Appunti di Laboratorio di tecnologie dei materiali e applicazioni industriali dei plasmi T

Laboratorio di tecnologie dei materiali e applicazioni industriali dei plasmi

TResearch Group for Industrial Applications of Plasmas AlmaPlasma s.n.l.

Tenuto da Vittorio Colombo ed Emanuele Ghedini.

Il plasma

Il plasma è un gas ionizzato.

Irving Langmuir (1929).

È un mix di ioni, elettroni, neutri, specie eccitate.

Blend: mescolamento che ha un calore aggiunto.

Bio interface: plasma che interagisce con materiale biologico.

Settore dell’illuminazione

Tubi al neon: plasma in condizioni di pressione particolare, che vanno a definire il set di condizioni operative.

Settore della produzione di composti per la microelettronica

La pressione può essere bassa (ordine in torr) o alta (atmosferica o qualche atmosfera).

Materia prima con cui faccio il plasma: gas.

Gas plasmogeni: sotto opportune condizioni operative posso trasformarli in plasma.

Fulmine: plasma naturale, non facilmente governabile, generato nel più diffuso gas plasmogeno, l’aria.

Aria tecnica: trattata prima dell’utilizzo, ad esempio viene compressa, filtrata (meccanici, elettrostatici, chimici), deoliata.

Diffusione di gas plasmogeno.

Camera di plasma, voglio governare il fenomeno, voglio governare il processo tecnologico industriale, voglio delle manopole sulle quali lavorare.

Non voglio che il gas contenga particolato che va a chiudere quei forellini.

Voglio che l’aria sia sufficientemente pura da potersi dire deoliata ⇒ ha un costo!

Ionizzazione: devo essere in grado di strappare elettroni, renderli liberi, produrre degli ioni.

Argon: gas plasmogeno, costo maggiore rispetto al costo dell’aria compressa, filtrata e deoliata.

Elio: gas plasmogeno.

Rifornitori di gas tecnici: Air Liquid, Linde.

I gas si comprano in bombole in pressione a 200 bar: tra questi gas ci sono metano, idrogeno, Neon (più costoso, poco usato), ossigeno (usato quando si vuole produrre il fenomeno di ossidazione), azoto.

Ci sono miscele di gas plasmogeni.

Settore smaltimento e trattamento rifiuti ⇒ leader mondiale: Giappone.

Ceneri: Fly ashes, Botton ashes.

Centro sviluppo materiali: impianti prototipali da 1 MW.

ENECSA.

Marcoule: smaltimento rifiuti nucleari con tecnologia plasma.

AIDO.

Sommario

• Fondamenti dei plasmi (termici, non termici).
• Plasma e medicine (non termici: temperatura minore di 40°C, pressione atmosferica, tendenzialmente in aria ambiente).
• PAC 1955 (thermal).
• Plasma e waste (prevalentemente thermal).
• Plasma e turbines engines (non termici).
• Packaging alimentare: materiali polimerici, materiali da impacchettare. (non termici).
• Per far passare un materiale da idrofobico a idrofilico e viceversa (modifica speciale di materiali).

Nota: termici (temperature tra 10000-30000K), non termici (temperature tra 40-50°C).

Brevetti

(Per maggiori informazioni, chiedere alla prof. Rosa Grimaldi, specializzata in pacchetti brevettuali in azienda).

I brevetti servono per un monopolio spazio-temporale dell’azienda (è un’esclusiva su un territorio e in un intervallo di tempo).

IP (intellectual property) protection: serve per proteggerla dai competitori.

Ad esempio, c’è una concorrenza diversa tra Apple/Samsung oppure Apple/Blackberry: Apple e Samsung sono altamente in concorrenza tra loro, ad armi pari, invece Blackberry occupa una parte di nicchia del mercato.

Normalmente succede che le grandi aziende lasciano le piccole aziende fare contraffazione, poi quando si raggiunge un danno economico più grande del valore dell’azienda, la grande azienda “compra/mangia” quella più piccola.

*Da vedere: Linkedin: social network per il lavoro.

In Europa, un brevetto dura 20 anni.

• Ma può cambiare in ambiti diversi: in IP letterario, il brevetto dura 50 anni dopo la morte dell’autore, mentre per tutto il tempo che è in vita rimane valido.

*Ci sono studi di consulenza della proprietà intellettuale (anche a Bologna), ma è un lavoro dopo cui pochi anni ci si stanca.

*EPO (European Patent Office), è l’ufficio brevetti europeo, finanziato anche da fondi italiani (un nuovo assunto può anche prendere 6000 euro al mese, parlare due lingue non native è obbligatorio).

Un brevetto dura 20 anni perché ci si aspetta un ritorno sociale.

Esempio

La Coca Cola non è stata brevettata, rimane un segreto industriale. Una volta uscito il prodotto dalla fabbrica, si potrebbe usare il reverse engineering per capire a posteriori come è fatto il prodotto. Se il segreto industriale è un processo, è più difficile scoprirlo (la Coca Cola ha un segreto industriale sia di processo sia di prodotto). Il segreto industriale è un IP più o meno debole (Coca Cola è un’eccezione).

Con la tecnologia al plasma si fanno molti prodotti delle creme. Queste non sono IP, perché a livello microscopico è difficile il reverse engineering (non so come è stata prodotta la polvere).

I 20 anni del brevetto iniziano anche in fase d’esame (che dura in media 36 mesi, ma può arrivare anche fino a 17 anni), durante la quale viene valutata la possibilità di brevettare il prodotto.

In 20 anni ci si aspetta che si guadagni rispetto alle spese apportate. È un tempo sufficiente per permettere al proprietario del brevetto di rientrare nelle spese fatte per produrre quell’oggetto. In alcuni settori, per brevettare ci vogliono investimenti molto alti.

“Un’idea deve permettersi di essere geniale” ⇒ un’innovazione ha i suoi costi.

Dopo 20 anni, diventa un prodotto libero: diventa trasparente, devo divulgare tutto, prezzo intellettuale.

Ci deve essere un ritorno sociale che stimoli l’innovazione di altri (così dopo 20 anni non si parte da zero, ma si parte da quel brevetto per migliorarlo o avere idee migliori).

Si stimola negli altri la possibilità di fare meglio.

⇒ Implica un avanzamento industriale sociale (si conosce lo stato dell’arte e lo si può migliorare).

Il brevetto dopo 20 anni non si può promulgare, dopo 20 anni scade.

Un brevetto può essere rigettato per mancanza di contenuto innovativo.

Ufficio protocollo: serve a dimostrare che un certo materiale è entrato in un certo giorno. Si datano e organizzano le informazioni.

Nella domanda di brevetto ho l’interesse a rilasciare meno informazioni possibili, per scongiurare i competitors.

L’ufficio brevetti si mette dalla parte della società, non concede brevetti con poche informazioni.

Una volta approvato, non posso aumentare il contenuto inventivo del brevetto (posso solo diminuirlo).

• Questo avviene per aumentare l’innovazione sociale.

Ipotizzando il 100% di informazioni che corrisponde a tutta la verità sul prodotto, e lo 0% che corrisponde a nessuna informazione, quando si consegna un brevetto, bisogna superare una certa soglia che corrisponde a un tot di informazioni (ma non si sa dove sia questa soglia).

In Italia siamo sull’ordine dei 3000 euro per mettere il brevetto in banca dati (più le tasse per la tenuta in vita del brevetto).

• Per brevettarlo in tutta l’UE, il totale aumenta fino a 70000 euro.
• Per brevettarlo in tutto il mondo, il totale aumenta ancora di più.

Si tende a non dire completamente la verità per evitare che i competitors facciano un prodotto completamente uguale (ad esempio, dico che il mio prodotto è bianco, ma non dico che è cilindrico).

• La verità sulle informazioni è relativa (è opinabile cosa dire e cosa no).

Invenzione da brevettare o no?

SdA: stato dell’arte.

SdA è un insieme di informazioni (stabilisce tutto quello che si conosce di un determinato settore). Queste provengono da un processo di divulgazione e da brevetti.

Ad esempio, lo stato dell’arte del settore del solare fotovoltaico è composto da brevetti, da J.P., da fiere, da conferenze, da informazioni scientifiche giornalistiche, …

I brevetti sono le basi per l’evoluzione dell’innovazione tecnologica.

Non guardando i brevetti, si perde il 70% delle info sul settore (si perde una parte rilevante del SdA).

J.P. ⇒ journal paper (articoli scientifici).

La ricerca scientifica passa per la produttività scientifica.

• L’università deve essere un’industria di ricerca scientifica (i professori dovrebbero produrre JP costantemente).

Diversamente dal sito dell’EPO, si possono fare anche ricerche non brevettuali. Ad esempio con:

• Google Scholar (da usare per tesi di laurea), dedicato alla ricerca scientifica.
• Scopus (motore di ricerca che fanno capo al settore di pubblicazioni).
• ISI web science.
• Publish or Perish.

Sono tutti motori di ricerca con monitoraggio diverso.

Fanno parte del SdA anche le fiere (international expositions).

Ad esempio Cosmoprof (cosmetici), Lamiera (materiali metallici), …

Nelle fiere ci sono aziende con stand che vogliono pubblicizzare e vendere al pubblico, in competizione con gli altri stand (aziende più grandi avranno stand più grandi).

Nelle fiere ci sono prodotti datati.

Il concetto di SdA è soggettivo (i confini non sono fissi).

Concetto di anteriorità: non si può brevettare se ne hai già parlato con qualcuno (esempio di una convention alle Hawaii, in cui si racconta a 600 persone qualcosa, la settimana dopo non si può brevettare a Bologna).

T=0 è il priority date (non si può brevettare cose dopo averle raccontate ad altre persone).

Requisiti per brevettare un prodotto

Per brevettare un prodotto, occorrono 4 requisiti (i primi 2 i più importanti):

1. Novità. È nuovo quello che si trova fuori dal SdA di quella tecnologia. Cosa stabilisce cosa è nuovo? Le ricerche di anteriorità non si sono sempre potute fare sul web (prima si usava il cartaceo).
   Esempio: in tutti i motori diesel si usano invenzioni italiane, che non sono state mai brevettate (era meglio che lo fossero state).
   Se l’idea sta dentro al SdA, non si può brevettare. Alcune parti del brevetto possono essere nuove, altre no (ecco perché non si possono aggiungere informazioni al brevetto, ma si possono togliere).
2. Inventiva (inventing step). Devo dimostrare che stiamo aggiungendo allo stato della tecnica qualcosa che mettendo insieme varie parti del SdA non si sarebbe potuto raggiungere. Siamo all’estremo della relatività, perché non è detto che un tecnico medio possa raggiungere gli stessi traguardi partendo dallo stesso SdA. Vedi codice della proprietà intellettuale.
3. Applicabilità industriale. Il mestiere dell’ingegnere è applicare innovazioni nel campo industriale (bisogna ripagare la società creando posti di lavoro, etc). Un brevetto viene concesso solo se ha un esito in ambito industriale. Mantenere un brevetto costa, quindi bisogna avere un ritorno economico.
4. Liceità. Non si possono brevettare cose contro l’ordine pubblico e contro la morale (vedi bombe e armi).

Un brevetto non esce più una volta entrato nella banca dati (sia che sia un brevetto di successo, sia che non lo sia).

Brevetti di sbarramento. Vengono fatti non per tutelare un nostro prodotto, ma per impedire ad altri di fare cose: impedisco ai competitors di fare dei prodotti, ma non le faccio nemmeno io.

*Oggi è comune l’indifferenza verso coloro che non producono il brevetto. Si sta pensando di annullare un brevetto se non lo si è portato a un’applicazione industriale.

Grandi aziende sbarrano dei settori con questi brevetti: così si bloccano e non si fanno crescere i competitors.

Dietro c’è una violazione del “ratio sociale”: se blocco un’evoluzione del prodotto, non dovrebbe essere lecito.

*In tesi di laurea, se si parla di tecnologia, sarebbe giusto parlare anche della parte brevettuale.

*In Giappone molti brevetti sono tutelati solo nel loro territorio, quindi si possono sviluppare in Italia.

Se posso fare una ricerca per titoli (per esempio su EPO), allora è utile fare titoli particolarmente elusivi. Si cerca di avere info sui competitors, quindi si cerca di evitare di fare conoscere le proprie mosse ai concorrenti (se vedo che un mio concorrente sta impiegando le sue risorse in un determinato campo, probabilmente sarebbe meglio se lo facessi anche io, visto che quello è un campo con possibili sviluppi).

Il brevetto ha uno schema costitutivo. (Su EPO possiamo cercare per parole chiave nei titoli, ma solo i tecnici possono ricercare parole chiave nella descrizione).

Filled: è la data di priorità.

I brevetti hanno anche una data di pubblicazione, date di numeri di applicazioni e di priorità (numero assegnato), il nome degli inventori, simboli alfanumerici di classificazione, etc…

Applicant: è il proprietario del brevetto.

Un brevetto è fatto di disegni oppure di formule chimiche.

La descrizione è finalizzata a revisionare lo SdA, ed è inventivo.

“Un’invenzione di successo non implica che sia brevettabile”.

Claims: sono le rivendicazioni. È il cuore legale del brevetto (viene usato sia dai legali che proteggono il prodotto, sia quelli che lo attaccano). È il confine dell’applicazione. È scritto in maniera difficile, molto probabilmente nella vita dovremmo affrontarlo prima o poi. Le rivendicazioni si pagano (più se ne hanno, più si deve pagare). È un vantaggio competitivo scrivere in maniera difficile per gli altri (così si ostacolano i competitors). Le rivendicazioni sono scritte in sequenza e con ramificazioni complesse (ci possono essere anche rivendicazioni intermedie, oltre a quelle indipendenti). Le rivendicazioni sono scritte in maniera accettabile per il revisore ma indecifrabile per i competitor.

Un brevetto può avere più prodotti come meta (e diversi tra loro). Se è troppo grande, il revisore può spezzare il brevetto (e quindi farti pagare il doppio o il triplo), perché si sta evitando a troppe aziende di entrare in concorrenza con voi.

*”Qual è il pacchetto brevettuale dell’azienda?” è una buona domanda da fare a un colloquio di lavoro, per verificare che l’azienda sia competitiva.

9/10/2014

Plasma

• “Freddo” (temperatura minore o uguale a 40°C, con materiali termosensibili biologici).
• “Tiepido” (sono di transizione tra una e l’altra).
• “Caldo” (10-30kK).
• A pressione atmosferica.
• A bassa pressione (ipotesi di camera legata a una pompa a vuoto. Può essere un vuoto molto spinto. Queste camere di reazioni non possono essere applicate a tutti i trattamenti, vedi una ferita di un cavallo che non può essere messo dentro la scatola).

Ci interessa come il plasma interagisce con la superficie.

La superficie può essere caratteristica di materiali molto diversi tra loro. La superficie può essere anche una cellula.

Premio Nobel per la chimica 2014: microscopio.

Vedi materiali termosensibili (che comprendono anche i materiali biologici). Quest’ultimi si distinguono in vivo e in vitro.

Altri materiali termosensibili sono i polimeri (dove la temperatura da non superare è più alta di 40°C).

Deterioramento strutturale implica un deterioramento funzionale (mentre non è sempre vero il viceversa).

Plasmi possono essere usati in ambito terapeutico (ad esempio per le ferite).

Possiamo fare sintesi di nanomateriali.

I plasmi non sono gli unici per produrre nanomateriali.

Settore della microelettronica influenzato dalla ricerca sul plasma (vedi trattamento del silicio).

Plasmi sono fatti per produrre delle interazioni, dei trattamenti con l’esterno.

Superficie non è fissa, può essere un liquido (il plasma può essere presente anche entro al liquido).

Il plasma è il quarto stato della materia.

Ambiti del plasma: microelettronica, processi di sanificazioni del plasma, stabilizzazione delle fiamme, conversione di combustibili, illuminazioni…

Vedi Alexander Fridman.

Processo di scale-up: prima si verifica che il processo sia sostenibile (esempio ammazzare batteri col plasma), poi mi devo preoccupare di ammazzarli nell’ambiente in cui si trovano, devo scalare il processo (fare un processo in vivo, non più in vitro).

Non thermal atmospheric pressure plasmas: plasma freddi a pressione atmosferica.

Simens nel 1856 ha prodotto la prima sorgente plasma che serviva per l’ozono. Simens lo usava per sanificare l’acqua a livello industriale e civile.

Tecnica di diagnostica per i processi industriali plasma assistiti serve ad andare a caratterizzare finemente il processo.

Vedi: microbeam plasma generator.

Plasma: nome dato da Langmuir per similitudine con il sangue, composto da diverse specie.

Cellule batteriche e cellule mammifere non possono stare insieme, perché quelle batteriche infestano quelle mammifere (infatti alcune tecniche sono per eliminare une e non le altre).

Applicazioni plasmi: PlasMI (Plasma Mobile Inactivatore).

Vedi cross-contamination in ospedale (infezioni in ospedali).

Problemi da risolvere

Problemi da risolvere, basandoci sullo stato dell’arte di quella tecnologia (problem to be solved):

• Cellulari come veicolo di infezioni.
• Agenti patogeni resistenti ai medicamenti tradizionali come gli antibiotici che sono sempre meno efficaci (multidrug resistant).
• Processi per abbattere contaminazione da tracce di antibiotici (rilasciamo tracce di antibiotici una volta usati, che vanno a riversarsi per esempio nelle acque che riuseremo).

“Problem to be solved” collegato al “create the need” (creare il bisogno): ad esempio l’antrace.

Il creare il bisogno è diverso dall’avere dei problemi da risolvere.

“Time to market” è lungo (quello nel campo farmaceutico è nell’ordine di anni).

Batteri: gram negative/positive (non si trattano alla stessa maniera).

I batteri si possono anche vendere sul mercato (facendoli crescere in laboratorio).

Test per la riduzione dei batteri.

Fasi 1: preparazione dell’organismo (si può comprare).

Fasi 2: