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

Laboratorio di Tecnologie dei Materiali e Applicazioni Industriali dei Plasmi T

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

Tenuto da Vittorio Colombo ed Emanuele Ghedini

Il plasma è un gas ionizzato

Irving Langmuir (1929)

È un mix di ioni, elettroni, neutri, speci 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 seti 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,

eletrostatici, 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 MWE

NECSA

Marcoule: smaltimento rifiuti nucleari con tecnologia plasma

AIDO

Sommario

- Fondamenti dei plasmi (termici, non termici)

- Plasma e medicine (non termici: temperatore 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 le grande aziende lasciano le piccole aziende fare contraffazione, poi

quando si raggiunge un danno economico più grande del valore dell’azienda, la grande aziende

“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 prodotto la polvere)

I 20 anni del brevetto inizia anche in fase d’esame (che dura in media 36 mesi, ma può arrivare

anche fino a 17 anni), durante la quale viene valutato 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 (cos’ 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 anno 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 aumento 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 sono relative (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 provengno 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), dedica alla ricerca scientifica

• Scopus (motore di ricerca che fanno a 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 stands che vogliono pubblicizzare e vendere al pubblico, in

competizione con gli altri stands (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=o è il priority date (non si può brevettare cose dopo averle raccontate ad altre persone)

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

maniere difficile, molto probabilmente nella vita dovremmo affrontarlo prima o poi. Le rivendicazioni

si pagano (più si 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 fatto 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 preoccuparmi di ammazzarli nell’ambiente in cui si trovano, devo scalare

il processo (fare un processo in vivo, non più in vitro)

Non thermal atmosperich 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 servono ad andare a caratterizzare

finemente il processo

Vedi: microbeam plasma generator

Plasma: nome dato da Langmur 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, 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: