pg.1/2

I microsistemi: soluzioni
innovative per telecomunicazioni
e sensoristica
 

1.1 INTRODUZIONE

Presso l'Area della Ricerca del CNR di Tor Vergata è attivo, da circa un anno, il Progetto Strategico "Sensori e Microsistemi" (PSM). Esso è naturalmente aperto a biologi, chimici, medici, fisici, elettronici per una collaborazione ampia sui temi orientati allo sviluppo della scienza dei Sensori e dei Microsistemi ed alle tecnologie ad essi relativi.

Questo articolo intende presentare le attività inizialmente programmate e quelle in corso, fornendo di queste ultime una breve descrizione.

La scelta del tema generale di ricerca "SENSORI e MICROSISTEMI" (S&M) viene a valle di una successione di considerazioni a lungo meditate, consolidate nel corso degli ultimi anni, alcune delle quali sono di seguito elencate:

a) il mercato potenziale dei S&M è in continua espansione (Grafici 1a, 1b);

b) essi sono indispensabili per il controllo ed il monitoraggio nel senso più ampio dei termini (si pensi, ad esempio, al controllo degli inquinanti nelle acque potabili ed in ambienti industriali) e per questo motivo essi assumono carattere strategico;

c) il loro sviluppo va ripensato e riadattato alle opportunità offerte dalle nuove tecnologie microelettroniche (litografia laser, crescita materiali per sensori e microsistemi, etching, etc.);

d) esistono nuove ed uniche possibilità di sviluppo di ricerca a carattere interdisciplinare, peculiarità dell'area sensoristica;

e) diverse nazioni europee, insieme con il Giappone e gli Stati Uniti, hanno da tempo impegnato risorse per l'allestimento di laboratori dedicati ai S&M che fanno ampio uso dei risultati della ricerca relativa alle nuove tecnologie, sotto la spinta dello sviluppo della microelettronica;

f) la possibilità reale di diventare competitivi e di accrescere la reputazione scientifica in questa area.

Le tecnologie relative alla realizzazione di S&M stanno attualmente avendo un veloce e crescente sviluppo, in virtù del notevole e concreto interesse suscitato a livello industriale.

Allineatore di maschere (mask aligner) per la realizzazione di circuiti planari mediante fotolitografia su wafer di silicio o altri materiali con dimensioni da 4 pollici in su. La macchina è in grado di allineare maschere per doppia esposizione consentendo la realizzazione di circuiti contemporaneamente su entrambe le facce del wafer

Un tale rapido sviluppo è stato in gran parte stimolato dalle potenzialità intrinseche delle tecnologie della micromeccanica, a loro volta basate su alcuni processi e metodologie proprie della microelettronica. In tal modo, nel contesto della fabbricazione di dispositivi, si possono ottenere considerevoli vantaggi tra cui alcuni dei più importanti sono: aumento dell'affidabilità, possibilità di concentrazione delle dimensioni in micro volumi, peso e consumi ridotti e possibilità di produzione specializzata di massa a costi ridotti.

In campo internazionale esistono una serie di iniziative coordinate sia a livello di singolo paese sia in reti di eccellenza, volte al rafforzamento tecnologico in quest'area ed in gran parte miranti al trasferimento, a livello di prodotto, di soluzioni e di prototipi innovativi. Paesi come Germania, Olanda, Francia, Stati Uniti e Giappone, hanno iniziato da tempo ad investire cifre considerevoli su progetti congiunti tra strutture di ricerca ed industriali finalizzati alla realizzazione prototipale ed al successivo sviluppo di Sensori e Microsistemi in numerosi settori applicativi.

A titolo esemplificativo si pensi che in Europa l'industria aerospaziale e quella automobilistica hanno iniziato ad introdurre sui loro sistemi, in linea di produzione, alcuni sensori di concezione tecnologicamente avanzata, quali microsensori di pressione ed accelerometri dotati di prestazioni ormai accettate con piena soddisfazione. Tuttavia le potenzialità di sviluppo e di mercato di componenti e dei sistemi ottenuti sfruttando appieno le tecnologie dei S&M sono enormi, in gran parte inesplorate e capaci di influenzare pesantemente numerosi settori industriali di primaria importanza nei prossimi anni a venire.

In Italia le suddette tecnologie sono state recepite con un sostanziale ritardo rispetto agli altri paesi industrializzati e il gap da colmare appare notevole. Va tuttavia evidenziato che sta maturando rapidamente la consapevolezza della loro importanza, soprattutto da parte di aziende operanti in settori tecnologici ad alta competitività, prime fra tutte quelle attive nella sensoristica, per le quali lo sviluppo di queste tecnologie può rappresentare la chiave per un mercato sia di volume sia di applicazioni specifiche ad alto valore aggiunto (anche su volumi non elevati) su richiesta specifica del cliente, con la conseguente creazione di nicchie di dimensioni non trascurabili. Proprio questa precipua flessibilità ed adattabilità tecnologica, nel suo insieme, ad un numero elevato di settori è l'argomento principale a sostegno di una previsione di un forte impatto industriale su cui possono essere fatte le seguenti considerazioni:

• analogamente al caso dello sviluppo industriale sui circuiti integrati (IC), le tecnologie proprie dei S&M portano alla creazione di nuovi settori di engineering;
• contrariamente al caso relativo all'area degli IC, è possibile sviluppare un numero enorme di diversi dispositivi polifunzionali, con la conseguente possibilità di creazione di industrie manifatturiere differenziate di dimensioni medio piccole;
• la futura evoluzione dei microsistemi, in generale, verrà prevalentemente a dipendere dalla tipologia delle applicazioni che riusciranno ad aver maggiore impatto sul mercato e quindi, da un punto di vista più strategico, sarà opportuno rendere altamente flessibili le tecnologie dei S&M, per potersi agganciare, in tempo reale, alle nuove necessità produttive e, soprattutto, alle emergenti richieste del mercato. Le precedenti considerazioni hanno portato, nel corso degli ultimi anni, alla generazione dell'idea di base del PSM.

Camera pulita del PSM

1.2 Idea di base del PSM

L'idea di base su cui è nato il PSM, concepita su reali competenze e reputazione internazionale, è stata incentrata su un laboratorio innovativo capace di gestire con elevata flessibilità un progetto di rilevanza strategica, operante totalmente a livello interdisciplinare, in grado di:

* porsi al servizio dello sviluppo dei sensori e microsistemi ad essi relativi;

* dare un positivo contributo alla rivoluzione in atto nel campo dei microsensori;

* gestire l'interdisciplinarità indispensabile per lo sviluppo dei sensori di nuova generazione, che vedranno insieme competenze di chimici, medici, biologi, fisici, elettronici;

* dare un contributo positivo in termini di qualificazione scientifica e di produzione di prototipi di reale interesse industriale;

* gestire le microtecnologie per S&M, nonché la loro diffusione;

* dare respiro internazionale e competitivo, operando, laddove possibile, a stretto contatto con l'impresa;

* rappresentare uno dei possibili riferimenti nazionali nel campo dei S&M e delle relative tecnologie.

1.3 Missione del progetto PSM

Allo scopo di generare un significativo impatto sulle imprese e costituire uno dei punti di riferimento nella ricerca e sviluppo delle tecnologie per S&M, un'attenta analisi in termini di competenze tecnico-scientifiche preesistenti e di opportune infrastrutture (laboratorio "G" nell'Area della Ricerca del CNR a Tor Vergata) ha portato ad identificare alcune azioni che rappresentano la missione del PSM.

1) Incoraggiare la ricerca interdisciplinare (che significa anche servizio tra i ricercatori interessati), necessaria per lo sviluppo delle tecnologie dei sensori relativi alle aree individuate ed in seguito elencate e dei microsistemi ad essi relativi.

2) Attivare un forte legame con la realtà industriale interessata.

3) Originare un programma di educazione alle tecnologie dei sensori e microsistemi.

4) Aprire per il CNR, per l'Università e per la Piccola e Media Impresa un'opportunità di ricerca congiunta ad elevato contenuto scientifico e strategico.

5) Sviluppare prototipi e piccole produzioni di sensori e microsistemi ad alta affidabilità.

6) Operare nell'etica di favorire il miglioramento della qualità della vita.

7) Operare in stretta sinergia tecnologica con altre realtà nazionali, soprattutto con unità di ricerca affini in USA o Giappone.

8) Inoltre, nel contesto progettuale, verrà favorito, in base alle decisioni di livello europeo, quanto segue: la promozione di un approccio sistemistico, il miglioramento della sicurezza ed affidabilità dei prodotti finali, la riduzione del tempo di manutenzione nonché il rispetto della piena compatibilità tra tecnologia ed ambiente.

Poiché per vari motivi è stato necessario pianificare una dimensione iniziale della struttura (circa 800 metri quadrati con camera pulita di circa 200 metri quadrati, includente quest'ultima 20 metri quadrati di stanza gialla) piuttosto contenuta (almeno se confrontata con quella di analoghe strutture europee nel settore), è apparso opportuno mirare in questa fase ad aree di intervento e linee di attività ben individuate che, fatto salvo il valore del contenuto culturale, nel contempo non trascurassero l'aspetto strategico teso alla realizzazione prototipale con ricaduta immediata in alcuni settori di interesse nazionale.

Inoltre, sulla base della stessa considerazione sui limiti dimensionali del laboratorio, è derivata l'ulteriore necessità e disposizione ad operare attraverso strette collaborazioni con altre strutture di ricerca e sviluppo, sia pubbliche sia industriali, specialmente in quei segmenti tecnologici non totalmente coperti dalle risorse in proprio, e ciò anche allo scopo di attivare una reciproca mobilità del personale nel circuito nazionale ed europeo. Questo, unitamente alla gestione del processo di ottimizzazione delle risorse, dovrebbe permettere in tempi sufficientemente brevi (vale a dire dell'ordine di un biennio) l'aggancio alle nuove realtà emergenti nel campo S&M di specifico valore strategico. Tale processo implica necessariamente la capacità di superamento del problema critico della progressiva obsolescenza delle competenze e delle apparecchiature, che può essere affrontato e minimizzato strutturando in maniera flessibile il laboratorio, ovvero predisponendo:

• un parco attrezzato multiuso e di facile ri-orientamento in funzione delle necessità maturate;
• personale ricercatore e tecnico ad alta competenza e specializzazione, ma con capacità culturali e interrelazionali particolarmente versatili;
• una capacità di gestione manageriale agile ed autonoma, atta specialmente a sostenere con efficacia l'interazione con la controparte industriale;
• una spiccata potenzialità all'individuazione, al confronto ed al coordinamento delle conoscenze multidisciplinari (nel campo dei materiali, della progettazione, dei processi e delle simulazioni etc.), al fine di ottimizzare le tecnologie esistenti per garantire una flessibilità pronta ed orientata alle richieste industriali.

1.4 Aree di impegno culturale del PSM

Vengono di seguito elencate alcune aree considerate rilevanti per il PSM, con indicazione, tra parentesi, del tipo di sensore o di sistema di sensori che si pensa debbano essere sviluppati allo scopo di dare un significativo contributo in termini di concreti risultati. Naturalmente sono state fatte opportune scelte di priorità non essendo possibile affrontare contemporaneamente tutte le potenziali varietà applicative presentate:

• Medicina e salute delle persone.
• Conservazione dei cibi, casa sicura
  (nasi elettronici).
• Qualità delle acque e dell'aria
  (lingue e nasi elettronici).
• Climatizzazione
  (sensori di umidità e temperatura).
• Rilevazione tracce di gas nocivi
  (sviluppo di sensori elettrochimici per bassissime concentrazioni: minori di 50ppb).
• Applicazioni spaziali e per telecomunicazioni in ambito fisico
  (classi di dispositivi ad onda magnetostatica e dispositivi ad onde millimetriche).
• Applicazioni spaziali in ambito chimico
  (sensori di tracce di inquinamento organico per abitacoli di satelliti o per navi spaziali, microdispositivi per telecomunicazioni).
• Energetica e distribuzione dell'energia
  (sensori di temperatura e di umidità).
• Interazione uomo macchina ed intelligenza percettiva
  (realtà virtuale ed aumentata terapia delle disfunzioni percettive).
• Sensori per grandezze fisiche
  (es.: accelerazione, forza, pressione).

Al fine di rendere possibile lo sviluppo dei sistemi per le numerose aree sopraelencate sono in parte state sviluppate le seguenti tecnologie:

• Film sottili di materiali di base per uso sensoristico e per attuatori.
• Progettazione microelettronica.
• Microelettronica per sensori.
• Microlavorazioni chimiche di materiali per sensori.
• Progettazione per micro-dispositivi e per micro-macchine.
• Matrici di Microsensori e di Microriscaldatori.
• Microsistemi per l'interazione multimediale uomo-macchina.
• Sensori ad elevata risoluzione di CO2 (Anidride Carbonica), O2 (Ossigeno), NH3 (Ammoniaca), etc.

2.1 SETTORI DI ATTIVITÀ

A seguito della disponibilità delle competenze ed apparecchiature, nonché delle tendenze manifestate da parte di alcune industrie nazionali, si possono illustrare 2 Linee di Ricerca ed alcune collaborazioni esterne già avviate, tra le quali una di forte rilevanza strategica, parzialmente avviata, che meriterebbe di essere gradualmente implementata, in base alle future risorse ed al valore dei risultati che saranno ottenuti nella prima fase di ricerca esplorativa.

2.2 Linea di Ricerca 1: Dispositivi a microonde e ad onde millimetriche

(Responsabile: Dr. Romolo Marcelli, CNR PSM)

2.2.1 Generalità

Il Gruppo di Tecnologie per Microsistemi a Microonde del CNR (Microwave Microsystem Technology=M2T) è attualmente coinvolto in attività di ricerca che coprono la progettazione, le tecnologie realizzative ed il test di dispositivi avanzati per applicazioni a microonde e ad onde millimetriche.

La partecipazione crescente a piani di ricerca nazionali ed internazionali configura l'Unità M2T come un punto di riferimento per applicazioni spaziali e di terra che utilizzino tecnologie per il trattamento del segnale ad alte frequenze.

Le attività attualmente coperte riguardano principalmente due argomenti: la realizzazione di filtri e sorgenti a microonde da 2 GHz fino a circa 20 GHz, che utilizzano film magnetici per il trattamento analogico del segnale, e i dispositivi passivi realizzati su membrane di silicio ed arseniuro di gallio per applicazioni fino alle centinaia di GHz.

2.2.2 Dispositivi ad onda magnetostatica

	Fig. 2: maschera (al centro) per la realizzazione di matrici ( a sinistra) e serie (a destra) di risuanatori magnetici planari per trattamento del segnale a microonde
	Fig.3: dispositivi ad onda magnetostatica per il trattamento analogico del segnale in tempo reale

I dispositivi a film magnetico sono caratterizzati da ampia accordabilità in frequenza, grazie all'applicazione di un campo magnetico esterno proporzionale alla frequenza operativa, e sono attualmente in una fase di pre-industrializzazione. Il materiale di base, sintetizzato in laboratorio per la prima volta negli anni '50, fa parte della classe dei granati magnetici, contenenti yttrio e, soprattutto, ferro che lo rende sensibile a campi magnetici esterni e ne esalta le proprietà a frequenze di microonde. Le caratteristiche vincenti di tali dispositivi, oltre alla già menzionata accordabilità in frequenza, sono la planarità e la conseguente integrabilità, che grazie alle tecnologie sviluppate in questo laboratorio del CNR si propongono come la naturale soluzione per sostituire i dispositivi in forma bulk, già commercialmente disponibili, con ovvii vantaggi dal punto di vista dell'integrazione. Il materiale di base, la cui crescita epitassiale è stata da noi ottimizzata, si presta a processi fotolitografici e di attacco chimico che consentono la realizzazione di filtri risonanti accoppiati, cosa attualmente impossibile nel caso di dispositivi bulk commerciali. Un esempio delle possibilità di questa tecnologia è rappresentato in Fig.2, dove serie e matrici di risuonatori sono stati realizzati sullo stesso wafer con unico processo.

I dispositivi a film magnetico vengono anche definiti magnetostatici, poiché si tratta di strutture il cui funzionamento è basato sull'eccitazione di onde lente, con velocità di 2 o 3 ordini di grandezza inferiori a quelle della luce.

Ulteriori vantaggi nell'utilizzo dei dispositivi ad onda magnetostatica sono rappresentati dal fattore di merito dei risuonatori e dal rumore di fase, quest'ultimo particolarmente importante per ottenere sorgenti a microonde con elevata selettività in frequenza. L'alto numero di frequenze occupate per telecomunicazioni obbliga le tecnologie che si interessano di broadcasting e trasferimento dati via satellite a sviluppare soluzioni caratterizzate da elevata purezza spettrale, ed in quest'ambito gli oscillatori ad onda magnetostatica rappresentano una soluzione ideale per: a) sostituire i banchi di oscillatori, ciascuno a frequenza fissa attualmente montati sui ponti radio per comunicazioni multipunto; b) migliorare, sia per telecomunicazioni commerciali sia per attività di osservazione della Terra, la qualità della trasmissione dei dati.

Queste ultime caratteristiche sono oggetto di un progetto coordinato e finanziato dall'Agenzia Spaziale Italiana, per la realizzazione di un oscillatore che attualmente lavora a circa 14 GHz con banda di accordo del 10%. Il progetto vede la partecipazione di Unità accademiche (Palermo, Roma - Tor Vergata) ed industriali (Alenia-Marconi System, S.E.TRI.). Le attività spaziali in quest'ambito sono operative presso questa Unità del CNR fin dal 1991, grazie a studi di fattibilità finanziati dall'Agenzia Spaziale Europea, di cui questo Laboratorio è considerato potential provider per attività di interesse spaziale.

In Fig.3 è rappresentato un tipico prototipo per studi di fattibilità su dispositivi accordabili ad ampia banda, realizzati da questa Unità.

2.2.3 Dispositivi ad onde millimetriche e micromachining

Il micromachining è una tecnica innovativa, attualmente in auge per applicazioni di micromeccanica e sensoristica ed esportata poi a diversi ambiti, fra cui quello delle applicazioni ad onda millimetrica. La possibilità di "microlavorare" il silicio e l'arseniuro di gallio, materiali tipici per applicazioni nella microelettronica, ha consentito di realizzare configurazioni planari tradizionali ed avanzate per trattamento del segnale da 30 GHz fino alle centinaia di GHz. In pratica, la microlavorazione consente, tramite attacco chimico del substrato e/o processi più costosi basati su litografia a raggi X, di ottenere dispositivi sospesi su membrane dello spessore di circa 1 mm, traendo vantaggio da: a) la drastica riduzione della costante dielettrica efficace, e b) l'elevato ordine di impacchettamento con forte riduzione di peso ed ingombro. La diminuzione della costante dielettrica ´ è responsabile di due preziosi vantaggi, dovuti entrambi al fatto che il dispositivo risulta praticamente sospeso in aria: a) la diminuzione delle perdite dielettriche dovute al substrato e b) l'assenza di dispersione, legata alla dipendenza di ´ dalla frequenza.

Questa classe di dispositivi è di recente concezione, risale all'inizio degli anni '90 e fu concepita presso i laboratori dell'Università del Michigan, Ann Arbor. Attualmente si è sviluppata sia negli USA sia in Europa per applicazioni di bassa e di alta frequenza, e questa Unità del CNR si è rapidamente inserita in attività di interesse spaziale per applicazioni fino a 77 GHz, frequenza particolarmente appetibile anche per la circuiteria di bordo per applicazioni automobilistiche, quali il radar anticollisione (CAR=Collision Avoidance Radar). Le attività attualmente finanziate, a livello nazionale ed europeo, vedono l'Unità M2T coinvolta nella realizzazione di elementi concentrati, filtri ed antenne su membrana, con partecipazione nelle fasi di design, realizzazione e test nonché in attività di coordinamento scientifico. Di concerto con questo Laboratorio, altre Unità sono coinvolte nelle attività menzionate, sia dal mondo accademico (Tor Vergata, Istituto Nazionale di Microtecnologie di Bucarest, FORTH Heraklion, Uppsala, Kiev, KFKI Budapest) sia di ricerca avanzata ed industriale (Istituto di Ricerca Scientifica e Tecnologica di Trento). Un particolare gradimento su quest'attività è stato mostrato anche dall'Agenzia Spaziale Europea (ESA-ESTEC) e da Alenia Spazio, con cui è in fase di preparazione un'attività comune.

Fig.4: capacitore interdigitale realizzato su membrana	Fig.5: induttore a "S" realizzato su membrana di silicio

Le tecniche di attacco chimico messe a punto presso questo Laboratorio forniscono ottimi risultati nel trattamento di substrati di arseniuro di gallio (GaAs).

Esempi della nostra produzione prototipale sono invece forniti dalle seguenti Figg.4 e 5, dove vengono rappresentati alcuni elementi concentrati e guide d'onda coplanari. La caratterizzazione dei dispositivi e la loro modellizzazione sono risultati ampiamente soddisfacenti sia dal punto di vista delle prestazioni sia della riproducibilità. Le attuali competenze sviluppate in questo settore e le facilities disponibili presso questo laboratorio consentono di mettere a punto processi a livello pre-industriale per la realizzazione ed il test direttamente su wafer fino a 50 GHz.

2.2.4 Sviluppi futuri

L'attuale coinvolgimento in progetti europei dell'Unità M2T ed il know-how acquisito colloca le attività sui dispositivi ad onda magnetostatica e quelli realizzati per micromachining su livelli di assoluto valore internazionale. Lo sviluppo di capacità progettuali e realizzative, ivi incluse le tecnologie fin qui messe a punto, favoriscono la partecipazione nel prossimo futuro anche a tematiche collaterali, quali quella dei materiali ferroelettrici. Questi ultimi sono caratterizzati da alti valori della costante dielettrica, e per questo si propongono, per alcune particolari applicazioni, fino a 20-30 GHz, quali la realizzazione di differenziatori di fase e risuonatori ad alto fattore di merito. Sono attualmente in fase di studio le tecnologie per la deposizione di film sottili e circuiti planari che li utilizzino come substrati. Ulteriori informazioni su questa attività sono reperibili presso il sito web http://www.artov.rm.cnr.it/~psm/index.htlm

2.3 Linea di Ricerca 2: Microsensoristica e microsistemi per l'ambiente e la diagnostica

(Responsabile Dr. Andrea Bearzotti, CNR PSM)

Sulla base delle competenze e delle tecnologie disponibili, le attività sono state finalizzate a realizzare in ordine di priorità:

• sensori polimerici di umidità;
• sistema integrato di microsensori per la rivelazione di agenti chimici;
• prototipi di sensori di grandezze fisiche (es.: accelerazione, pressione, forza);
• sistemi di monitoraggio della qualità dell'aria e dell'acqua, con particolare riferimento anche alla sicurezza del posto di lavoro ed all'inquinamento urbano;
• progettazione microelettronica per sensori e microsistemi;
• microsensori di nuova generazione.

2.3.1 Sensori chimici per le misure di umidità relativa mediante membrane polimeriche

Rack per
caratterizzazione
di sensori chimici

La misura dell'umidità relativa riveste notevole importanza in diverse attività umane, sia industriali sia civili. Attività quali l'industria farmaceutica o quella alimentare necessitano di accurati sensori che siano in grado di dare un valore molto preciso dell'umidità presente nell'atmosfera: per esempio, in un silos di stoccaggio per cereali, dove variazioni sia pur minime del contenuto di acqua nei singoli grani possono produrre variazioni di volume totale ingenti; o nel caso dei prodotti oftalmici dove il contenuto di acqua può pregiudicare la qualità del farmaco. Altri luoghi dove il monitoraggio dell'umidità è necessario possono essere le biblioteche e le pinacoteche o nella produzione di circuiti elettronici, senza dimenticare la classica meteorologia per le previsioni del tempo. Questo gruppo si è posto l'obiettivo di risolvere il problema di come realizzare un sensore di semplice costruzione, a basso costo, affidabile e duraturo anche in condizioni di lavoro particolari. La scelta del dispositivo di base da usare è ricaduta sui cosiddetti humistor ovvero dei resistori a resistività variabile in funzione del tasso di umidità relativa, mentre per l'interfaccia sensibile si è fatto uso di membrane polimeriche. La scelta di queste ultime deriva da un certo numero di vantaggi che questi materiali offrono in termini di facilità di deposizione, facilità di drogaggio e di modifica dei parametri chimici. 

Humistor: resistenza variabile in funzione dell'umidità relativa

I materiali vengono preparati a partire dalla sintesi di composti organometallici ad alto contenuto di leganti acetilenici con i quali si passa, in seguito, alla sintesi dei relativi polimeri organometallici. Per queste sintesi, che richiedono un elevato grado di conoscenza della chimica propria dei composti polimerici, il nostro gruppo si avvale della collaborazione del gruppo della professoressa Anita Furlani e della professoressa Maria Vittoria Russo del Dipartimento di Chimica dell'Università di Roma "La Sapienza" e del gruppo del dottore Claudio Lo Sterzo del Centro di Studio sui Meccanismi di Reazione del CNR di Roma.

Attualmente il gruppo è concentrato sullo studio di materiali polimerici organici e organometallici caratterizzati dalla presenza di unità acetileniche come elementi di giunzione tra i gruppi aromatici e/o metallici (polimeri poliacetilenici e polimetalloacetilenici). Caratteristiche fondamentali di questi materiali nei confronti dell'umidità sono: elevata velocità di risposta dovuta al fatto che l'intero processo di variazione di conducibilità del materiale avviene sulla superficie dello stesso; assenza o quasi di effetti memoria; facilità di realizzazione; ridotte dimensioni (5 mm2).

L'elevata resistività dei polimeri sinora utilizzati è stata drasticamente abbassata permettendo misure di più facile esecuzione. Ciò ha comportato una diminuzione della sensibilità che però si mantiene sempre su valori più che accettabili, registrando variazioni di resistenza di uno o due ordini di grandezza per l'intero intervallo di umidità relativa scelto tra 5 e 95.

Contemporaneamente alle misure di umidità relativa, sono state prese in considerazione misure di vapori di sostanze alcoliche. Sono stati ottenuti soddisfacenti risultati con sostanze quali l'alcol metilico ed etilico, mentre con l'alcol isopropilico e normal butilico i risultati sono tuttora oggetto di analisi. Questi materiali polimerici possono resistere in ambienti saturi di solventi senza subire danni o alterare le proprie caratteristiche di sensibilità verso l'acqua o vari alcoli. Uno degli scopi in questa ricerca è di ottenere dei sistemi polimerici riproducibili (per esempio nei confronti delle quantità degli eventuali droganti) con controllo della sensibilità e della selettività nei confronti di una particolare sostanza volatile in esame. Ciò porterebbe come conseguenza diretta ad avere a disposizione dei materiali adatti per la realizzazione di sistemi di sensori. Proprio in questa ottica è stata costruita una camera di misura multiuso e finemente controllata in temperatura, dove possono alloggiare contemporaneamente numerosi sensori. Essi possono essere esposti alla presenza di singole sostanze in fase vapore oppure di gruppi di sostanze volatili costituenti gli odori.

Mediante computer è possibile registrare i dati provenienti dai vari sensori (attualmente otto) e metterli a confronto in tempo reale. Questo apparato permette, inoltre, un veloce screening di nuovi materiali e di diversi trasduttori. Oltre alle misure di variazione di intensità di corrente in funzione dell'umidità relativa, vengono anche eseguite misure di capacità in condizioni quasi statiche ed in funzione della frequenza. Queste ultime forniscono interessanti parametri elettrici utili per la comprensione del comportamento dei polimeri sotto eccitazione chimica.

continua