Gli RTD sono resistenze metalliche in cui la resistenza varia sensibilmente con la temperatura. Anche negli NTC o PTC, basati su semiconduttori, si ha lo stesso effetto. Esistono materiali la cui costante dielettrica varia in maniera apprezzabile con la temperatura, quasi una sorta di condensatore ‘termico’ ?

La domanda è alquanto insolita: in effetti, nelle applicazioni comuni, si va solitamente alla ricerca di dielettrici che varino il meno possibile con la temperatura, mentre non ho mai sentito di applicazioni che richiedessero il contrario.
Infatti, dal momento che, come sottolineato dal lettore, esistono una moltitudine di materiali che variano sensibilmente la loro resistività con la temperatura e siccome la resistenza è un parametro elettrico molto più semplice da misurare di una capacità, ha poco senso costruire sensori di temperatura basati sulla capacità.
Di conseguenza, i materiali che vengono ben caratterizzati nella pratica, e di cui si hanno dunque dati noti in letteratura, sono quelli il cui dielettrico ha altre caratteristiche ritenute vantaggiose, come per esempio l’elevata rigidità (cioè la capacità di sostenere campi elettrici intensi senza bucarsi) o la costante dielettrica elevata, che consentono di produrre rispettivamente condensatori in grado di sostenere tensioni elevate o di capacità elevata a parità di dimensioni.
Viceversa, si tenta di solito di adottare dielettrici la cui costante dielettrica vari il meno possibile con la temperatura, dato che, dal punto di vista pratico, per un ingegnere, avere un condensatore che varia con la temperatura è solo un problema progettuale ulteriore.
A questo proposito, basta pensare che la capacità di un condensatore varia sia per la variazione termica della costante dielettrica, sia per la variazione delle dimensioni dell’oggetto, a causa dell’espensione termica. Spesso quindi i produttori cercano di fare in modo che i due effetti, invece che sommarsi, si compensino, almeno in un range limitato di temperature.

In figura riporto l’andamento con la temperatura della costante di alcuni dielettrici di uso comune, normalizzati a 20°C.

Ciò premesso, esistono alcuni dielettrici, ben noti e caratterizzati a causa dei alcune caratteristiche che li rendono commercialmente appetibili, ma di cui è nota la forte escursione termica. Tra essi, i più noti sono l’ossido di titanio (prodotto con drogaggi di altri elementi, tra cui bario, boro o stronzio). Esso è largamente usato nell’industria microelettronica, per produrre condensatori integrati nei microchip, in quanto il più diffuso ossido di silicio, sebbene più semplice da utilizzare, possiede una costante dielettrica molto bassa e richiede di occupare larghe aree di silicio per realizzare anche solo piccoli condensatori. Le memorie ad altissima densità sono dunque generalmente realizzate usando condensatori di TiO, dovendo però far fronte alla forte escursione di capacità con la temperatura, che è dell’ordine dell’1-4 per mille per grado.