“Ketika segelas air membeku, es pertama kali terwujud di antarmuka air-kaca sebelum secara bertahap bergerak ke dalam.” Pengamatan sederhana ini telah membingungkan para ilmuwan selama bertahun-tahun. Sekarang, para peneliti di Universitas Tokyo telah mengungkap penemuan terobosan tentang bagaimana air berubah menjadi es, yang berpotensi merevolusi beberapa industri.
Diterbitkan pada 4 Juni 2025, di Journal of Colloid and Interface Science, penelitian ini menggali tarian molekuler yang terjadi ketika air membeku. Tim menggunakan simulasi dinamika molekuler canggih untuk memeriksa prosesnya. Mereka menemukan bahwa lingkungan mikroskopis di dekat permukaan memainkan peran penting dalam nukleasi es.
Penelitian mengungkapkan bahwa dua lapisan tunggal air di dekat permukaan tersusun menjadi kisi heksagonal dua lapis. Struktur ini bertindak sebagai perancah, mempromosikan pembentukan es. Tim juga menemukan bahwa daya tarik permukaan terhadap molekul air harus tepat. Terlalu banyak daya tarik mengganggu kisi, sementara terlalu sedikit mencegahnya terbentuk. “Zona Goldilocks” ini menawarkan pemahaman baru tentang cara mengontrol pembentukan es.
Implikasi dari penemuan ini sangat luas. Hal ini dapat mengarah pada pengembangan lapisan anti-pembekuan untuk penerbangan, energi terbarukan, dan sektor lainnya. Lapisan ini dapat direkayasa untuk mempromosikan atau menghambat nukleasi es. Lebih lanjut, para peneliti menyarankan bahwa mekanisme serupa dapat diterapkan pada cairan terikat tetrahedral lainnya, membuka jalan baru dalam ilmu material dan manufaktur semikonduktor.
Dari perspektif ilmu iklim, penelitian ini dapat meningkatkan model pembentukan awan dan curah hujan. Wawasan baru juga dapat memandu strategi geoengineering. Studi ini tidak hanya memperdalam pemahaman kita tentang air tetapi juga membuka jalan bagi desain material pintar. Ini menandai kemajuan signifikan dalam upaya untuk mengungkap misteri air, menjanjikan aplikasi transformatif di seluruh sains dan teknologi.