Fenomena ilmiah apa saja yang ada pada secangkir kopi ?

kopi

(Muhammad Ibrahim Al Ghazi Saragi) #1

kopi

Fenomena alam atau sesuatu yang dapat diteliti dapat muncul darimana saja, karena segala sesuatu akan berlaku sesuai dengan hukum-hukum yang ada. Fenomena ilmiah apa saja yang ada pada secangkir kopi ?


(Afridha Berliani) #2

Efek Cincin Kopi : Pola yang Terbentuk Disaat Menikmati Kopi

image

Pada tahun 1997, Seorang peneliti dari Insitut James Franck Amerika bernama Robert D. Deegan menemukan fenomena sangat menarik ketika meminum secangkir kopi. Deegan mengamati bahwa ketika bekas cairan kopi mengering, ada bekas seperti cincin yang terbentuk.

Cincin yang terbentuk pada keliling bekas kopi tersebut terlihat lebih gelap dibandingkan daerah didalamnya. Efek ini disebut dengan coffee ring effect, atau efek cincin kopi. Terinspirasi dari bekas cairan kopi yang mengering tersebut, Pak Deegan berhasil menerbitkan makalah ilmiah di Jurnal Nature (Jurnal peringkat 20 di dunia versi Scimagojr) berjudul “Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops“ dan juga di jurnal-jurnal lainnya.

Tidak hanya sebatas menerbitkan makalahnya di jurnal, Pak Deegan menginspirasi puluhan ribu peneliti lainnya untuk meneliti lebih dalam tentang efek cincin kopi. Jika Anda mencari di google scholar, ada lebih dari 268.000 judul makalah yang bertopik efek cincin kopi. Fantastis kan? Sebenarnya apa sih yang istimewa dari bekas kopi yang mengering?

Bentuk cincin dari suatu cairan yang mengering sebenarnya tidak hanya terjadi pada kopi, dalam kehidupan sehari-hari ada pula cairan yang menyebabkan terbentuknya noda berbentuk cincin di tepi gelas, juga ditepian suatu gambar yang dilukis dengan cat air.

Dalam dunia penelitian dan industri, efek cincin kopi ini ada yang bersifat diinginkan, artinya sebisa mungkin efek cincin kopi tersebut dapat tercipta. Namun dalam banyak hal, efek cincin kopi bersifat tidak diinginkan dan sebisa mungkin dihindari, terutama jika berkaitan dengan pelapisan nanopartikel pada suatu permukaan (terutama pelapisan dengan metode spin coating dan drop casting). Tidak hanya dalam proses pelapisan, efek cincin kopi ini juga biasa diamati dalam proses pencetakan (printing) dan juga pencucian (washing).

Mari kita bahas satu persatu, efek cincin kopi yang diinginkan kemudian efek cincin kopi yang tidak diinginkan.

Diinginkannya efek cincin kopi ini ketika efek tersebut digunakan untuk membuat pola tertentu pada suatu permukaan, misalnya pola 5 garis berulang ketika proses printing. Sedangkan tidak diinginkannya efek cincin kopi ketika permukaan yang datar dan merata harus terbentuk, misalnya pada proses fabrikasi sel surya, pelapisan cladding pada pandu gelombang optik (yang sedang diteliti oleh penulis di Photonics Research Center Universiti Malaya), dll.

Pada proses fabrikasi sel surya yang berbasis lapisan semitransparant MnO2, kehadiran efek cincin kopi dapat mengurangi performa sel surya. Padahal secara alami, ketika MnO2 dilapiskan dengan cara drop casting (diteteskan dengan pipet), maka akan terbentuk efek cincin kopi dengan sendirinya.

Penelitian yang berjudul “Suppressing the Coffee-Ring Effect in Semitransparent MnO2 Film for a High-Performance Solar-Powered Energy Storage Window” dan diterbitkan di jurnal ACS applied materials & interfaces mengukur berbagai parameter yang mempengaruhi performa sel surya dengan membandingkan sel surya yang terdapat efek cincin kopi dan sel surya yang efek cincin kopinya hilang karena penambahan tetesan etanol. Hasilnya adalah hambatan seri berkurang dari 120 ohm (dengan efek cincin kopi) menjadi 90 ohm (tanpa efek cincin kopi) dan juga kerapatan arusnya bertambah dari 0.05 mA cm-2 (dengan efek cincin kopi) menjadi 1 mA cm-2 (tanpa efek cincin kopi). Jadi, sangat penting bukan pengaruh efek cincin kopi ini?

Bayangkan 1 tetesan kopi. Terbentuknya efek cincin kopi disebabkan oleh aliran kapiler (capillary flow) dari arah tengah tetesan kopi ke bagian pinggiran tetesan. Aliran kapiler (kecepatan alirannya cukup kecil sehingga tidak kasat mata) terjadi akibat tetesan yang berada di pinggir menguap lebih cepat dari pada dibagian tengah tetesan. Namun ketika sudah sampai di pinggiran, aliran tersebut akan tertambat di pinggir dan hanya sedikit yang kembali ke tengah tetesan atau bahasa ilmiahnya adalah “pinning of the contact line of the drying drop at the edge”. Banyaknya zat terlarut yang menempel di pinggir dan hanya sedikit yang kembali ke tengah tetesan disebabkan oleh ketidakmampuan diameter tetesan untuk mengecil, hal ini dikarenakan tetesan sudah menempel pada lapisan dibawahnya (contact line is pinned).

Sumber:
warstek.com