지지 않고 그대로 동판에 떨어진 물방울(전하를 띠지 않은 물방울)은 마찬가지로 3000회 떨어뜨려도 동판 표면에 전혀 손상을 주지 않았습니다. 또한 연구 팀은 고속 카메라를 사용하여 물방울이 떨어질 때의 모습을 촬영했습니다. 중성 액적이 동판에 접근할 때, 접촉할 때까지 액적의 바닥면이 매끄럽고 둥근 상태를 유지하는 것이 확인되었습니다. 반면 대전된 액적은 전혀 다른 거동을 보였으며, 동판에 접근함에 따라 액적의 바닥면이 테일러 콘(Taylor cone)이라 불리는 예각의 형상으로 늘어나는 것이 확인되었습니다. 테일러 콘은 정전기력이 표면장력을 상회할 때 액체가 띠는 형상으로, 액적과 금속 사이의 전장이 물을 변형시킬 정도로 강해졌음을 나타내는 징후입니다. 연구 팀은 액적을 도전성 벽 위에 떠 있는 도전성 구체로 모델링하여, 전계의 세기가 거리에 따라 어떻게 변화하는지 계산했습니다. 2나노쿨롱의 전하를 띤 액적의 경우, 액적이 표면으로부터 약 10마이크로미터 떨어진 시점에서 테프론의 절연 파괴 임계값인 1밀리미터당 60킬로볼트에 도달하는 것으로 나타났습니다. 이는 절연체가 절연 기능을 잃게 되는 전계 강도입니다. 1밀리미터당 19킬로볼트에서 절연 파괴를 일으키는 폴리스티렌 코팅의 경우, 절연 파괴는 50마이크로미터 떨어진 위치에서 발생하는 것으로 파악됩니다. 코팅은 절연 파괴 임계값에 도달하면 절연체로서의 기능을 잃기 때문에 전하는 미세한 유전 파괴를 일으켜 코팅을 뚫고 들어갑니다. 이는 콘덴서나 변압기의 절연을 파괴하는 것과 동일한 현상입니다. 또한 연구 팀이 실시한 전하 측정에서는 전하의 전달이 거의 완전함이 확인되었으며, 2나노쿨롱의 전하를 띤 액적이 동판에 충돌하면 1.8나노쿨롱의 전하가 동판으로 방출되고, 액적 자체는 0.016나노쿨롱(원래 전하의 1% 미만)만을 띤 채 튕겨 나가는 것이 확인되었습니다. 전하량은 액적의 미끄러짐 거리에 비례하고 코팅의 내수성은 그 두께에 비례하기 때문에, 빗방울의 코팅 관통 효과에는 한계가 있습니다. 12마이크로미터의 폴리스티렌 필름은 관통했지만 130마이크로미터의 필름은 관통하지 않았습니다. 다만 자동차 도료의 대부분은 두께가 겨우 수 마이크로미터 정도에 불과하기 때문에, 연구 팀은 나노쿨롱 스케일의 전하라면 기본적으로 자동차 코팅을 관통해 버린다고 지적하고 있습니다.

연구 팀은 코팅이 파괴되면 노출된 금속이 염수에 잠기고, 그 표면에 새로운 전위차가 생기는 것을 발견했습니다. 이로 인해 원래는 부식을 막을 수 있어야 할 차체 표면에서 부식을 일으키는 전기화학 반응이 자유롭게 작용하게 된다고 지적합니다. 또한 연구 팀은 물방울로 코팅이 파괴된 동판에서 생성된 부식 생성물을 라만 분광법 및 X선 회절법을 사용하여 분석했습니다. 그 결과 산화제일구리나 염화제이구리와 같은 성분이 검출되었습니다. 손상 부위의 원소 매핑에서는 산소와 염소가 유입되고 테플론에서 불소와 탄소가 유출되고 있음도 나타났습니다. 연구 팀에 따르면 이는 코팅이 손상되었을 때 일어나는 현상과 정확히 일치한다고 합니다. 연구 팀은 코팅의 보호 성능이 어느 정도의 속도로 열화하는지 조사하기 위해 임피던스 측정도 실시했습니다. 대전된 물방울을 1만 회 낙하시킨 결과, 테플론 필름의 차단 성능은 염수에 4시간 연속으로 침적시킨 후보다 저하된 것으로 나타났습니다. 또한 한 번 코팅의 손상이 시작되면 그 진행은 가속화되고, 손상 부위는 물에 젖기 쉬워지며 물이 오래 머물고 확대되어 가기 때문에 대전된 물방울을 5만 방울 낙하시키자 부식 부위는 1밀리미터 이상의 너비가 되었다고 합니다. 이러한 실험에 더해 연구 팀은 3분의 2가 석영, 나머지 3분의 1이 구리로 된 판을 만들어 전체를 균일한 테플론 층으로 코팅하고 요철이 없는 표면을 만들어 냈습니다. 이 판 위를 대전된 물방울이 미끄러지면 매립된 석영과 구리의 경계를 따라 부식선이 발생한다는 사실도 밝혀졌습니다. 이는 대전된 물방울이 접촉한 표면과는 반응하지 않고, 반대 전하를 공급할 수 있을 정도로 가까운 곳에 있는 대상과 반응하기 때문입니다. 연구 팀은 대전된 물방울이 복합재료 전반에 중대한 영향을 미친다고 주장했습니다. 전도성 또는 고유전율 부품이 절연성 매트릭스에 매립되어 있는 곳이라면 어디든 미끄러져 이동하는 대전 물방울이 이를 찾아낼 것이라고 지적하고 있습니다. 구체적으로는 교량, 선체, 도장된 강재, 야외 전자 기기의 폴리머제 외장, 역사적 건축물의 금속 구조물 등이 대전된 빗방울의 피해를 입을 가능성이 있다고 지적했습니다. 덧붙여 테플론 등의 보호층을 두껍게 하는 것이 대전된 물방울로부터 차체를 보호하기 위한 해결책 중 하나라고 합니다. 130마이크로미터의 폴리스티렌 필름이라면 대전된 물방울의 영향을 받지 않을 수 있습니다. 하지만 두께를 늘리는 것이 항상 가능한 선택지인 것은 아닙니다. 광학 필름은 투명도를 유지해야 하고, 항공기의 보호층은 가볍고 유연해야 하며, 야외 전자 기기의 보호층은 설계상 얇게 만들어져 있기 때문입니다. 연구 팀은 시판되는 코팅의 대부분이 화학적 내구성에 기반하여 선택되기 때문에 "얼마나 큰 전계에 견딜 수 있는지 규정된 코팅"이 필요하다고 주장했습니다.

[원문 보기](https://gigazine.net/news/20260901-raindrops-tiny-lightning-bolts-corroding-cars/) | 출처: Gigazine