In Italia c'è chi lavora sull'elettronica organica stampata, con ottimi risultati, e chi confeziona gli inchiostri conduttivi che sono alla base di questa branca della tecnologia. Tom's Hardware ha parlato con Alessandro Chiolerio, collaboratore dell'Istituto Italiano di Tecnologia (centro di Torino, Space Human Robotics, diretto dal Prof. Fabrizio Pirri) e fondatore di uno spin-off, Politronica Inkjet Printing S.r.l. (politronica.eu).
L'azienda, in sinergia con il centro, si occupa della sperimentazione di inchiostri conduttivi, dielettrici e magnetici per la stampa digitale (a getto, sia piezoelettrica che termica), per la stampa rotativa e a spray. La chiacchierata con Chiolerio è stata l'occasione giusta per approfondire ulteriormente un settore della tecnologia che nei prossimi anni potrebbe crescere esponenzialmente.
Presso il Center for Space Human Robotics dell'Istituto Italiano di Tecnologia si sviluppano inchiostri funzionali per la stampa digitale. Qui una foto stroboscopica mostra le gocce espulse da un ugello in quarzo (falsi colori).
Realizzare inchiostri di questo genere non è cosa semplice perché si parla dell'infinitamente piccolo, a livello di nanoparticelle. I ricercatori dell'IIT ed i collaboratori di Politronica mettono a punto inchiostri molto avanzati composti da argento, neodimio ferro boro, ferro-platino o polianilina. Quest'ultimo "è un polimero conduttivo, ma lavoriamo anche a composizioni miste con il grafene", spiega Chiolerio. Il percorso dell'innovazione passa attraverso i laboratori di IIT, che brevettano i prodotti della ricerca, e licenziano allo spin-off la commercializzazione della soluzione, ripagandosi con le royalties dell'investimento fatto. Ad esempio, nel caso di polianilina e grafene, è stata brevettata una formulazione che consente di avere un inchiostro perfettamente disperso in solvente, ottimamente stampabile, senza dover ricorrere a sostanze tossiche come l'anilina. E con il quale si possono realizzare dispositivi davvero rivoluzionari, in particolare condensatori a capacità negativa - oggetto questo di un brevetto che sta per essere depositato proprio ora.
Lo sviluppo di un inchiostro costa moltissimo, in termini di apparecchiature, conoscenze, tempo di lavorazione e messa a punto finale. Senza il supporto di una fondazione come l'IIT sarebbe impossibile per una microimpresa fare fronte agli investimenti, ed è quindi fondamentale che l'apparato commerciale rifonda lo sviluppo in ragione del volume d'affari. Questi inchiostri - siano essi dielettrici, conduttivi o ferromagnetici - possono avere molteplici applicazioni. "Qui in Piemonte", spiega il ricercatore, "ci sono aziende che si occupano di aerospazio che hanno necessità specifiche, ovvero creare oggetti che resistano ad altissime temperature, vibrazioni, micro-meteoriti e cariche elettrostatiche".
Rappresentazione grafica di un inchiostro funzionale a base di grafene (foglietti dorati) e polianilina (bastoncelli blu e rossi), prodotto innovativo sviluppato al CSHR - IIT di cui è stata brevettata la sintesi ed è in corso di deposito l’applicazione, incentrata sulle caratteristiche elettromagnetiche delle stampe.
"Abbiamo usato l'elettronica stampata per realizzare sistemi di riscaldamento, sia su supporto rigido che flessibile. Nello spazio esterno ci sono -270 gradi (all'ombra) e bisogna mantenere l'elettronica a una certa temperatura per farla funzionare, perciò abbiamo usato la stampa a getto per realizzare alcuni riscaldatori. Così abbiamo applicato l'elettronica stampata a un processo industriale con un sistema Flex PCB. Abbiamo sperimentato gli inchiostri, la compatibilità e - laddove non c'era - sviluppato un processo ad hoc". Il tutto all'interno di un progetto di ricerca finanziato dalla Piattaforma Aerospazio della Regione Piemonte.
Un altro esempio riguarda i sensori di deformazione applicati a materiali speciali usati nei telescopi a infrarosso orbitanti. "Il silicio materiale con cui sono realizzati questi telescopi è molto fragile, quindi se si deforma anche di poche parti per migliaia si spacca. Perciò va monitorata questa deformazione legata a forze meccaniche o carichi termici. Grazie alla stampa elettronica abbiamo stampato il sensore solo dove serviva".
"Abbiamo evitato la necessità di realizzare un oggetto con un'altra tecnologia per poi appiccicarlo con la colla, un problema che originava delle rotture e dei malfunzionamenti. Eliminando la colla abbiamo risolto quel problema". Un altro tipo di applicazione riguarda le antenne, più in particolare l'RFID per la tracciabilità. Chiolerio fa un esempio molto chiaro. "I campioni di cellule, che bisogna tenere in frigorifero a -80 gradi, devono essere tracciabili. Abbiamo sviluppato un sistema che funziona a quella temperatura, e che non esiste ancora sul mercato".
Politronica è una realtà che è partita con quattro persone e ora conta sette soci, forti collaborazioni con IIT e Politecnico e quattro dipendenti. Attualmente si trova in un'isola verde all'interno di quella che era l'area delle fonderie al servizio della FIAT negli anni '70, chiamata Environment Park.
Prototipi di riscaldatori per applicazioni aerospaziali, realizzati mediante stampa digitale su alluminio rivestito con nanocomposito dielettrico, progetto INJECTA (Aviospace – IIT, in collaborazione con Airbus Defence & Space, Politronica).
"Siamo partiti dalla necessità di usare cose non tossiche, nocive o cancerogene e questo ci ha ripagato successivamente. Le difficoltà nel realizzare inchiostri sono molteplici: la temperatura del laboratorio impatta sulle caratteristiche delle nanoparticelle e questo può a sua volta riflettersi sugli studi di sintesi. Lo stesso vale per l'umidità. Anche i fornitori sono un problema: capita di acquistare periodicamente un polimero dal colosso della chimica, ma nonostante sia etichettato allo stesso modo del precedente, si comporta in modo diverso".
Antenna RFID a 13,56 MHz realizzata mediante stampa flexografica su BOPP (biaxially oriented polypropylene), inchiostro a base di microflakes di argento (progetto Uteco Converting S.p.A., Politecnico di Torino, Politronica).
Finora i volumi di vendita degli inchiostri realizzati da Politronica riguardano al 99% l'estero: Europa, Asia, America ma anche Africa (Sudafrica). E i costi? Dipende. Si tratta spesso di inchiostri a base argento, e quindi il prezzo è legato alla materia prima, non certo a buon mercato. "Cerchiamo di innovare", spiega Chiolerio, "sostituire il cuore della particella in metallo non nobile mantenendo l'argento come involucro. Non è però semplice. Inoltre dipende se si tratta di nanoparticelle, perché si può arrivare a spendere centinaia di euro per 15 millilitri. Il discorso è diverso per particelle più grandi, micrometriche, che sono molto più a portata".
Chiolerio è ottimista per il futuro della sua impresa e dell'elettronica stampata in Italia, ma allo stesso tempo sa che per un vero boom dovranno nascere nuove applicazioni. "La gente deve sentire l'esigenza di dotarsi di queste soluzioni. Oggi sarebbe possibile creare una rivista con un piccolo schermo realizzato in printed electronics che interagisce con lo smartphone. La verità è che non se ne sente la necessità".
Esempio di dispositivo realizzato mediante stampa digitale di inchiostro a base di nanoparticelle di argento, circuito dimostrativo in grado di pilotare LED blu ad intermittenza, su wafer di pyrex.
Insomma, elettronica stampata e inchiostri alla base di tutto questo possono rappresentare la nuova frontiera dell'espansione tecnologica. Bassi costi, produzione in volumi elevati e possibilità di andare oltre i design convenzionali. L'Italia che ci sta lavorando c'è, ed è di assoluta eccellenza, forse è il caso che qualche imprenditore sia pronto a rischiare: tra qualche anno potrebbe trovarsi per le mani un business molto redditizio.