Listrik dari Es? Sebuah Temuan Baru Dari Peneliti 

Ilustrasi(freepik)

STUDI baru menunjukkan es dapat menghasilkan muatan listrik saat dibengkokkan, dengan respons setara material elektroseramik seperti titanium dioksida dan strontium titanate. Temuan ini juga memberi perspektif baru tentang terbentuknya kilat di awan serta menyoroti fenomena unik pada suhu sangat rendah.

Es dan Fleksoelektrisitas

Fenomena ini disebut fleksoelektrisitas, yaitu keterkaitan antara polarisasi listrik dan regangan tak merata pada isolator. Ini berbeda dengan piezoelektrik, yang membutuhkan struktur kristal tanpa simetri inversi sehingga menghasilkan muatan langsung di bawah kompresi atau tarikan seragam. 

Fleksoelektrisitas tidak membutuhkan pemutusan simetri tersebut, sehingga bisa muncul pada material yang tidak memenuhi syarat sebagai piezoelektrik. Tim Dr Xin Wen dari Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) melakukan eksperimen pembengkokan presisi dan berhasil mengaitkan sinyal listrik dengan bentuk es.

Menguji Sebongkah Es

Lempengan es ditempatkan di antara pelat logam, lalu dibengkokkan sambil dipantau tegangannya. Hasilnya, es selalu menghasilkan muatan listrik di seluruh rentang suhu padat hingga titik lebur. Pada suhu sangat rendah, permukaan es membentuk lapisan tipis yang bersifat ferroelektrik sementara bagian dalamnya tetap non-polar.

Es Berinteraksi dengan Lingkungannya

Permukaan es memengaruhi cara ia bermuatan di atmosfer. Dalam badai, tumbukan kristal es kecil dengan graupel memindahkan muatan dan membangun medan listrik. Fleksoelektrisitas memberi jalur tambahan bagi partikel untuk bermuatan saat permukaannya bengkok atau memelintir, sesuai dengan skala pengisian yang teramati pada badai nyata.

Es Menggerakkan Teknologi Listrik Baru

Es mudah dibuat dan dibentuk, sehingga berpotensi digunakan sebagai sensor atau konverter tekanan-menjadi-tegangan menggunakan air dan logam tanpa bahan langka. Respons fleksoelektriknya bertahan hingga titik lebur, sehingga desain perangkat dapat difokuskan pada bentuk dan kelengkungan. Lapisan ferroelektrik pada suhu sekitar -171°F (sekitar -113°C) membuka kemungkinan tertentu untuk melakukan perubahan di suhu dingin ekstrem.

Efek Listrik dengan Es

Fleksoelektrisitas membuktikan bahwa es dapat mengubah pembengkokan tak merata menjadi muatan listrik. Gambaran dari NOAA menjelaskan bagaimana wilayah bermuatan terpisah terbentuk dalam badai, membangun medan listrik, lalu akhirnya memicu sambaran petir. Penelitian ini menambahkan efek pembengkokan mekanis ke dalam gambaran tersebut, menambah cara bagi tumbukan untuk melakukan kerja listrik ketika partikel mengalami deformasi tidak merata. Efek ini sangat relevan di zona fase campuran badai, di mana tekanan tak seragam sering terjadi. (earth/Z-2)