BRPI1000553A2 - dispositivo de interligação de sensores integrados, não-metálico, e processo de fabricação e aplicações relacionadas - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE INTERLIGAçãO DE SENSORES INTEGRADOS, NãO-METáLICO, E PROCESSO DE FABRICAçãO E APLICAçOES RELACIONADAS. A presente invenção refere-se às concretizações exemplificativas que proporcionam materiais, dispositivos e disposições de conjunto sen- sor integrado, bem como processos para formação e uso destes dispositivos e disposições em sistemas de detecção. Em uma concretização, o conjunto sensor integrado pode incluir um elemento de interligação e pelo menos um elemento de núcleo conectado com o elemento de interligação em qualquer local dele. Cada um do elemento sensor e do elemento de interligação pode incluir um elemento de núcleo e um polímero. O elemento de núcleo para o elemento sensor e o elemento de núcleo para o elemento de interligação podem ser interligados eletricamente. Várias concretizações também podem incluir um elemento conector conectado ao elemento de interligação, para transmitir sinais de detecção do, ou para o, elemento sensor.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVODE INTERLIGAÇÃO DE SENSORES INTEGRADOS, NÃO-METÁLICO, EPROCESSO DE FABRICAÇÃO E APLICAÇÕES RELACIONADAS".

A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a materi-ais, dispositivo e sistemas de detecção, e, mais particularmente, a materiais,dispositivos e disposições de interligação de sensores integrados não-metáli-cos, bem como a processos para a fabricação deles e a aplicações dos mesmos.

Tem havido um interesse considerável no uso de contatos, inter-ligações, sensores, sondas e similares de alto valor, para uso em uma amplagama de aplicações de teste, medida e controle elétricos nas indústrias mé-dica, do entretenimento e outras afins.

Por exemplo, uma década passada, microssondas ou microele-trodos em forma de fio de diâmetro fino, feitos de fibras de carbono puras,eram inseridos nos estômagos de pacientes caninos, para estudar as carac-terísticas eletroquímicas de processos digestivos de interesse para os pes-quisadores. Mais recentemente, os microeletrodos incluindo disposições defibras de carbono foram usadas para detecção em atividade elétrica simula-da opticamente em retinas de coelhos.

Os dispositivos sensores relacionados a fibras de carbono con-vencionais incluem um sensor de contato, em uma extremidade de um fiocondutor isolado de pequeno diâmetro, que pode incluir um elemento de nú-cleo de fibra de carbono multifilamento. O fio de conexão é configurado comum conector de pino metálico na outra extremidade do terminal. O sensor decontato é posicionado e fixado dentro de um diâmetro relativamente grandede uma cápsula de borracha flexível, que ajuda a proporcionar uma força decarga de contato entre a ponta de contato do sensor e o objeto do teste. Assoldagens ultrassônica e térmica são usadas para unir o sensor de contato àextremidade livre do condutor do núcleo do fio.

Problemas surgem, no entanto, devido às razões apresentadasa seguir. Primeiro, a soldagem sônica ou térmica, usada para unir o núcleodo fio e o sensor de contato, e, provavelmente, unir o sensor de contato e acápsula de borracha, não é robusta, porque as juntas são relativamente fra-cas e sujeitas a dano. Várias falhas elétricas e mecânicas podem então o-correr e provocar um tempo de vida útil curto dos conjuntos e requereremum grande número de peças de substituição caras. Por exemplo, algunsconjuntos de sensores falham inicialmente, quando configurados nas dispo-sições desejadas, enquanto outros falham prematuramente, devido aos rigo-res de manuseio, limpeza e uso normais. Em segundo lugar, os processosde soldagem são provados como sendo adequados para fabricação em es-cala de laboratório de baixo volume, mas há desafios para proporcionar vo-lumes de produção de grande escala.

Desse modo, há uma necessidade para proporcionar um conjun-to de interligação de sensores integrado não-metálico e disposições afins,bem como processos para a fabricação deles e aplicações em sistemas dedetecção.

Por exemplo, as figuras 1 - 1A, 2A - 2C, 3A - 3C e 4A - 4C pro-porcionam materiais, dispositivos e disposições de um conjunto sensor inte-grado, bem como processos para a formação de uso destes dispositivos /disposições em sistemas de detecção.

O conjunto sensor integrado descrito pode ser usado em quais-quer sistemas de detecção. Os sistemas de detecção podem ser úteis, porexemplo, para detectar e registrar os sinais de níveis de células ou tecidos,incluindo o registro de números relativamente grandes de sinais de célulasou tecidos únicos ou em pequenos agrupamentos. O sistema de detecçãopode ser também útil, quando combinado com os sobrerrevestimentos depontas adequados, para torná-las responsivas a pH ou a certos produtosquímicos, incluindo produtos químicos inorgânicos e orgânicos, ou outrascondições de interesse, tal como a presença, ausência ou nível de raio X ououtra radiação. De modo similar, o sistema de detecção descrito pode ser útilem, por exemplo, aplicações de segurança em torrão natal, nas quais háuma necessidade de detectar, sem interferência de sinal, energia de raio X,de ímã ou eletromagnética simultânea dentro do meio físico de teste.

Em uma concretização, o elemento sensor pode ser um elemen-to sensor não-metálico, não-interativo e não-invasivo, que é inteiramenteintegrado com um elemento de interligação em forma de fio, à base de fibrade carbono, não-metálico, adequadamente flexível.

A figura 1 ilustra um sistema de detecção 100 exemplificativo deacordo com os presentes ensinamentos. Como mostrado na figura 1, o sis-tema de detecção 100 pode incluir, por exemplo, um conjunto sensor inte-grado 135, e um dispositivo de processamento de sinal 155. Também mos-tra-se um objeto do teste 105.

O objeto do teste 105 pode incluir, por exemplo, quaisquer obje-tos de interesse que precisam ser detectados ou monitorados. O objeto doteste 105 pode incluir objetos animados ou inanimados, que incluem objetosseres humanos, vegetais ou animais, por exemplo, objetos de teste de célu-las oculares, ou quaisquer bioespécies para a detecção diagnostica e/oudistribuição de medicamento feita em um nível celular ou nível de tecido.

Alternativamente, o objeto do teste 105 pode ser um objeto sintético, por e-xemplo, um músculo artificial e/ou composições químicas, tais como políme-ros eletroativos.

O conjunto sensor integrado 135 pode ser colocado operacio-nalmente em contato com o objeto do teste 105, e pode incluir também umelemento de interligação 10, em conexão com um elemento sensor 20, emuma extremidade do elemento de interligação 10. Especificamente, o ele-mento sensor 20 do conjunto sensor integrado 135 pode ser conectado ope-racionalmente com o objeto do teste 105. Em uma concretização, o elemen-to sensor 20 pode proporcionar características de autocarga e similares âmola, que podem proporcionar uma força de contato segura, entre pelo me-nos uma das faces de contato do elemento sensor 20 e o objeto do teste 105.

O dispositivo de processamento de sinal 155 pode incluir váriosdispositivos elétricos, tais como, por exemplo, um instrumento de medida,um dispositivo visor, um dispositivo de transmissão e/ou um aparelho de re-gistro. O dispositivo de processamento de sinal 155 pode, desse modo, in-cluir, mas não é limitado a, um resistor, um visor de cristal líquido (LCD), ummódulo multichip, uma placa de circuito impresso (PCB), etiquetas RFID1chips sem fio e/ou um quadro de ligações impresso (PWB).

Os sinais de monitoramento detectados pelo elemento sensor 20podem ser enviados para o, recebidos do, e/ou transmitidos pelo elementode interligação interligado 10 (por exemplo, um elemento em forma de fio),para o dispositivo de processamento de sinal 155 adequado, que mede, exi-be ou registra o sinal.

O elemento sensor 20 pode ser conectado ao e/ou estendido doelemento de interligação 10. Como usado no presente relatório descritivo, otermo "sensor" ou "elemento sensor" refere-se a um dispositivo que respon-de a um estímulo físico, elétrico ou eletrônico e transmite um sinal ou impul-so resultante para medida, monitoramento ou controle.

O elemento sensor 20 pode ser, por exemplo, relativamente pe-queno, comparado com o elemento de interligação 10, e pode ser posiciona-do em uma extremidade do elemento de interligação 10, ou, alternativamen-te, em qualquer local adequado ao longo do elemento de interligação 10, porexemplo, ao longo do comprimento do elemento de interligação 10.

O elemento sensor 20 pode ser usado para monitorar e detectaro objeto do teste 105. O elemento sensor 20 pode ser, por exemplo, umsensor de contato. O elemento sensor 20 pode incluir, por exemplo, um ele-mento de núcleo, tal como uma extensão de material fibroso condutor, e ummaterial polimérico formado no elemento de núcleo, como uma camada decamisa (também referida no presente relatório descritivo como uma camadade sobrerrevestimento, uma camada de bainha) e/ou composta dentro doelemento de núcleo, como um material aglutinante.

Como usado no presente relatório descritivo, o termo "elementode interligação" refere-se a um elemento que é usado para interligar disposi-tivos/componentes eletrônicos, através dos quais um sinal de corrente elétri-ca, de potencial, térmico, acústico, óptico ou outro sinal pode passar. O ele-mento de interligação 10 pode incluir um elemento de núcleo e material iso-lante, formado no elemento de núcleo como uma camada de camisa (umacamada de sobrerrevestimento, ou uma camada de bainha) e/ou compostodentro do elemento de núcleo como um polímero aglutinante.

Como descrito no presente relatório descritivo, um elementocomposto pode ser formado quando o elemento de núcleo é composto comum material polimérico, por exemplo, o polímero aglutinante e o material iso-lante, como descrito acima. Por exemplo, o elemento de núcleo, incluindoelementos condutores ou semicondutores em forma fibrilar, pode ficar conti-do em um polímero adequado, para formar um elemento composto, que po-de ter características resistivas.

Os materiais poliméricos usados para sobrerrevestimento e/oucomposição do elemento de núcleo, para cada um dos elemento sensor 20 eelemento de interligação 10, podem incluir, mas não são limitados a, epóxis,acetais, poliésteres, borrachas iônicas, borrachas não-iônicas, poliuretanosiônicos, poliuretanos não-iônicos, poli (éteres - sulfonas), poli (éteres - éteres- cetonas), poli (éteres - imidas), poliestirenos, poli (tereftalatos de etileno),poliamidas, poliimidas, poli (cloretos de vinila), poli (óxidos de fenileno), poli-carbonatos, terpolímeros de acrilonitrila - butadieno - estireno, fluoropolíme-ros, poliolefinas, vidros ou cerâmicas. Os materiais poliméricos usados po-dem conter uma fibra ou filamento, tal como um filamento têxtil ou fio têxtil, epodem ser configurados em elemento similar a pano ou similar a papel, demodo a proporcionar reforço, resistência à abrasão ou flexibilidade, por e-xemplo, à camada externa. O filamento ou fio pode ser, neste caso, sintético,tal como poliéster, fibra de vidro ou fibra de náilon e similares, e pode sernatural, tal como algodão ou seda.

Vários processos incluindo, por exemplo, termoformação em fu-são, processamento por estiramento em fusão, revestimento em solução,revestimento por imersão em solução, revestimento rotativo, eletrodeposi-ção, coextrusão, revestimento eletrostático por aspersão, e similares, podemser usados como materiais poliméricos de sobrerrevestimento e/ou composi-ção no elemento de núcleo, para cada um dos elemento sensor 20 e ele-mento de interligação 10.

Em uma concretização exemplificativa, a camada de camisa (oucamada de sobrerrevestimento), formada circundando o elemento de núcleo,ou o compósito formado incluindo o elemento de núcleo, dentro de um polí-mero aglutinante ou material isolante, pode ser preparada por aplicação dosmateriais poliméricos em uma fase líquida ao elemento de núcleo, seguidopor um processo de solidificação. Os processos de solidificação podem in-cluir, por exemplo, vulcanização, congelamento, evaporação de solvente, ousuas combinações, ou outros meios adequados, para formar o elementosensor e/ou o elemento de interligação descritos. Em uma concretizaçãoexemplificativa, uma extensão livre de uma ou mais fibras de carbono podeser solidificada com uma resina aglutinante adequada, tal como de epóxi,silicone, poliuretano, fluoropolímero, e similares. O elemento de núcleo podeser moldado como um elemento oco, em que a parte oca pode permitir adistribuição de gás ou líquido, e/ou amostragem.

Uma vez solidificada, a fibra de fibras ligada ao polímero podeser processada por um processo secundário, incluindo, por exemplo, corteou aparadela, usando uma tesoura mecânica, um corte por jato de água e/ouum corte a laser, para obter uma configuração, um tamanho e forma finaisdesejados. Para elementos sensores ou elementos de interligação maiores,o processo secundário pode incluir, por exemplo, laminação de camadas,laminação adesiva, moldagem por inserto, sobremoldagem, e similares.

O elemento de núcleo para o elemento sensor 20 (isto é, um e-Iemento de núcleo sensor) e o elemento de núcleo para o elemento de inter-ligação 10 (isto é, o elemento de núcleo de interligação) podem ser iguais ounão. Em uma concretização, o elemento de núcleo sensor pode ser configu-rado para projetar-se da camada isolante do elemento de interligação 10, emqualquer local ao longo do elemento de interligação. Em outras concretiza-ções, o elemento de núcleo sensor pode ser uma parte estendida (por e-xemplo, uma extensão livre) do elemento de núcleo do elemento de interli-gação 10. Um ou mais polímeros adequados podem ser depois combinadoscom o elemento de núcleo sensor, para formar o elemento de núcleo 20. Oelemento de núcleo sensor e o elemento de núcleo de interligação podemser interligados eletricamente, independentemente da configuração do ele-mento sensor 20 e do elemento de interligação 10, no conjunto sensor inte-grado 135, por exemplo, o elemento de núcleo para cada um dos elementosensor 20 e elemento de interligação 10 pode ter uma resistividade elétricavariando de cerca de 1 χ 10"5 a cerca de 10 χ 10"12 ohm-cm. Alternativamen-te, o elemento de interligação pode ter uma capacitância elétrica e/ou umaimpedância elétrica. Quando acoplado operacionalmente com a característi-ca resistiva, o elemento pode servir para sintonizar, tamponar, condicionar,filtrar ou controlar o sinal originário no elemento sensor 20 e condicionar osinal, de modo que fique adequado para satisfazer ou quase satisfazer osrequisitos de recepção do dispositivo de processamento de sinal 155.

O elemento de núcleo para o elemento de interligação 10 e/oupara o elemento sensor 20 pode ser suficientemente flexível, durável e ca-paz de suportar limpezas em autoclave ou outros tipos de limpeza com de-sinfetantes, juntamente com os processos manuais ou automáticos relacio-nados a elas. O elemento de núcleo para o elemento de interligação 10 e/ouo elemento sensor 20 pode ser transparente, ou pelo menos não-interativo acampos magnéticos, radiológicos ou eletromagnéticos. Além do mais, o ele-mento de núcleo de interligação e/ou o elemento de núcleo sensor podemser suficientemente eletrocondutores e podem ser usados em um compri-mento contínuo.

O elemento de núcleo para o elemento de interligação 10 e/ou oelemento sensor 20 pode incluir, por exemplo, um cordão sólido único, talcomo um filamento nanotubo de carbono (CNT), filamento nanotutubular denitreto de boro, fibras de silício dopadas, e/ou um filamento multicordão, talcomo um atado de fibras ou uma estopa de fibras, tal como uma estopa defibras de vidro. Fibras ou filamentos iguais ou diferentes podem ser usadospara as concretizações multifilamento.

Os filamentos de cordão único ou multicordão podem ser subs-tancialmente não-metálicos e podem ser feitos de materiais, que são condu-tores, semicondutores ou semirresistivos, incluindo, mas não-limitados a,carbono, nitreto de boro, silício, boro, silício dopado, boro - carbono, fibrassintéticas carbonizadas, fibras de piche - carbono, fibras de poliacrilonitrila -carbono, grafite e similares. Os filamentos de cordão único ou multicordãopodem ser produzidos de materiais em várias escalas dimensionais, a partirde dimensões macroscópicas a microscópicas ou a nanoescala.

Os filamentos também podem incluir, por exemplo, nanotubos,nanofios, nanoeixos, nanopilares, nanobastões, placas em nanoescala (porexemplo, placas de grafeno em nanoescala), nanofibras, nanoagulhas, na-nofibrilas, ou outras nanoestruturas que têm pelo menos uma dimensão decerca de 100 nm ou menos. As partículas de enchimento em nanotamanho,tais como as partículas nanotubulares de carbono, podem ser usadas, porexemplo, para modificar ainda mais as propriedades operacionais, incluindoresistência mecânica, flexibilidade, resistência química, etc. do sensor ouinterligação. Por exemplo, o elemento de núcleo para o elemento de interli-gação 10 e/ou para o elemento sensor 20 pode incluir um ou mais monofila-mentos de nanotubos de carbono (CNT) de nanotamanho, tais como aque-les fornecidos pela NanoComp, Corp. (Concord, NH). O monofilamento CNTde tamanho nano pode proporcionar uma forte resistência mecânica e/ou empequena incrustação.

Alternativamente, o elemento de núcleo para o elemento de in-terligação 10 e/ou para elemento sensor 20 pode incluir estopas de fibras decarbono, contendo ou mais filamentos (ou fibras) de carbono individuais. Porexemplo, as estopas de fibras de carbono, tendo cerca de 1.000 filamentosindividuais, podem ser usadas de acordo com os presentes ensinamentos.

Outras concretizações podem incluir, por exemplo, estopas de fibras de car-bono, tendo cerca de 500 ou menos filamentos individuais.

O elemento de núcleo para o elemento de interligação 10 e/oupara o elemento sensor 20 pode ter pelo menos uma dimensão,por exemplo,de cerca de 500 mícrons ou menos. Em um exemplo adicional, a pelo menosuma dimensão pode incluir um diâmetro de cerca de 0,5 mícron a cerca de500 mícrons. Em outro exemplo, a pelo menos uma dimensão pode incluirum diâmetro de cerca de 500 nanômetros ou menos, por exemplo, variandode cerca de 1 nanômetro a cerca de 500 nanômetros.

O elemento de interligação 10 pode ser feito, por exemplo, a par-tir de qualquer fibra de carbono ou estopa de fibras de carbono, que sejaessencialmente, ou pelo menos parcialmente, não-metálica e/ou não-magné-tica. Por exemplo, o elemento de interligação 10 pode incluir uma unidade decondutor elétrico blindada, incluindo um compósito tendo um núcleo de car-bono eletricamente condutor e uma camisa elastomérica eletricamente iso-lante, circundando e envelopando o núcleo de carbono. Em um exemplo,pode haver uma camada metálica muito fina, tal como de níquel, ouro,chumbo, cobre, estanho, prata, paládio, platina ou misturas, combinações ouligas deles, que revista pelo menos uma parte da camada externa da fibra denúcleo, ou pelo menos uma parte da camada interna da camisa, ou ambas.A camada fina pode ter uma espessura na faixa de cerca de 0,01 nanômetro(0,1 angstrom) a cerca de 1 micrometro. As camadas metálicas, que reves-tem o núcleo e a bainha, podem ser iguais ou diferentes, como pode ser re-querido pelas aplicações específicas.

O elemento de interligação 10 pode incluir um fio condutor, ten-do um núcleo eletricamente condutor, usando filamentos de poliacrilonitrilaparcialmente carbonizada, com uma resistividade entre cerca 1 χ 102 a cercade 10 χ 1010 ohm-cm. Os filamentos podem ser circundados por uma cama-da de camisa eletricamente isolante. Este fio de interligação pode incluir onúcleo de cerca de 2.000 a cerca de 50.000 filamentos. A camada de camisapode incluir materiais elastoméricos isolantes, tal como silicone, e/ou materi-al polimérico isolante, tal como poliéster ou poli (cloreto de vinila). O núcleode filamento eletricamente condutor pode ter um diâmetro de cerca de 5 mí-crons a cerca de 50 mícrons.

Em um outro exemplo, o elemento de interligação 10 pode inclu-ir, por exemplo, um fio de ligação, um fio de derivação, um fio de fusível ououtro elemento de interligação de fio, como do conhecimento daqueles ver-sados na técnica.

Com referência de volta à figura 1, o conjunto sensor integrado135 pode incluir ainda um elemento conector (não mostrado), disposto emuma extremidade do elemento de interligação 10, por exemplo, na extremi-dade que fica oposta ao elemento sensor 20. O elemento conector pode serqualquer terminação de extremidade adequada, tal como um conector, parapropiciar conexão entre o elemento sensor (juntamente com o elemento deinterligação) e o dispositivo de processamento de sinal 155.

O conjunto sensor integrado 135 da figura 1 pode ser fabrica-çãodo em massa tendo disposições de elementos sensores e/ou disposiçõesde conjuntos sensores integrados. Por exemplo, a figura 1A mostra uma par-te de uma disposição exemplificativa dos conjuntos sensores integrados, deacordo com os presentes ensinamentos. Como mostrado, uma pluralidadede conjuntos sensores 135 pode ser incluída na disposição, que pode serusada no sistema de detecção descrito, como mostrado na figura 1, paradetectar o objeto do teste 105 pelos elementos sensores dos conjuntos 135.

0 sinal de detecção pode ser então transmitido pelos elementos de interliga-ção dos conjuntos 135 para o dispositivo de processamento de sinal 155.

Pequenas dimensões de cada elemento dos conjuntos 135 e-xemplificativos, incluindo o elemento sensor 20, o elemento de interligação10 e/ou o elemento de contato, podem ser usadas, por exemplo, quando asdisposições são usadas para a detecção do nível das células. A disposiçãodos conjuntos sensores integrados pode conter sensores ou conjuntos indi-viduais 135 de, por exemplo, cerca de 2 a cerca de 3.000 ou mais.

As figuras 2A - 2C ilustram um conjunto sensor integrado 135200A - C exemplificativo, em vários estágios durante a formação, de acordocom os presentes ensinamentos.

Como mostrado na figura 2A, um elemento de núcleo 200A, talcomo uma estopa de fibras de carbono, pode ser proporcionado. O elementode núcleo pode incluir uma estopa de fibras de carbono resistiva, por exem-pio, tendo uma resistividade elétrica variando de cerca de 1 χ 10"4 a cerca de1 χ 1010 ohm-cm. A estopa de fibras de carbono pode ter, por exemplo, umaforma seccional transversal circular, tal como uma forma oval ou redonda.

No exemplo ilustrativo, a estopa de fibras de carbono pode ser usada comoum elemento de núcleo para um elemento sensor e/ou para um elemento deinterligação do conjunto sensor integrado 200. Como mostrado, o elementosensor 200A pode ser dividido em duas seções ou comprimentos, incluindouma primeira seção 202 (por exemplo, uma seção ou comprimento curto)para um elemento sensor 20 e uma segunda seção 206 (por exemplo, umaseção ou comprimento longo) para o elemento de interligação, ou vice-versa.

Na figura 2B, uma seção composta 210 pode ser então formada,incluindo um ou mais polímeros aglutinante ou materiais isolantes, e o se-gundo comprimento 206 (por exemplo, a seção longa) da estopa de fibras decarbono 200A. O um ou mais polímeros aglutinantes ou materiais isolantespodem incluir ainda um solvente, incluindo um solvente volátil, para facilitar oprocesso de composição. Vários processos de composição conhecidos da-queles versados na técnica podem ser usados. Por exemplo, a seção com-posta 210 pode ser formada por impregnação de uma mistura de um agluti-nante epóxi, por exemplo, epóxi EPON 862, e um solvente volátil, por exem-plo, tolueno, e um agente de reticulação adequado, por exemplo, Iindax (Lin-dau Chemicals) no longo comprimento 206 exemplificativo. O solvente volátilpode facilitar os processos de molhamento e impregnação, juntamente como processo de evaporação subsequente, durante a secagem e/ou vulcaniza-ção da parte impregnada com polímero aglutinante da estopa de fibras decarbono, por exemplo.

Dependendo do polímero aglutinante usado, o processo de se-cagem ou vulcanização pode incluir, por exemplo, um processo em etapas.Por exemplo, quando epóxi é usado, a parte impregnada pode ser primeiroevaporada à temperatura ambiente, e depois seca a cerca de 60°C por umahora, por exemplo, em uma estufa de convecção, a temperatura podendoser aumentada a cerca de 130°C e a vulcanização pode ocorrer por cerca deuma hora. Outras programações de vulcanização podem ser possíveis, de-pendendo do polímero aglutinante e/ou solvente usados.

A seção composta 210 formada pode ser fina, rica em fibras,sólida e mecanicamente resistente. Por exemplo, a seção composta pode teruma espessura e/ou uma largura de cerca de 10 mícrons a cerca de 1.000mm. Quaisquer outras espessuras e/ou larguras, tal como em uma nanoes-cala (por exemplo, inferior a 1.000 nm) ou superior a 1.000 mm) podem sertambém usadas para a seção composta. Em uma concretização exemplifica-tiva, a seção composta pode ter uma seção transversal retangular. Em ou-trás concretizações, a configuração pode ser circular ou redonda. Em outrasconcretizações, a seção composta pode apresentar, por exemplo, uma res-posta flexível similar à mola, quando comprimida ao longo do seu eixo longi-tudinal.

Durante a formação do elemento composto 210, o comprimentoremanescente, isto é, a primeira seção 202 (por exemplo, o comprimentocurto) do elemento de núcleo original 200A, por exemplo, uma estopa defibras de carbono, pode se manter essencialmente inalterado durante esteprocesso.

Na figura 2C, uma ou mais cintas de camisa 228 podem ser for-madas pela primeira seção 202 (por exemplo, curta) da fibra de carbono e-xemplificativa 200A, quando nenhum composto foi formado. A ou as partescamisa do primeiro comprimento do elemento de núcleo 200A podem formarum elemento sensor 220 do conjunto sensor integrado 200C.

Antes da formação da uma ou mais cintas de camisa 228, ocomprimento curto 202 do elemento de núcleo 200A (por exemplo, a estopade fibras de carbono) pode ser processado para que tenha uma forma deseção transversal desejada e dimensões desejadas. Por exemplo, o primeirocomprimento 202 pode ser processado por uma compressão mecânica, paravariar a forma, por exemplo, de uma estrutura quase oval a uma fina, chata ena forma de fita. A estrutura na forma de fita pode ser, por exemplo, umacamada fina larga, incluindo uma estrutura retangular. O elemento sensor220 resultante pode ter uma estrutura plana e cega.

A uma ou mais cintas de reforço 228 podem ser então formadasno comprimento curto 202 do elemento de núcleo 200A, por exemplo, a es-topa de fibras de carbono, por várias técnicas de revestimento, incluindo,mas não-limitadas a, revestimento em solução, revestimento por imersão,revestimento por estiramento, revestimento anular e similares. A uma oumais cintas de reforço 228 podem ser uma camada de camisa isolante, ten-do um diâmetro relativamente muito maior do que aquele do elemento denúcleo 200A.

A região de forma retangular fina exemplificativa, o elementosensor 220, tendo a uma ou mais cintas de camisa 228 formadas no primeirocomprimento 202, pode ser ainda modificada em tamanho e forma por umou mais processos secundários. Os processos secundários podem incluir,por exemplo, corte ou aparadela, tal como o uso de um cortador mecânico,uma tesoura mecânica, ou um torno, um cortador de jato de água e/ou umcortador a laser, para obter várias formas desejadas para aplicações especí-ficas. O elemento de núcleo final pode ficar, por exemplo, menor, contendocaracterísticas específicas, ou tendo elementos mais flexíveis, após os pro-cessos secundários.

O elemento sensor 220 pode ser maior em diâmetro ou emcomprimento do que o elemento de interligação 210, dependendo das apli-cações específicas. Por exemplo, a camada de camisa 228 pode ser forma-da pela seção longa 206 do elemento de núcleo 200A, para formar o ele-mento sensor, enquanto que a seção curta 202 do elemento de núcleo 200Apode ser composta com os polímeros aglutinantes para formar o elementode interligação.

As figuras 3A - 3C ilustram outro conjunto sensor integrado 300exemplificativo em vários estágios de formação, de acordo com os presentesensinamentos. Na figura 3A, um elemento composto 300A pode ser forma-do, incluindo um elemento de núcleo, tal como uma ou mais estopas de fi-bras de carbono, fixado ou composto por um ou mais polímeros aglutinantes.

O elemento composto 300A pode assumir uma forma, incluindo,mas não-limitada a, uma haste, um eixo, uma folha, um pilar, um tubo, umcorpo oco ou outro produto semiacabado ou produto acabado de várias tec-nologias de moldagem composta. Em uma concretização exemplificativa, oelemento composto 300A pode ser uma haste composta, tendo um diâmetrode, por exemplo, cerca de 50 mícrons a cerca de 5 mm.

O elemento composto 300A pode ser uma haste composta epode ter várias formas de seções transversais desejadas, incluindo umaforma circular ou outras formas. O elemento composto 300A pode ser for-mado por uso de um processo de pultrusão comercial (DFI, Hickory, NC).Em várias concretizações, o elemento composto 300A pode não incluirquaisquer solventes voláteis, tais como o solvente volátil, tolueno, usado pa-ra os dispositivos e processos nas figuras 2A - 2C.

O elemento composto 300A pode ser mecanicamente resistentee flexível. O elemento composto 300A pode conter de cerca de 1 a cerca de99% em peso do elemento composto de estopa de fibras de carbono e con-ter de cerca de 1 a cerca de 99% em peso do elemento composto de políme-ros aglutinantes. Em um exemplo adicional, o elemento composto 300A po-de incluir de cerca de 90 a cerca de 98% em peso do elemento composto deestopa de fibras de carbono e conter de cerca de 2 a cerca de 10% em pesodo elemento composto de polímeros aglutinantes.

Para preparar o conjunto sensor integrado descrito, o elementocomposto 300A pode incluir um primeiro comprimento 302, para preparar umelemento do elemento sensor e do elemento de interligação, e um segundocomprimento 306 para preparar o outro elemento do elemento sensor e doelemento de interligação.

Na figura 3B, o primeiro comprimento 302 do elemento compos-to 300A pode ser processado para proporcionar um tamanho e forma de se-ção transversal e flexibilidade desejados. Por exemplo, o primeiro compri-mento 302 do elemento composto 300A pode ser retificado (por exemplo,retificado a laser pela Resonetics, Nashua, NH), para proporcionar um diâ-metro reduzido, que pode ser usado para preparar o elemento sensor 320(consultar a figura 3C). Opcionalmente, o processo a laser ou outro adequa-do de jato de água pode ser usado para remover ou eliminar a resina agluti-nante das fibras do núcleo, aumentando, desse modo, a flexibilidade do pri-meiro comprimento 302. O primeiro comprimento 302 do elemento composto300A pode ter um diâmetro reduzido de cerca de 1 a 99% do diâmetro origi-nal. Em uma concretização exemplificativa, um comprimento curto pode serprocessado para que tenha um diâmetro de cerca de 0,03 mm (0,012 pole-gada) de uma haste composta, que tem um diâmetro original de cerca de 0,5mm (0,022 polegada), para formar o elemento de núcleo.

Na figura 3C, um elemento sensor 320 pode ser formado porsobrerrevestimento de uma ou mais camisas de polímero 328 no primeirocomprimento retificado 302 (por exemplo, a seção curta) do elemento com-posto 300A.

A camisa polimérica 328 ou camada de sobrerrevestimento podeser formada no primeiro ou comprimento curto retificado 302 por aplicaçãode um revestimento polimérico em uma forma líquida, e depois seca nas re-giões do primeiro comprimento 302. Dependendo do polímero usado para osobrerrevestimento, luz UV ou outra radiação pode ser usada para vulcani-zar o polímero líquido e solidificar o polímero na circunferência do elementocomposto.

Uma ou mais camadas de sobrerrevestimento polimérico 328podem ser aplicadas, parcial ou totalmente, no primeiro comprimento, quetenha sido processado do elemento composto 300A. Por exemplo, o sobrer-revestimento polimérico 328 pode ser formado como uma cinta estreita, loca-lizada tendo um comprimento LO a partir da região da ponta rica em fibras302 e tendo um comprimento de L1 a partir do segundo comprimento 306 doelemento composto 300A. Em uma concretização exemplificativa, a cinta desobrerrevestimento polimérico pode ser de cerca de 3 mm a cerca de 4 mm(L0), a partir da região de ponta rica em fibras processada, e cerca de 5-6mm (LI)1 a partir da segunda região da haste composta, que é mais espessado que a primeira região retificada.

Desta maneira, a região na qual não existe qualquer sobrerre-vestimento pode ser relativamente flexível, quando comparada com as regi-ões sobrerrevestidas. A uma ou mais camadas de sobrerrevestimento poli-méricas 328, fabricadas em pelo menos uma parte da periferia do compostorico em fibras, podem ter qualquer modelo e em qualquer local do primeirocomprimento 302, que proporciona praticabilidade de aplicação. Em váriasoutras concretizações, a uma ou mais camadas de sobrerrevestimento poli-méricas podem servir como uma interface, para facilitar o alinhamento, oposicionamento e/ou a fixação de outros dispositivos ou itens auxiliares, du-rante a fabricação ou após a fabricação.

A extremidade livre em maior parte na ponta 301, projetando-seda região embutida no polímero, pode representar um elemento rico em fi-bras, que é adequado para uso como contato para o elemento sensor 320. Aárea de contato destes sensores pode ser, por exemplo, na faixa de cercade 0,1 mm2 a cerca de 20 mm2. A seção composta remanescente 306 podeser usada como um elemento de interligação 310.

O conjunto sensor integrado, por exemplo, como aquele mostra-do nas figuras 2A - 2C, e/ou nas figuras 3A - 3C, pode ainda fixar um ele-mento conector (não mostrado nas figuras 2A - 2C ou nas figuras 3A - 3C).O elemento conector pode incluir qualquer conexão de terminação adequa-da, como conhecido na técnica afim, e pode ser configurado na outra extre-midade do elemento de interligação 210 e/ou 310. O elemento conector po-de ser conectado ainda ao componente de processamento de sinal desejado(consultar 155), incluindo um instrumento de medida, um dispositivo visor,um aparelho de transmissão e/ou um aparelho de gravação. Em uma con-cretização exemplificativa, o elemento conector pode ser um conector do tipoprega metálica, tambor e pino, um pino banana do tipo prega de atrito, ouqualquer conector adequado ou de outro modo convencional, como conheci-do daqueles versados na técnica.

O elemento conector pode ser um conector do tipo compostorico em fibras, que é similar ao elemento sensor 220 ou 320, como descritonas figuras 2 e 3, e pode ser fabricado pelos processos de composição simi-lares usados para produzir os elementos sensores compostos ricos em fi-bras, na outra extremidade do elemento de interligação 210 e/ou 310. O e-lemento conector pode ter uma projeção em forma de pino afunilada, confi-gurada na sua extremidade e/ou um centro "de forma" oca com um compos-to rico em fibras formando as paredes. Em uma concretização, a extremida-de terminal do elemento conector pode ser presa por solda em dispositivosde processamento de sinal adequados. Em outras concretizações, as extre-midades do conector oco podem ser unidas à fonte de vácuo e/ou pressão,ou a um sistema de fluido com suas extremidades de sonda alternadas ex-postas, seladas ou bloqueadas.

O conjunto sensor integrado descrito, incluindo o elemento deinterligação, o elemento sensor e/ou o elemento conector, pode proporcionaralto desempenho e pode ser de tamanho macroscópico, microscópico ou emnanoescala.

Por exemplo, sensores e/ou atuadores ou estimuladores em mi-niatura e/ou suas grandes disposições podem ser formados, com cada sen-sor tendo alto desempenho e de fácil fabricação em tamanhos microscópi-cos, em que as áreas de contato podem ser na faixa inferior a cerca de 500μιτι2, para propiciar detecção, manipulação, estimulação de sinal no / dentrodo nível celular. Em uma concretização adicional, a área de contato para ossensores em miniatura e/ou as suas disposições pode ser inferior a cerca de1 μιτι2.

As fibras ou filamentos em nanoescala, incluindo, por exemplo,nanotubos ou nanofios, nanoeixos, nanopilares, hastes em nanoescala, ounanoagulhas, podem ser usados para os conjuntos mostrados nas figuras2A - 2C e nas figuras 3A - 3C, para formar os elementos sensores em minia-tura e suas disposições.

As figuras 4A - 4C ilustram um conjunto sensor integrado exem-plificativo adicional e as suas disposições em vários estágios de formação,de acordo com os presentes ensinamentos. Como mostrado na figura 4A,um elemento embutido no polímero 404A pode ser formado incluindo umelemento de núcleo 405 em nanoescala. Em uma concretização, o elementode núcleo 405 em nanoescala pode incluir um ou mais filamentos de nano-tubos de carbono (CNT) contínuos ou outros filamentos feitos de nanoestru-turas, incluindo pó particulado em nanotamanho compactado. Os filamentosCNT exemplificativos podem proporcionar resistência mecânica, inércia quí-mica, transparência a raio X e magnética, e condutividade elétrica suficien-tes, e podem ser disponíveis comercialmente. Por exemplo, um ou mais fi-lamentos contínuos CNT podem ser fornecidos da NanoComp1 Concord, NH.

Qualquer camada de sobrerrevestimento polimérico isolante 407 ou camadade camisa adequada, como descrito no presente relatório descritivo, podeser fabricada para embutir o elemento de núcleo CNT exemplificativo.

Na figura 4B, uma parte da camada de sobrerrevestimento poli-mérica 407 pode ser removida de pelo menos uma parte de uma extremida-de (por exemplo, 401) do elemento embutido no polímero 400A, com o quehá a exposição a uma parte do elemento de núcleo 405 em nanoescala. Vá-rios processos conhecidos, por exemplo, processos de remoção de fio a la-ser, podem ser usados para remover a parte da camada de sobrerrevesti-mento polimérica e expor, por exemplo, um ou mais núcleos CNT monofila-mento. Em uma concretização exemplificativa, cerca de 6 mm de camisaisolante podem ser removidos de uma ou de ambas as extremidades do e-lemento CNT embutido no polímero, tendo, por exemplo, um comprimentode cerca de 2 metros.

Na figura 4C, o núcleo CNT monofilamento exposto pode serprocessado para formar uma região de ponta 403, moldada para servir comoo contato ou sonda, para conexão com outros dispositivos do sistema dedetecção, tal como o objeto do teste 105 do sistema mostrado na figura 1.Em uma concretização exemplificativa, o núcleo em nanoescala exposto po-de ser formado para ter uma região de ponta em forma de agulha por uso déum processo incluindo, por exemplo, ablação a arco, ablação a laser ou ou-tro processo adequado.

A região embutida no polímero remanescente pode ser usadacomo um elemento sensor integrado em miniatura e um elemento de interli-gação com uma extremidade terminada adequadamente. Por exemplo, aregião embutida no polímero remanescente pode formar um sensor sem in-teração, não-magnético, integrado, em miniatura e um fio de interligação,que podem ser úteis para as características do nível de tecido ou célula dedetecção, quando energia da luz, magnética ou eletromagnética podem serusadas para estimular o objeto do teste. A outra extremidade 411 do disposi-tivo 400C, no qual o núcleo CNT monofilamento pode ser ou não exposto,pode ser terminado por qualquer elemento conector adequado descrito nopresente relatório descritivo.

Em várias concretizações, outras configurações de sensorespodem ser incluídas. Em uma configuração exemplificativa, um número rela-tivamente grande de fibras CNT contínuas e flexíveis (em vez de uma estopade fibras, em comparação com aquele mostrada nas figuras 3A - 3C) podeser projetado de um elemento embutido. Pelo menos uma extremidade dasvárias fibras CNTG contínuas e flexíveis pode ser terminada por composiçãode um comprimento curto das fibras livres com um polímero aglutinante ade-quado, e formar mecanicamente a região da ponta para formar uma seçãotransversal fina do composto rico em fibras. O elemento fino formado podeser flexível e adequado para uso como um elemento sensor de autocarga.

Em outra configuração exemplificativa, similar ao primeiro exem-plo de configuração acima, um comprimento curto de fibras livres pode proje-tar-se de uma região ao longo do comprimento do elemento embutido nopolímero, em que um comprimento livre de fibras pode ser exposto por re-moção de pelo menos uma parte do sobrerrevestimento polimérico e im-pregnado com um polímero aglutinante adequado, igual ou diferente daqueledo sobrerrevestimento polimérico, e controlado em forma para gerar um e-Iemento sensor flexível. Várias regiões sensoras ou de estimulação podemser, desse modo, formadas ao longo de um longo comprimento do fio.

Em uma configuração exemplificativa adicional, um ou mais fila-mentos de núcleo em nanotamanho, com uma camisa polimérica adequada,podem ser usados para formar um composto. Um comprimento curto do fi-lamento pode ser exposto e combinado opcionalmente com um revestimentoadequado e moldado opcionalmente em um sensor de contato de forma a-dequado ou um estímulo.

As disposições do conjunto sensor integrado podem ser forma-das por outros dispositivos de disposição múltipla, tais como os dispositivosmostrados nas figuras 2A - 2C, figuras 3A - 3C e/ou figuras 4A - 4C, em dis-posições usando processos de fabricação similares para cada conjunto sen-sor integrado das disposições. Cada conjunto sensor integrado pode incluir,por exemplo, um elemento sensor, um elemento atuador, um elemento esti-mulador, um elemento interligado e/ou um elemento conector, em que o e-Iemento conector pode ser conectado com um dispositivo de detecção desinal (por exemplo, 155 da figura 1), e a outra extremidade de contato doelemento sensor pode ser conectada com um objeto do teste (por exemplo,115 da figura 1). Cabos do tipo fita multicondutores, como conhecidos poraqueles versados na técnica, podem ser usados para as disposições do con-junto sensor integrado. Neste caso, múltiplos filamentos CNT, por exemplo,podem ser alinhados para que tenham o desejado espaçamento entre osfilamentos e depois retidos em posição, na medida em que são estiradossimultaneamente por um processo de revestimento de camisa adequado,para formar um elemento embutido em polímero tendo múltiplos elementosde núcleo embutidos com o revestimento polimérico.

Nas concretizações, os materiais, os dispositivos e os seus pro-cessos para os conjuntos de sensores integrados, disposições e sistemas dedetecção relacionados descritos podem proporcionar, por exemplo, praticabi-lidade de fabricação, espectro de tamanhos desejado, e fabricação em mas-sa eficiente e de baixo custo dos dispositivos comerciais eventuais, que po-dem ser úteis, por exemplo, em medidas de níveis celular ou de tecido, epodem ser usados em combinação com sobrerrevestimentos de pontas ade-quados, para torná-las responsivas a pH ou à presença de certas substân-cias inorgânicas ou orgânicas. Desse modo, os sensores integrados podemser úteis em aplicações de segurança em torrões natais, nas quais energiade raio X, magnética ou eletromagnética simultânea é usada dentro do meiofísico de teste.

Exemplo 1

Um comprimento de cerca de 1 metro de estopa de fibras decarbono resistiva (fornecida pela MTLS/Hexel, identificada como 3K, lote N0043) foi usado para formar um protótipo do conjunto sensor integrado objeto,em que cerca de 98% do comprimento da estopa foi deixado no seu estadooriginal. A forma original da estopa de fibras de carbono se mostrou oval âquase redonda ao longo do seu comprimento, tendo um diâmetro de aproxi-madamente 0,5 mm a cerca de 0,6 mm.

Uma seção curta da estopa de fibras de carbono de cerca de 6mm em comprimento, contendo cerca de 3.000 fibras de cerca de 6 - 8 mí-crons, contínuas, individuais, foi deixada presa à estopa de fibras longas eusada para produzir o elemento sensor.

Uma mistura de cerca de 90 por cento em peso de epóxi EPONcatalisado 862 e cerca de 10 por cento em peso de tolueno foi impregnadana seção longa das fibras, sem qualquer sorção ou escoamento ao longo docomprimento da estopa para a seção curta remanescente. A amostra foi dei-xada por um tempo suficiente para que evaporasse a maior parte do tolueno,isto é, cerca de 15 minutos sob as condições ambientais de laboratório edepois foi presa entre folhas de Teflon de 1 mm de espessura 2,54 cm (cer-ca de 1 polegada) de largura e 5,08 cm (2 polegadas) e colocada em umaestufa com recirculação de ar e vulcanizada por 1 hora a 60°C, e depois pós-vulcanizada por 1 hora a 130°C. A seção da extremidade composta, fina,rica em fibras resultante era sólida, muito resistente mecanicamente e apre-sentou uma resposta flexível similar à mola, quando comprimida ao longo doseu eixo longitudinal. A sua espessura era de aproximadamente 0,05 mm,com largura de aproximadamente 4 mm. O comprimento curto remanescenteda estopa de fibras original manteve-se essencialmente inalterado duranteeste processo.

A compressão mecânica da massa de fibras seca foi usada paraconfigurar as fibras na região curta em uma camada relativamente larga efina, em que o objetivo foi o de mudar bastante a forma dentro da região dequase oval a uma estrutura em forma de fita, fina e plana. Um teste de conti-nuidade elétrica, usando um medidor de volts e ohms (VOM) de laboratórioconvencional, foi conduzido para confirmar que a extremidade composta e aregião da estopa de fibras foram interligadas eletricamente, e que pouco, senenhuma, variação de resistência pôde ser detectada entre as regiõesquando normalizado para o comprimento.

Exemplo 2

Um comprimento de amostra de cerca de 152,4 metros (500pés) da estopa de fibras de carbono resistiva, como no Exemplo 1, foi for-mado em uma haste sólida longa, tendo uma forma redonda e um diâmetrode cerca de 0,5 mm a cerca de 0,6 mm (de cerca de 0,022 polegada a cercade 0,023 polegada), por uso de um processo de pultrusão comercial (DFI,Hickory, NC). O mesmo epóxi termorrígido (EPON 862) do Exemplo 1 foiusado como a resina aglutinante, para fixar as fibras na haste de forma re-donda, mas, neste caso, não havia qualquer tolueno como um solvente. Aamostra de haste composta formada foi estimada conter fibra de carbono decerca de 95% a cerca de 98% em peso, e conter resina epóxi de cerca de 2a 5% em peso da haste composta. A haste era resistente mecanicamente eflexível, embora não tão flexível como a estopa de fibras livres.

Um comprimento curto de haste foi retificado a laser (Resone-tics, Nashua, NH) abaixo de um diâmetro de cerca de 0,03 mm (0,012 pole-gada) e um sobrerrevestimento polimérico (de acordo com a fotomáscaraEndstop) foi aplicado em forma líquido às, e seco nas, regiões selecionadaspróximas da extremidade mais na ponta e vulcanizado por luz UV, para soli-dificar inteiramente o polímero na circunferência da haste.

Exemplo 3

Um comprimento filamento contínuo de nanotubos de carbono(CNT) de 50 μιτι de aproximadamente 20 metros de comprimento foi obtidoda NanoComp (Concord, NH), proporcionando uma resistência mecânica,uma inércia química, uma transparência a raio X e magnética, e uma condu-tividade elétrica suficientes, para servir como um elemento de núcleo de fioadequado para o conjunto descrito no presente relatório descritivo. Uma ca-mada de sobrerrevestimento polimérico isolante adequada pode ser fabrica-da por revestimento por imersão em solução, para embutir o elemento de fiode núcleo CNT. Um comprimento de cerca de 2 metros deste fio pode serpreparado para uso, em que cerca de 6 mm de camisa isolante podem serremovidos de uma ou de ambas as extremidades por processos de extraçãode fio a laser convencional. O núcleo CNT de monofilamento exposto, emuma extremidade, pode ser removido a arco ou a laser, para formar umaregião de ponta em forma de agulha, que pode servir como o contato com oobjeto de teste. A outra extremidade do fio pode ser terminada por um cole-tor PWB, para conexão a um componente de detecção de sinal.

Claims (22)

1. Conjunto sensor integrado, compreendendo:um elemento de interligação; epelo menos um elemento sensor, que é estendido do, e eletri-camente interligado com o, elemento de interligação, em qualquer local aolongo do elemento de interligação,em que cada um do pelo menos um elemento sensor e elementode interligação compreende um polímero em um elemento de núcleo, que ésubstancialmente não-metálico.

2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, compreendendoainda um elemento conector conectado ao elemento de interligação paratransmitir sinais, em que o elemento conector compreende um conectorcomposto rico em fibras integrado.

3. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que cada umdo pelo menos um elemento sensor e elemento de interligação compreendeum compósito formado por composição do elemento de núcleo com o polí-mero.

4. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que cada umdo pelo menos um elemento sensor e elemento de interligação compreendeuma estrutura compreendendo uma camada de camisa, feita do polímero ecircundando o elemento de núcleo.

5. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que cada umdo pelo menos um elemento sensor e elemento de interligação compreendeum filamento de cordão único e um filamento multicordão, em que cada fila-mento compreende uma ou mais de uma fibra, um fio elétrico, uma agulha,uma linha, um fio de tecido, um pano ou combinações dos mesmos.

6. Conjunto de acordo com a reivindicação 5, em que cada fila-mento compreende ainda um ou mais de um nanotubo, um nanofio, umaplaca em nanoescala, uma nanofibra ou outra nanoestrutura que tenha pelomenos uma dimensão igual ou inferior a cerca de 100 nm.

7. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que o elementode núcleo para cada um do pelo menos um elemento de núcleo e elementode interligação compreende um ou mais materiais compreendendo carbono,silício, boro, silício dopado, boro - carbono, boridreto, fibras sintéticas carbo-nizadas, fibras de piche - carbono, fibras de poliacrilonitrila - carbono ou gra-fite

8. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que o elementode núcleo para cada um do pelo menos um elemento de núcleo e elementode interligação tem uma dimensão igual ou inferior a cerca de 500 mícrons.

9. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, em que o polímeropara cada um do elemento de núcleo e elemento de interligação compreen-de um ou mais de epóxi, acetal, poliéster, borracha iônica, borracha não-iônica, poliuretano iônico, poliuretano não-iônico, poli (éter - sulfona), poli(éter - éter - cetona), poli (éter - imida), poliestireno, poli (tereftalato de etile-no), poliamida, poliimida, poli (cloreto de vinila), poli (oxido de fenileno), poli-carbonato, terpolímero de acrilonitrila - butadieno - estireno, silicone, fluoro-polímero, poliolefina ou combinações dos mesmos.

10. Sistema de detecção compreendendo o conjunto como defi-nido na reivindicação 1, em que o sistema de detecção compreende aindaum dispositivo de processamento de sinal, conectado ao elemento de interli-gação para processar um sinal de detecção, detectado pelo elemento denúcleo do conjunto sensor integrado.

11. Sistema de detecção de acordo com a reivindicação 10, emque o dispositivo de processamento de sinal compreende um resistor, umvisor de cristal líquido (LCD), um módulo multichip, uma placa de circuitoimpresso (PCB) e/ou um quadro de ligações impresso (PWB).

12. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, compreendendoainda uma disposição dos conjuntos sensores integrados, em que a disposi-ção compreende cerca de 2 a cerca de 3.000 conjuntos sensores integrados.

13. Método para formação de um conjunto sensor integrado,compreendendo as etapas de:proporcionar um elemento de núcleo, compreendendo uma pri-meira seção e uma segunda seção, em que o elemento de núcleo compre-ende um ou mais filamentos, que são substancialmente não-metálicos, e temuma resistividade variando de 1 χ 10"4 a cerca de 1 χ 1010 ohm-cm;compor a primeira seção do elemento de núcleo com um polímero; eformar pelo menos uma cinta de camisa circundando a segundaseção do elemento de núcleo.

14. Método de acordo com a reivindicação 13, compreendendoainda moldar a segunda seção do elemento de núcleo, para compreenderuma estrutura em forma de fita plana fina, antes da formação da pelo menosuma cinta de camisa.

15. Método de acordo com a reivindicação 13, em que o políme-ro para compor a primeira seção do elemento de núcleo compreende umsolvente volátil.

16. Método de acordo com a reivindicação 13, em que o elemen-to de núcleo compreende uma ou mais estopas de fibras de carbono.

17. Método de acordo com a reivindicação 13, compreendendoainda um processo secundário, para moldar um elemento de núcleo com-preendendo a pelo menos uma cinta de camisa circundando a segunda se-ção do elemento de núcleo, em que o processo secundário usa uma tesouramecânica, um corte a jato de água ou um corte a laser.

18. Método para formação de um conjunto sensor integrado,compreendendo as etapas de:formar um elemento composto compreendendo um elemento denúcleo e um ou mais polímeros aglutinantes, em que o elemento de núcleocompreende uma ou mais estopas de fibras não-metálicas;moldar uma seção do elemento composto por redução de umaou mais das suas dimensões; esobrerrevestir uma ou mais cintas de camisa na seção moldadado elemento composto, para formar um elemento de núcleo.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, compreendendoainda uma ou mais estopas de fibras de carbono, usadas como o elementode núcleo em uma proporção de cerca de 95% a cerca de 98% em peso doelemento composto, em que o um ou mais polímeros aglutinantes estão pre-sentes em uma proporção de cerca de 2% a cerca de 5% em peso do ele-mento composto.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, em que a seçãomoldada do elemento composto compreende um diâmetro reduzido de cercade 1% a cerca de 99% de um diâmetro original.

21. Método para formação de um conjunto sensor integrado,compreendendo as etapas de:formar um elemento embutido em polímero compreendendo umsobrerrevestimento polimérico em um elemento de núcleo, em que o ele-mento de núcleo compreende um ou mais filamentos, com cada filamentofeito da pelo menos uma nanoestrutura não-metálica;remover uma parte do sobrerrevestimento polimérico da pelomenos uma extremidade do elemento embutido em polímero, e, desse mo-do, expor uma parte extremidade correspondente do elemento de núcleo; eformar uma região de ponta da parte extremidade exposta doelemento de núcleo, a região da ponta sendo usada como um contato ou umsensor.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, em que a nanoes-trutura compreende um ou mais de um nanotubo, um nanofio, um nanoeixo,um nanopilar, uma haste em nanoescala, uma placa em nanoescala, umananofibra ou uma nanoagulha.