ITTV20110080A1 - Substrato o composto su cui realizzare piste conduttrici - Google Patents

Description

"SUBSTRATO O COMPOSTO SU CUI REALIZZARE PISTE CONDUTTRICI"

DESCRIZIONE

L'invenzione concerne principalmente un substrato o composto su cui realizzare piste conduttrici per trasportare segnali elettrici.

Cablare superfici o impianti è un'operazione costosa e laboriosa. La lunghezza dei cavi, il loro costo e il peso spesso incidono in maniera preponderante, a volte fino a sconsigliare l'inizio dell'opera.

Altre soluzioni prevedono di creare piste conduttive dentro un volume di un materiale substrato grazie a molecole polarizzabili in modo stabile. Per polarizzare le molecole si invia nel substrato una radiazione elettromagnetica in modo da crearvi una zona attiva (spot) che fornisce localmente l'energia necessaria per variare lo stato di polarizzazione e conduttività di una o più molecole.

Un modo per usare il substrato è sotto forma di vernice o inchiostro, così da applicarlo sulla superficie da cablare con tecnica a spruzzo o pennellate.

Un problema imprevisto che la Titolare ha riscontrato è il danneggiamento delle catene polimeriche a causa del vapore acqueo che il substrato inevitabilmente assorbe per esposizione durante l'applicazione.

Sia realizzando uno strato verniciato o durante la spruzzatura, è inevitabile che la vernice venga a contatto con l'atmosfera. La vernice stesa o in volo può dunque contenere o assorbire al suo interno molecole o nanoparticelle di acqua. Non solo tali molecole costituiscono microscopicamente ostacoli giganteschi per le catene da polarizzare, ma possono espandersi al crescere della temperatura e spezzare catene molecolari già formate. Si capisce che le proprietà fisiche e le qualità industriali del substrato sono molto compromesse da questo fenomeno. Dover operare in ambienti molto controllati o sottovuoto è indesiderabile, sia perché i costi di produzione sono altissimi sia perché è precluso ogni utilizzo ad un operatore non specializzato.

L'invenzione intende risolvere questo problema con un composto come nell'allegata rivendicazione 1, cui si rimanda.

Si aggiunge al composto un accettore di umidità, con la funzione di assorbire le molecole di acqua e trattenerle in zone fisse del substrato.

Se il substrato non è ancora essiccato e/o il solvente evaporato l'accettore è in grado di catturare le molecole d'acqua che fluttuano nel substrato e attirarle a seè, ad es. per migrazione spontanea e/o forte affinità chimica. Ne consegue che le varie molecole che sparse nel substrato potrebbero danneggiare la struttura casualmente si aggregano permanentemente in punti isolati e lasciano un'altissima percentuale di volume libero completamente polarizzabile.

Come l'accettore di umidità si può usare una zeolite, sotto forma di sale o pasta, che senza acqua resta inerte e non crea problemi alcuni nel substrato.

Altro accettore di umidità può essere lo iodio che presenta molti vantaggi. Si può introdurre come gas o liquido, aggiungendolo al substrato ancora non seccato, per cui è facilmente adattabile ad ogni tipo di processo di deposizione.

E' un conduttore, quindi può servire per aumentare la conducibilità del substrato, e dal costo contenuto.

Si può accoppiare elettronicamente alle molecole polarizzabili (ad es. ad un politiofene), quindi sposta lateralmente alla catena polarizzata le molecole d'acqua.

Infine, è rosso e viene "visto" benissimo da Laser che lavorano nell'infrarosso e che sono risultati i più adatti per polarizzare le molecole.

Queste molecole possono essere ossidi metallici o una matrice di polimeri con doppio legame covalente coniugato, vale a dire composti eterociclici, formati da n atomi di carbonio e un atomo di tipo diverso legati in una struttura ad anello.

Insieme agli ossidi metallici può esserci un componente ulteriore quale ad esempio una grafite, ottimo drogante soprattutto per la loro elevata conduttività elettrica.

11 solvente, preferibilmente aromatico, è preferibilmente un benzene, e più preferibilmente un diclorobenzene (perché scioglie bene il Tiofene), un diclorometano o un diluente tipo nitro.

Una vantaggiosa famiglia di polimeri polarizzabili è il Butadiene, che ha una molecola molto stabile.

Un'altra vantaggiosa famiglia di polimeri è il Tiofene, che sostituisce il vinile. Le molecole di Tiofene hanno la spiccata proprietà di disporsi in modo laminare ossia su tutte su un piano senza accavallarsi. Inoltre l'atomo di zolfo del Tiofene presenta molta affinità elettronica con la matrice. 11 Tiofene infatti ha un atomo di Zolfo libero che svolge azione di legante fra le catene monometriche durante la fase di polimerizzazione.

Tiofene e Butadiene possono anche essere mescolati insieme nella matrice. 1 suddetti polimeri e le grafiti possono cooperare insieme nella matrice con gli ossidi metallici. Si noti però che uno o più dei detti polimeri possono essere utilizzati anche da soli nella matrice senza l'ausilio degli ossidi e/o in loro sostituzione (sempre valendo tutto quanto è descritto per il resto del substrato).

Agli ossidi metallici più i polimeri, o quando sono da soli ad uno solo dei due, si può aggiungere cloruro ferrico oppure cloruro di alluminio, con o senza pigmenti di colorazione. Tali cloruri sono forti droganti, e sono convenienti sia perché eliminano un fenomeno isteretico di cui si discuterà dopo, sia perché hanno spiccate capacità di rilasciare/accettare elettroni. In particolare il cloruro ferrico oppure il cloruro di alluminio sono ossidi disciolti in cloro che ben si disciolgono nel tiofene, che è una plastica. L'ottima omogeneizzazione garantisce un'ottima comunicazione a livello elettronico, che favorisce gli interscambi di elettroni verso il polimero (ad es. tiofene).

Gli ossidi metallici potranno ad esempio essere costituiti da ossidi di ferro nella formulazione Fe203, o Fe304 od ancor meglio, per la loro miglior curva di magnetizzazione/saturazione, da ossidi o biossidi di cromo, nella formulazione Cr02.

L'azione di una radiazione elettromagnetica (Laser o campo elettromagnetico generato da un traferro) è di eccitare o diseccitare le molecole inviando la giusta energia secondo l'equazione Energia=h*v. Quando sono eccitate il loro stato elettronico cambia e diventano conduttrici. Visivamente si può pensare che si creino dei "ponticelli" conduttivi tra tutte le molecole disposte ordinatamente in sequenza. Ad es. quando la molecola è un polimero allo stato di riposo si comporta come dielettrico. Con l'arrivo di energia un elettrone viene scalzato dalla molecola M del polimero, che diventa ione e conduce. L'elettrone scalzato orbita dentro una nuvola elettronica decentrata.

Con le molecole eccitate, un circuito esterno che includa il tratto di strato eccitato diventa chiuso, e permette la circolazione di corrente.

Una radiazione successiva riversa dell'energia sulla molecola eccitata. Nel caso degli ossidi suddetti, essi si portano in uno stato instabile dal quale escono riacquistando la configurazione elettronica originale di un isolante. Se la molecola è il polimero non è sufficiente altra energia per riportarlo nello stato di dielettrico, ma servono degli elementi affini atomicamente molto vicini, che intrappolano l'elettrone scalzato e lo ridanno al polimero quando arriva l'energia di antipolarizzazione (la molecola del polimero viene quindi funzionalizzata dall'elemento affine). Un elemento atto allo scopo è ad es. un quarzo, ma altri materiali possono essere sfruttati a questo scopo.

1 cloruri descritti hanno la funzione di velocizzare il passaggio tra le transizioni di stato delle molecole, evitando dei fenomeni isteretici che darebbero una velocità di risposta assai bassa.

Lo iodio, o l'accettore di umidità in genere, si può aggiungere al composto in forma liquida, ad es. durante il processo di stesura che può avvenire per stesura meccanica o spin-coating.

Oppure lo si può usare sotto forma gassosa se lo si incorpora nel composto mentre vi si stende sopra una pellicola protettiva.

Claims (10)

1. "SUBSTRATO O COMPOSTO SU CUI REALIZZARE PISTE CONDUTTRICI" RIVENDICAZIONI 1. Composto comprendente - un substrato di solvente, e - una dispersione nel substrato di molecole polarizzabili stabilmente in due stati polarizzati di diversa conduttività, caratterizzato dal fatto di comprendere un accettore di umidità.
2. 2. Composto secondo la rivendicazione 1, in cui la dispersione comprende - (i) un polimero con doppio legame covalente coniugato, vale a dire un composto eterociclico formato da n atomi di carbonio e un atomo di tipo diverso legati in una struttura ad anello; e - (ii) elementi funzionalizzanti del polimero, in modo che lo stato del polimero si modifichi da isolante a conduttore e viceversa quando viene colpito da un campo elettromagnetico.
3. 3. Composto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'accettore di umidità comprende una zeolite.
4. 4. Composto secondo la rivendicazione 1 o 2 o 3, in cui l'accettore di umidità comprende iodio.
5. 5. Composto secondo una rivendicazione da 2 a 4, in cui il polimero comprende tiofene e/o butadiene.
6. 6. Composto secondo la rivendicazione 5, in cui la dispersione comprende una grafite, in particolare grafene e/o fullerene.
7. 7. Composto secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la dispersione comprende quarzo.
8. 8. Composto secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la dispersione comprende (i) particelle di quarzo funzionalizzanti il polimero e (ii) particelle di quarzo atte a donare o ricevere cariche elettriche al/dal substrato per effetto piezoelettrico.
9. 9. Composto secondo la rivendicazione 8, in cui la dispersione di quarzo funzionalizzante ha dimensioni di particella al massimo di 20 nm, e/o il quarzo donatore/ricettore di cariche elettriche ha dimensioni di particella di circa da 600-700 nm a circa 1 pm.
10. 10. Composto secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il solvente comprende benzene, in particolare diclorobenzene o diclorometano.