Bayangkan, ada bahan kimia yang bisa menyimpan energi luar biasa besar di dalam molekulnya, dan melepaskannya hanya dalam sepersekian detik saat dipicu.
Itulah energetic materials, keluarga senyawa yang mencakup bahan peledak, propelan roket, dan piroteknik.
Kita mengenal contoh klasiknya: TNT, RDX, atau bahan bakar padat roket seperti HMX.
Namun, di balik penggunaannya, pembuatan bahan-bahan ini sangat berisiko. Reaksi yang tidak terkendali bisa memicu ledakan di laboratorium, dan kualitas produk sering tidak seragam karena sulit mengatur reaksi kimia dalam skala besar.
Inilah masalah yang ingin dipecahkan oleh tim Shuo Liu dari Defence Technology Journal (2025): Bagaimana jika bahan-bahan eksplosif ini bisa dibuat secara mikroskopis, menggunakan aliran cairan sekecil rambut manusia? Jawabannya ada di teknologi yang disebut mikrofluida (microfluidics).
Baca juga artikel tentang: Bahan Kimia Abadi: Ancaman Senyap dari Udara hingga Darah
Mikrofluida: Laboratorium di Ujung Rambut
Microfluidics adalah teknologi yang memanipulasi aliran cairan di dalam saluran berukuran mikrometer (sekitar sepersepuluh diameter rambut manusia). Bayangkan sebuah “pabrik kimia mini” yang dapat mengontrol campuran reagen dalam volume yang sangat kecil (kadang hanya sepersejuta tetes air) dengan akurasi luar biasa.
Teknologi ini awalnya dikembangkan untuk bioteknologi: misalnya dalam deteksi virus, analisis DNA, atau sintesis nanopartikel obat.
Namun kini, para peneliti mulai menggunakannya untuk bidang yang lebih ekstrem, sintesis material berenergi tinggi.
Mengapa?
Karena dalam sistem mikrofluida, reaksi kimia bisa dikendalikan sepenuhnya:
- Ukuran dan waktu pencampuran cairan diatur dengan presisi nanodetik.
- Reaksi berlangsung dalam ruang tertutup dan sangat kecil, sehingga lebih aman.
- Produk yang dihasilkan memiliki ukuran partikel yang seragam, yang sangat penting dalam bahan berenergi.
Dengan kata lain, microfluidics memungkinkan ilmuwan “memasak bahan peledak” tanpa risiko ledakan besar.
Kimia di Skala Mikro: Dari Tetesan ke Partikel
Penelitian Liu dan timnya merangkum berbagai pendekatan modern dalam sintesis material berenergi menggunakan mikrofluida.
Mereka menjelaskan dua pendekatan utama:
- Micro-Mixing (Pencampuran Mikro)
Dalam teknik ini, dua atau lebih aliran cairan (berisi bahan reaksi) dipertemukan dalam saluran mikro.
Karena ukurannya kecil, pencampuran terjadi hampir seketika, menghasilkan reaksi yang cepat, bersih, dan seragam.
Misalnya, pembuatan kristal nitramin (komponen bahan peledak) bisa dilakukan dengan mengatur suhu dan aliran mikro secara presisi. - Droplet Microfluidics (Tetesan Mikro)
Di sini, reaksi kimia dikurung di dalam tetesan cairan kecil seperti kapsul mini yang mengapung di media lain (biasanya minyak).
Setiap tetes bertindak seperti “reaktor mikro” independen, tempat reaksi berlangsung dalam kondisi ideal.
Dengan teknik ini, para peneliti bisa menghasilkan ribuan partikel nano eksplosif identik dalam waktu yang singkat dan aman.
Hasilnya, partikel yang dihasilkan memiliki ukuran dan bentuk yang sangat seragam, sesuatu yang sulit dicapai dengan metode konvensional. Keseragaman ini penting karena meningkatkan stabilitas dan performa bahan tersebut, baik sebagai propelan roket maupun bahan peledak industri.
Keuntungan Teknologi Mikrofluida
Peneliti menyoroti bahwa teknologi ini membawa sejumlah keunggulan besar:
1. Keseragaman Partikel
Dalam skala mikroskopis, aliran cairan bisa dikontrol sepenuhnya, menghasilkan partikel dengan ukuran yang hampir identik, kunci untuk performa konsisten.
2. Keamanan Tinggi
Karena volume reaksi sangat kecil, bahkan jika terjadi kesalahan atau ledakan mikro, dampaknya minimal. Ini membuat riset bahan berenergi jauh lebih aman dibandingkan metode konvensional.
3. Efisiensi Reaksi
Mikrofluida memungkinkan pencampuran dan pengendalian suhu yang sangat cepat, sehingga reaksi berlangsung lebih efisien dan bersih.
4. Produksi Berkelanjutan (Continuous Flow)
Tidak seperti reaktor besar yang bekerja batch demi batch, sistem mikrofluida bisa diatur mengalir terus-menerus, memproduksi partikel dengan kualitas stabil tanpa henti.
Tantangan yang Masih Dihadapi
Tentu saja, teknologi ini belum sempurna.
Dalam tinjauannya, Liu dan kolega juga mencatat sejumlah tantangan teknis utama:
- Penyumbatan Saluran (Clogging):
Partikel padat kadang menyumbat saluran mikro, menghambat aliran cairan dan menghentikan reaksi. - Zona Mati (Dead Zones):
Area di dalam saluran tempat aliran cairan tidak lancar dapat menimbulkan reaksi yang tidak seragam. - Hasil Produksi Rendah:
Karena volume reaksi kecil, jumlah produk per satuan waktu masih terbatas.
Namun para ilmuwan sudah mencari solusi.
Beberapa ide yang diusulkan termasuk:
- Menggunakan gelombang suara (acoustic fields) untuk menjaga aliran partikel tetap aktif,
- Menerapkan teknologi optik (laser) untuk memanaskan reaksi secara lokal,
- Dan bahkan memanfaatkan energi listrik untuk mengatur dinamika fluida di saluran mikro.
Dengan integrasi lintas disiplin ini, mikrofluida bukan hanya alat kimia, tetapi juga platform teknologi cerdas.
Dari Laboratorium ke Dunia Nyata
Aplikasi teknologi ini meluas ke banyak bidang:
- Pertahanan dan antariksa: untuk membuat propelan roket yang lebih stabil dan efisien.
- Industri sipil: seperti piroteknik dan detonator pertambangan yang lebih aman.
- Penelitian material: untuk mengembangkan bahan energi tinggi generasi baru dengan dampak lingkungan lebih rendah.
Dalam jangka panjang, mikrofluida dapat membantu “menjinakkan” bahan berenergi tinggi agar bisa diproduksi dan digunakan dengan cara yang lebih ramah dan presisi.
Penelitian “Synthesis of Energetic Materials by Microfluidics” menunjukkan bahwa masa depan sintesis kimia, bahkan untuk bahan paling berbahaya, tidak harus besar dan berisiko tinggi. Sebaliknya, dengan memahami dan mengendalikan reaksi di skala mikroskopis, ilmuwan bisa menciptakan bahan berenergi tinggi yang lebih aman, seragam, dan efisien.
Dalam sains, terkadang kemajuan besar datang bukan dari mesin besar, tetapi dari saluran kecil berukuran mikron yang mampu menuntun energi raksasa dengan ketepatan sehalus tetesan air.
Baca juga artikel tentang: Revolusi Pengembangan Obat dengan Kimia Klik: Metode Inovatif yang Menyederhanakan Sintesis Molekul Kompleks
REFERENSI:
Liu, Shuo dkk. 2025. Synthesis of Energetic Materials by Microfluidics. Defence Technology, 44, 306–319.
