Introduzione

Esponendo a soluzioni alcaline i polimeri sintetici in forma di membrane continue o micro/nano-strutturate, supportati o self-standing, essi risultano carbonizzabili mediante scrittura laser-CO2 in condizione ambiente (senza alcun gas inerte a contatto col materiale), ottenendo pattern elettricamente conduttivi. La maggior parte dei polimeri tecnici non consentono lo sviluppo di pattern conduttivi in condizioni ambiente attraverso carbonizzazione indotta mediante scrittura con laser-CO2 in modalità continua. Infatti, i processi di carbonizzazione possono sempre essere condotti in forno in atmosfera controllata, ma senza i vantaggi di tempi e processo associati alla scrittura laser-CO2, ottenendo una carbonizzazione spazialmente selettiva per la realizzazione di pattern carboniosi.

Caratteristiche Tecniche

L’invenzione (TRL 3) dimostra come sia possibile indurre la carbonizzazione tramite laser in condizioni ambiente di un qualunque polimero-sintetico, previo trattamento con soluzioni alcaline di idrossidi prima dell’esposizione alla radiazione laser-CO2. L’invenzione prevede:

• Formazione di film/fibre nano- o micro-strutturate di detti polimeri, implementando processi di elettrospinning (o elettrofilatura) per la deposizione di membrane polimeriche nanostrutturate;
• Trattamento con soluzioni alcaline, contenenti idrossidi a basse concentrazioni (0.05M-0.1M), di fibre/film a base polimerica, per cui non esiste soluzione tecnologica che consenta scrittura laser diretta di piste conduttive in atmosfera ambiente. PAN e PVDF sono selezionati come caso di esempio applicativo grazie alle loro rese di carbonizzazione in trattamenti standard (forno);
• Sui campioni processati è studiata la carbonizzazione indotta mediante scrittura con laser-CO2 (λ=10.6 µm) in modalità continua, creando piste e pattern conduttivi in modo localizzato, soltanto nelle zone che interagiscono con il laser.

Possibili Applicazioni

• ENERGIA: realizzazione di elettrodi, anche flessibili, per dispositivi per la produzione – fuel cells e lo stoccaggio – batterie e supercap, anche di tipo indossabile;
• SENSORISTICA: realizzazione di elettrodi, anche flessibili, per sensori elettrochimici, anche di tipo indossabile.

Vantaggi

• Rapidità e flessibilità del processo;
• Tempi, costo e sostenibilità che derivano dall’assenza di gas tecnici;
• Creazione di pattern-piste conduttive in modo localizzato;
• Possibilità di convertire polimeri sintetici in materiale carbonioso-poroso, in atmosfera ambiente.