Es yang menempel pada permukaan sering menimbulkan masalah serius. Di jalan raya, es meningkatkan risiko kecelakaan. Di pesawat terbang, es yang menempel pada sayap dapat mengganggu aerodinamika. Pada turbin angin, kabel listrik, atau atap bangunan, es menambah beban dan membahayakan struktur. Selama ini, banyak solusi untuk mengatasi es mengandalkan pemanasan aktif atau bahan kimia, yang mahal dan berisiko bagi lingkungan. Karena itu, para ilmuwan terus mencari cara pasif agar es tidak mudah menempel sejak awal.
Salah satu pendekatan yang menarik perhatian adalah penggunaan permukaan lunak. Berbeda dengan logam atau kaca yang keras, bahan lunak seperti karet atau silikon tertentu menunjukkan daya lekat es yang jauh lebih rendah. Namun para ilmuwan masih memperdebatkan alasan di balik fenomena ini. Apakah es sulit menempel karena permukaan lunak dapat berubah bentuk, atau karena adanya lapisan pelumas yang membuat es mudah terlepas. Sebuah penelitian terbaru pada tahun 2025 mencoba menjawab pertanyaan ini secara sistematis.
Baca juga artikel tentang: Es dan Petir: Hubungan Tersembunyi yang Baru Terungkap
Penelitian ini berfokus pada bahan lunak berbasis silikon yang dikenal sebagai polidimetilsiloksan. Bahan ini sering digunakan dalam industri karena fleksibel, tahan suhu rendah, dan sifat permukaannya dapat diatur. Para peneliti memodifikasi bahan ini dengan menambahkan pelumas dalam jumlah berbeda, sehingga mereka dapat memisahkan pengaruh elastisitas dan pelumasan terhadap daya lekat es.
Untuk memahami bagaimana es menempel, para peneliti terlebih dahulu mengukur sifat dasar permukaan bahan. Mereka memeriksa tingkat kebasahan, kekerasan mekanik, dan perilaku aliran bahan menggunakan berbagai teknik laboratorium. Setelah itu, mereka membekukan balok es dengan ukuran berbeda di atas permukaan tersebut dan mengukur gaya yang dibutuhkan untuk melepaskan es.
Hasilnya menunjukkan bahwa hubungan antara es dan permukaan lunak jauh lebih kompleks dibandingkan permukaan keras. Pada permukaan keras, daya lekat es terutama ditentukan oleh seberapa baik air membasahi permukaan sebelum membeku. Namun pada permukaan lunak, faktor tambahan seperti elastisitas dan pelumasan memainkan peran penting.
Penelitian ini mengidentifikasi tiga mekanisme utama pelepasan es. Mekanisme pertama terjadi ketika balok es berukuran kecil. Dalam kondisi ini, es biasanya terlepas sekaligus dalam satu peristiwa. Permukaan lunak sedikit berubah bentuk saat gaya diberikan, sehingga ikatan antara es dan permukaan melemah dan putus dengan cepat.
Pada balok es yang lebih besar, situasinya berbeda. Es cenderung tidak langsung terlepas seluruhnya. Dalam beberapa kasus, terjadi gerakan tersentak yang dikenal sebagai stick slip. Es menempel, lalu bergeser sedikit, lalu menempel kembali, sebelum akhirnya terlepas. Pada kondisi lain, terjadi peluncuran di antarmuka, di mana lapisan tipis pelumas memungkinkan es meluncur perlahan di atas permukaan.
Menariknya, jenis mekanisme yang terjadi sangat bergantung pada jumlah pelumas dalam bahan. Permukaan dengan sedikit pelumas lebih mengandalkan elastisitas untuk melemahkan daya lekat es. Permukaan dengan pelumas lebih banyak menunjukkan perilaku seperti permukaan licin, di mana es lebih mudah bergeser dan terlepas.
Penelitian ini juga menunjukkan bahwa ukuran es sangat memengaruhi hasil. Balok es kecil dan besar dapat menunjukkan perilaku yang sangat berbeda meskipun berada di permukaan yang sama. Hal ini berarti bahwa pengujian daya lekat es tidak bisa hanya mengandalkan satu ukuran atau satu kondisi. Faktor eksperimental memainkan peran besar dalam menentukan hasil.
Temuan penting lainnya adalah peran kebasahan. Pada permukaan keras, sifat basah atau tidaknya permukaan sangat menentukan daya lekat es. Namun pada permukaan lunak, kebasahan tetap penting tetapi tidak lagi menjadi faktor dominan. Elastisitas dan pelumasan dapat mengalahkan efek kebasahan dalam banyak situasi. Ini menjelaskan mengapa beberapa permukaan lunak tetap menunjukkan daya lekat es rendah meskipun air dapat membasahinya dengan cukup baik.
Penelitian ini memiliki implikasi praktis yang luas. Dengan memahami mekanisme dasar ini, para insinyur dapat merancang permukaan anti es yang lebih efektif tanpa memerlukan pemanas atau bahan kimia. Permukaan lunak dengan komposisi yang tepat dapat diterapkan pada sayap pesawat, baling baling turbin angin, kabel listrik, dan struktur luar ruangan lainnya.
Selain itu, pendekatan ini juga lebih ramah lingkungan. Sistem anti es pasif tidak memerlukan energi tambahan dan tidak menghasilkan limbah kimia. Dalam jangka panjang, teknologi ini dapat mengurangi biaya operasional dan dampak lingkungan dari infrastruktur di daerah dingin.
Penelitian ini juga menyoroti pentingnya pendekatan menyeluruh dalam sains material. Tidak cukup hanya melihat satu sifat seperti kekerasan atau kelicinan. Interaksi antara es dan permukaan melibatkan fisika, kimia, dan mekanika secara bersamaan. Dengan memahami interaksi ini secara mendalam, ilmuwan dapat menciptakan solusi yang lebih cerdas dan tahan lama.
Bagi masyarakat awam, penelitian ini mungkin terdengar sangat teknis, tetapi dampaknya dekat dengan kehidupan sehari hari. Jalan yang lebih aman di musim dingin, pesawat yang lebih efisien, dan infrastruktur yang lebih tahan cuaca ekstrem adalah hasil nyata dari pemahaman dasar tentang bagaimana es menempel dan terlepas.
Pada akhirnya, penelitian ini menunjukkan bahwa es tidak selalu harus dilawan dengan panas atau bahan kimia. Dengan memilih dan merancang permukaan yang tepat, kita dapat membiarkan hukum fisika bekerja untuk kita. Permukaan lunak yang dirancang dengan cermat dapat membuat es kehilangan cengkeramannya sendiri. Inilah contoh bagaimana sains material modern mampu mengubah masalah lama menjadi peluang teknologi baru melalui pemahaman mendalam tentang alam.
Baca juga artikel tentang: Himalaya yang Menghangat: Pertanda Dunia Kita Sedang Bergeser
REFERENSI:
Ospina, Catalina dkk. 2025. Low ice adhesion on soft surfaces: Elasticity or lubrication effects?. Journal of Colloid and Interface Science 677, 494-503.
