Keramik Murtad

SULIT membantah kenyataan sehari-hari bahwa benda akan memuai bila dipanaskan. Di tingkat mikro, fisika menjelaskan, semua atom bergetar. Bila suhu naik, tarian atom itu menjadi-jadi dan mereka membutuhkan ruang gerak yang lebih.

Ada saatnya sebuah industri manufaktur mendambakan material yang pantang memuai. Industri komputer akan bersorak sorai bila papan rangkaian komponen elektronik –yang selama ini terbuat dari bahan plastik– kelak digantikan dengan bahan yang enggan memuai. Tak lagi diperlukan kipas pendingin penurun suhu untuk mencegah keretakan komponen elektronik yang dirangkaikan di atasnya.

Dambaan seperti itu menjadi daya tarik temuan bersama Arthur Sleight dan kawan-kawan dari Universitas Negara Bagian Oregon, Corvallis dan Thomas Vogt dari Laboratorium Nasional Brookhaven di Upton, New York. Sleight-Vogt dan kawan-kawan menemukan sebuah bahan golongan keramik, zirkonium tungstat, yang justru menciut bila dipanaskan.

Ketidaktaatan terhadap pasal, ”setiap benda akan memuai bila dipanaskan” sebetulnya sudah dikenal pada air. Pembangkang yang satu ini punya perilaku aneh, pada suhu empat derajat celsius ke bawah ia malah memuai manakala suhu turun. Fenomena ini menjelaskan mengapa pipa-pipa saluran air di Eropa, misalnya, tidak meledak pada musim dingin.

Es berbeda dari kebanyakan bahan padat lain oleh keadaan lubang-lubang di dalam kisi kristalnya. Bila molekul es cukup dingin dan tenang, mereka menyusun diri dengan jarak satu sama lain yang saling tak mengganggu hingga tak perlu terjadi pertengkaran seperti pada kisah film domestik Cintaku di Rumah Susan (Sederhana).

Bila panas datang sampai mencapai titik cair, molekul-molekul H2O itu mulai intervensi ke koridor antar molekul. Kemesraan yang terbina selama masa-masa dingin dan tenang akan berlalu manakala suhu melewati empat derajat celsius, dan pola pemuaian air lewat batas itu sama seperti pada material lain. Anomali penciutan keramik yang ditemukan Dr Sleight dan kawan-kawan dapat dijelaskan dengan terpeliharanya koridor antarmolekul air sebelum mencapai suhu 4 derajat celsius itu.

PERILAKU aneh zirkonium tungstat tersebut belum pernah disimak. Sekali Dr Sleight dan kawan-kawan mencoba memperhatikannya, mereka menemukan kemurtadan total golongan keramik yang satu ini. ”Ekspansi termal negatif”nya atau penciutannya bertahan dari sekitar minus 273 derajat celsius sampai 1.050 derajat kemudian. Pembangkangannya berakhir pada suhu 777 derajat celsius, yakni [(-273)+1.050] derajat celsius.

Rahasia pembangkangan zirkonium tungstat itu terletak pada adanya koridor antarmolekul yang baru terisi penuh oleh tarian atom-atom yang rupanya mencapai euforia pada suhu 777 derajat celsius. Koridor itu memisahkan zirkonium dan tungstan, yang masing-masing dikawal atom-atom oksigen –zirkonium dikawal enam oksigen dan tungstan dikawal empat oksigen. Oksigen-oksigen itu bertindak pula sebagai jembatan yang menghubungkan gugus zirkonium dan gugus tungstan.

Ketika suhu naik dan atom-atom menari-nari, zirkonium dan tungstan dikepung dari semua sisi. Gerakan mereka jadi terbatas. Atom-atom oksigen yang mengawal mereka terkendala hanya oleh dua sisi sehingga masih memiliki ruang gerak dan kebebasan bergerak ke arah lain. Mereka mencari-cari jalan keluar dengan melakukan belokan-belokan. Makin banyak mereka membuat belokan, makin besar peluang gugus zirkonium dan tungstan ”bertemu”, dan pertemuan itu baru dimulai sejak suhu 777 derajat tadi.
***
HANYA sedikit keramik yang berperilaku seperti zirkonium tungstan. Rival dekatnya adalah betaeucryptite. John Haygarth dari Teledyne Wah Chang, sebuah perusahaan manufaktur di Albany, Oregon berminat memproduksi bahan ini. Dia meramalkan zirkonium tungstat bakal banyak digunakan di masa mendatang.

Dalam waktu dekat, keramik murtad ini tampaknya bakal banyak digunakan oleh industri instrumen saintifik. Perilakunya yang enggan memuai bahkan pada suhu yang relatif tinggi akan mendorong aplikasi bahan ini dalam pembuatan cermin-cermin pada teleskop atau interferometer yang sangat peka pada perubahan suhu fraksional.

Walaupun Dr Sleight dan kawan-kawan telah menerima lebih dari 30 permintaan penelitian lebih lanjut untuk menerapkan penggunaan bahan ini sejak temuan mereka dipublikasikan Science April lalu, pertanyaan tentang aplikasi lain zirkonium tungstat di luar instrumen saintifik masih menggunung.

Yang pasti, temuan Sleight dan kawan-kawan ini akan merangsang peneliti-peneliti lain mencari bahan-bahan lain yang enggan memuai pada suhu yang lebih tinggi, atau bahkan bahan yang tak memuai-muai pada suhu berapa pun. Sebuah perburuan bahan-bahan murtad sedang dimulai. (The Economist/sad)

Sumber: Kompas, 12 Mei 1996