CN110603659A - 用于任何类型产品的智能包装 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，其特征在于，包装的结构部件形成至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。另外，本发明涉及提供一种用于制造智能包装的方法，该方法包括制造包装和在包装上或包装中构成至少一个电源的步骤，其中包装的结构部件用于构成至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

Description

用于任何类型产品的智能包装

发明领域

本发明涉及智能包装，尤其涉及用于任何类型产品的集成智能包装，该包装特别适用于容纳食物，更具体地适用于碳酸饮料，并且特别适用于用作啤酒容器，特别是啤酒集成智能包装。

发明背景

一般来说，智能包装包含指示或传达产品状态或变化、环境状态或变化或其他信息的特征。它是传统包装的静态且被动通信功能的动态且优选地主动的扩展，并基于感知、检测或记录产品环境中的外部或内部变化的能力来向消费者传递信息。

现有技术水平的智能包装系统为消费者提供产品的健康和安全性，并且还监控所包装产品的状况，以提供关于保质期以及关于运输和储存期间产品质量的信息。在这种技术中，使用指示器和传感器来代替耗时、昂贵的质量测量，以提高保质期并提供产品安全性。在智能包装系统中，指示器通过包装的周围状况和顶部空间气体(head space gas)给出关于产品质量的信息，指示器还可以附接到包装表面或集成到包装上，这些包装被改进以用于确定储存期间形成的代谢物残留。可以控制所包装产品的温度、微生物腐败、包装完整性、物理冲击、新鲜度。

其中一个示例是针对酒瓶盖(wine capsule)的US2015307245，该酒瓶盖被配置为附接到饮料容器并向用户提供与饮料的温度历史相关的信息。数据记录器包括至少一个能量储存部件(例如，一个或更多个电容器)、能量收集器、温度传感器、至少一个处理器、至少一个第一存储器和至少一个无线通信器。能量收集器收集环境电磁能。无线通信器被配置为将存储的信息发送到个人计算机、智能手机或平板电脑、或者被配置为与无线通信器通信并从无线通信器接收信息的专用读取器设备。

US2015307245的系统的一个明显缺点显然在于，这种酒瓶盖不适合与瓶子以外的其他类型的包装结合。另外，一旦酒瓶盖从瓶子中取出，瓶子本身就变成了一个普通的“愚蠢”瓶子。

然而，一个更重要的普遍缺点在于，尽管上述系统涵盖了产品控制和质量控制的基本需求，但它没有解决消费者对包装在消费者互动和创造性方面更先进的明确需求。

由于廉价的电子器件和印刷技术的出现，近来有可能创造出智能包装，除其他外，该智能包装允许追踪购买、库存控制、自动再订购以及评估篡改、包装破损(packagingbreeching)等。另外，包含灯、声音产品、不同类型的传感器和相应的传感输入、智能电子器件的智能包装以及利用无线通信耦合的人、智能设备、自动售货机之间的交互为消费者带来增强且个性化的体验。购物点个性化广告、诱导(inducement)、奖品和游戏般的环境也可以在各种心理层面处进行整合，以积极地增强品牌忠诚度并促进购买。

在上述上下文中，WO2015147995中描述的智能包装包含电子器件，该电子器件能够使用户/购买者与包装进行交互，并使动作发生在包装本身上或智能设备(如智能电话或计算机或自动售货机)上，或者与数据库可能驻留的网站进行通信或引起与网站的通信。例如，苏打水瓶或罐或者薯片袋可以具有被智能手机触摸、读取代码的能力，并且智能手机可以基于其附近的产品类型采取一个或更多个动作。

智能包装包括至少一个电池和/或能量储存元件和/或能量接收元件；被配置为存储信息的元件；被配置为感测到被触摸的元件；被配置成显示信息的元件和/或被配置成产生光的元件；被配置成接收和/或发送信息的元件；以及彼此电连接包装的一个或更多个元件的电路。

如WO2015147995中描述的智能包装中被忽略的一个方面在于，在当今现有现实内的集成智能包装技术(包括当今的工业包装工艺及其应用，即将智能技术集成到例如饮料罐的工业加工水平的方面)以及产品规格和所涉及的原材料被忽略。智能包装一直被描述为在考虑到工业加工时没有有效实施其制造。

另外，WO2015147995没有涉及与所述包装的内容物(即，碳酸饮料，特别是啤酒)特别相关联且要求的功能。例如，一个根本目标是提供一种智能包装，该智能包装能够传达诸如啤酒等食品的时间和温度历史，以确保最佳成熟、适当熟化，并避免误用或不当处理。根本目标的另一个示例是提供一种智能包装，该智能包装或通过视觉、或通过照明、或通过声音或者触觉体验来传达包装内饮料的状态，即在食品产品的情况下，传达达到理想的消费温度与食品类型的关系。

此外，智能包装是一个引人注目的命题，随着数字技术不断地且快节奏地融入消费者生活以及物联网(IoT)的涌现，这一命题变得越来越有意义。在下面的描述中，将提供由根据本发明的智能包装实现的这种意义上的广泛应用列表。

根据本发明的智能包装的另一个非常重要的目标是降低生产成本，甚至降低到将智能特征和通信装置应用于廉价产品且特别是一次性产品是成本有效的程度。

发明概述

本发明涉及一种包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，其特征在于，包装的结构部件形成至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

另外，本发明涉及提供一种用于制造智能包装的方法，该方法包括制造包装和在包装上或包装中构成至少一个电源的步骤，其中包装的结构部件用于构成至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

附图简述

图1-图9示出了根据本发明的智能包装的几个实施例。

发明的详细描述

随着世界越来越多地进入物联网，根据本发明的智能包装在包装中提供了集成到工业加工水平的广泛的智能功能，其可以用于消费者参与和品牌提升。除其他外，它还可以用于产品认证和产地的证明、篡改证据，并且甚至进一步用于来源和交货跟踪以及供应链优化。

另外，根据本发明的智能包装可以降低智能包装的成本以生产智能且连接的产品，到其中将智能特征和通信装置用于廉价产品是成本有效的程度。

因此，在第一实施例中，本发明提供了一种包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，其特征在于，包装的结构部件形成至少一个电源的部件。

智能包装可以是一次包装或二次包装。

在本发明的上下文中，要被包装在智能包装中的产品可以是任何类型的产品(固体或非固体)、任何类型的物质(液体、食物、非食物等)。特别是，液体产品适用于诸如液体食品，尤其是饮料(碳酸饮料、非碳酸饮料、酒精饮料、非酒精饮料、果汁、运动饮料)，或油漆、试剂、化学品、溶剂、油等。

智能一次包装的结构部件被理解为包装用作产品容器(即，使包装能够容纳产品或被运输)，更具体地用作食品容器，更具体地用作碳酸饮料容器，且尤其是用作啤酒容器所必需的材料部件。

智能二次包装的结构部件被理解为保持一次包装所必需的材料部件。

智能二次包装的结构部件被理解为提供了使包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

不提供使包装能够容纳产品或被运输的任何贡献且例如仅用作装饰层或装饰层系统(诸如油墨或清漆)的部件或材料层不被理解为结构部件。

与其中包装只是用于印刷的基底并且其中就构成电池而言仅需要包装的外表面适于将必要的层印刷在其上的具有印刷电池的包装相反，在本发明中，包装的结构部件是实际电源的基本部件，并且它必须具有对于电源的正常工作所需的必要材料特性。

EP2662304中描述了另一个示例，其中导电带(conductive strip)形成在瓶子表面上，将瓶子的盖子与电源连接，使得当盖子被移除时，电路被中断，从而激活LED。盖子只是用于激活LED的开关。然而，对使包装能够容纳产品或被运输做出任何贡献的包装的部件均不构成电源的部件。

EP2225978中描述了另一个示例，其中必须形成附加的塑料内壁，以便产生用于在其中安装温差发电元件的间隙。

换句话说，结构部件是对电源的正常运行至关重要的部件，并且该部件在电源被完全形成在包装上之前就已经固有地存在于包装中。因此，不可能在制造遗漏特定部件(特定材料层)的包装时至少部分地集成构成电源的过程，因为这是电源运行所必需的。智能包装和电源都具有共同的结构部件，即至少一个必要的材料层，该材料层被包括在包装的结构中、或者被包括在包装的一部分的结构中，并且不仅仅用作装饰层，而是用作电源的必要部件。

因此，电源的制造可以至少部分地集成到智能包装的制造中，导致材料成本降低、生产时间缩短，并且总体上降低了生产成本，甚至到了将智能特征和通信装置用于廉价产品且特别用于一次性产品是成本有效的程度。

总的来说，本发明使得智能技术能够集成到对于任何类型的产品的容器的工业大规模生产的水平和之中。

在本发明的上下文中，电源可以是集成在包装中的任何类型的设备，向存在于包装中、或包装上或连接到包装的任何类型的电能消耗系统提供电能。作为后一种情况的示例，一次包装可以向二次包装供应电能，反之亦然。这种电源可以是电池(或也称为电化学电池)，例如电池或(超级)电容器、能量收集元件(诸如电磁(例如RF)能量收集器，动能、压电、电动、温差发电机，光伏(例如，有机光伏(OPV))或磁场(感应)能量收集器等)。

能量收集元件由可转换成电能的任何类型的能量激活。根据能量收集元件的类型，它可以由几种类型的激活触发器(诸如电磁场)或由磁场来激活和控制。此外，光(例如，太阳能)、(局部施加的)温度变化、(局部施加的)压力变化或(局部施加的)应变变化、运动或振动也可以触发激活。每种类型的激活触发器可以由智能包装外部的装置生成，例如在销售点处提供的生成装置(诸如商店货架中或收银机中的电磁场发生器)。

集成在智能包装中的能量收集元件也可以由另一包装从外部激活。后者可以是任何类型的(智能)一次包装或二次包装，其具有适当的装置来激活在另一个一次包装或二次包装之中或之上构成的能量收集元件。例如，由二次包装生成的电磁场可以激活相应一次包装上的感应能量收集器，反之亦然。

在根据本发明的实施例中，智能包装可以另外包括任何类型的支持电子系统，其可以包括数字逻辑、处理单元、存储器、包括可编程门阵列的门阵列、无源部件(诸如电阻器、电容器、电感器、模拟仪器、功率控制电路、显示驱动器电路)或其任意组合。这些支持电子系统可以由附接到智能包装基底上的分立部件和/或印刷在基底上的元件构成，该分立部件通过基底上的导电轨连接。

更具体地，根据本发明的智能包装可以包括电源，其中包装的结构部件或多个结构复合物形成至少一个电源的一个部件或多个部件，和/或附加地以下功能区域的可变数量部件的组合：

·传感器：在根据本发明的智能包装中，可以使用适合集成在智能包装中的任何类型的传感器，它们是分立的传感器部件或可印刷的传感器，并且除其他之外能够测量或指示光、颜色、力或应变、接近度、液位、流量、气体存在、湿度、黏度、温度、压力、化学污染、位置和地理位置、加速度、移动、触摸、冲撞、生物认证等。它们还可以捕获来自人体或人体周围的信息(例如，心率、呼吸率、身体活动、睡眠模式等)。智能包装中或包装上也可能有摄像头。

·处理单元：在根据本发明的智能包装中，可以使用适合集成在智能包装中的任何类型的处理单元。受不断增长的IoT市场的推动，主流芯片开发商正在推出具有集成存储器的超小型超低功耗芯片。新兴技术允许处理器印刷在薄膜材料(如柔性聚酰胺、聚酯箔等)上。其他系统(诸如通信和存储器)也可以被印刷以创建特定的解决方案，称为片上系统(SoC)。

·通信单元：在根据本发明的智能包装中，可以实现适于经由连接协议标准或经由自定义协议来进行通信的任何类型的通信单元。已经为不同的数据吞吐量和传输范围设计了许多不同的连接标准。对于本发明的每个实施例，可以确定最合适的标准。当今存在着许多通信装置标准，智能手机主导市场的领先者是用于本地化通信的蓝牙和NFC。然而，随着越来越多的设备连接到IoT，诸如SigFox的专用网络通过将一次包装和二次包装连接到世界上任何地方的其他连接设备和对象在未来可能会发挥重要作用。蓝牙、Zigbee、Z-wave、6LowPan、Thread、Wifi、蜂窝网络、NFC、Sigfox、Neul、LoRaWAN、Li-Fi。

·感官可感知输出部：感官可感知输出部可以是集成在包装中的任何类型的设备，其使得用户或消费者能够感知包装或的任何感官可感知的状态变化。这种输出部可以是视觉输出部、音频输出部、触觉输出部或通过触摸、味觉或嗅觉可感知的任何其他输出部。更具体地说，视觉输出部可以是集成在包装中的任何设备，其能够在电、电磁或磁控制下，或者由压力、应变或温度变化触发，使容器的区域发光，或者改变其对特定波长光的吸收或透射(例如颜色变化)。发射、吸收或透射光可以包括显示任何种类的颜色信号，或者呈现图形、文本、徽标、视频(包括品牌、标签、交互式标签等)，或将图形、文本、徽标等投射到环境中存在的对象上。视觉输出部可以是例如任何类型的显示器，除其他之外诸如液晶显示器(LCD)、电子纸显示器(EPD)、刚性或柔性有机发光二极管(OLED)显示器、电致变色显示器、电致发光显示器、电泳显示器、OLED光源、LED光源或其任意组合、或者具有合适尺寸的任何类型的投影仪或幻灯机。触觉输出部可以是集成在包装中的任何设备，其使得包装的至少一部分能够在电控制下、以保持或触摸容器的用户感觉到的方式，或者以力、振动或运动可以传递到其他对象(例如传递到包装中或货架上的其他瓶子)的方式来施加力、振动或运动。这种设备可以使用例如压电材料。音频输出部可以是集成在包装中的任何设备，其使得包装的区域能够振动，以用于将音频信号传输到空气中，或者用于将音频信号转换到包装周围的其他对象，并允许将音频信号传输到空气中。振动的频率范围可以包括人类听觉的频率范围，以及超声和亚音速频率。音频输出部的示例可以是静电扬声器或薄膜柔性扬声器。其他感官触觉输出部可以是集成在包装中的任何类型的设备，其使得用户或消费者能够感测包装的表面状态的任何变化(例如，粗糙度、静电的变化)，从而感测激活时释放的气味、感测激活时释放的味道等。

根据本发明的实施例可以涉及饮料的一次包装，诸如由玻璃或金属(例如铝)或塑料制成的瓶子、或金属罐、或金属桶、或木制瓶子或桶。这种一次包装尤其适用于碳酸饮料，并且优选啤酒。

根据本发明的其他实施例可以涉及二次包装，诸如纸箱、合装包(multipack)、托盘、HiCone、塑料环载体、塑料轭(yoke)、纸板篮、纸板外包装和纸箱、瓦楞纸箱、HDPE塑料手柄、六件装环(six pack ring)和薄膜包装(shrink pack)。

形成至少一个电源的部件的包装的结构部件除其他之外可以是：玻璃容器的玻璃、热端涂层(例如，氧化锡或其他氧化物、或例如通过化学气相沉积施加的，被施加以例如增加冷端涂层的粘附性的其他等效材料)、冷端涂层(例如，聚乙烯方式、或例如通过喷涂施加，以便例如使表面在瓶子沿直线通过时更加光滑的其他等效材料)、塑料容器的塑料、塑料盖或盖子的塑料、包括其主体、盖子、拉环或铆钉的金属罐的金属、包括其阀和杆的桶的金属、金属瓶盖(cap)或冠(crown)的金属、金属容器的内部聚合物涂层、喷涂环氧树脂(例如，施加到金属罐或瓶子的原金属上)、金属氧化物层(例如，通过金属饮料罐或瓶子基底的阳极氧化来实现)、金属层(例如，通过电镀沉积到饮料罐或瓶子的金属基底上)、聚合物层(例如，模制到冠的内侧或螺纹瓶盖以形成密封和防腐)、二次包装的纤维板或瓦楞纸板、或二次包装的塑料部件(例如，将瓶子固定在一起的环或把手)、木桶的木材等。

在根据本发明的一般实施例中，可以提供包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的智能包装，其中包装的结构部件具有合适的化学、电化学、介电、磁性、光学、机电或半导体特性，以形成至少一个电源的部件。换句话说，形成至少一个电源的部件的包装的结构部件可以基于其化学特性(例如，太阳能电池中的TiO2)、其电化学特性(例如，电池阳极)、其介电特性(例如，RF天线)、其磁性特性(例如，感应天线)、其光学特性(例如，太阳能电池中的透明层)、其机电特性(例如，动能收集器/致动器中的压电层)或其半导体特性(例如，热端氧化物涂层)来被选择。

在实施例中，本发明提供了包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，其中智能包装的金属结构部件可以形成至少一个电源的导电层。

形成导电层的金属结构部件可以是瓶、罐或桶的金属层，或者瓶、罐或桶的铝，特别是盖子、拉环(tab)、罐主体的铝，或者它们的组合。

形成导电层的金属结构部件也可以是饮料桶的金属层，通常是不锈钢，或任何其他类型的金属容器。

形成导电层的金属结构部件也可以是纸质、木质或塑料基的智能包装的部件。塑料瓶可以包括例如主体或颈部中的金属环结构，或者瓦楞纸板托盘可以包括刚性增强金属层，或者纸箱包装可以具有集成金属(cfr.利乐包(Tetrapak))。

形成导电层的金属结构部件可以是瓶盖的金属层，例如玻璃瓶冠的镀锡板或冠本身的金属，或者滚压防盗瓶盖(ROPP)的铝层。

在本发明的实施例中，智能包装的金属结构部件可以形成电池的或能量收集元件的集电器，或者可以形成用于制造电池的电化学电池的阳极和/或阴极。

智能包装的金属结构部件可以形成温差发电机的导热材料。

智能包装的金属结构部件也可以形成RF能量收集器的接地面，或者作为用于增强感应能量收集器的性能的磁性材料。

此外，智能包装的金属结构部件可以形成动能收集系统的机械共振部件。动能收集系统也称为使用共振系统的振动发电机。当发电机的共振频率与运动振动频率或环境振动频率匹配时，它们生成最大电力。除了包装的运动之外，动能也可能由包装本身外部的相邻对象(诸如振动马达或扬声器元件)引起。

在本发明的特定实施例中，包装的金属结构部件可以与另一金属部件或层或结构部件形成重叠。这种重叠的金属层可以用于形成电源的两个导电层，在这两个导电层之间可以放置有源层。

金属重叠的示例可以是：

-罐的顶部处的折叠接缝可以与两个基底的6个层重叠。

-三件式罐中的接缝可以提供多个金属基底层的重叠。可以在以下项之间添加功能有源层：

-拉环与罐的顶部的重叠可以形成两个电极，在拉环和罐顶之间有一个有源层。铆钉可以形成电连接。

-铝制瓶子与旋盖或冠顶的重叠

-金属冠盖或金属瓶的顶部上的导电箔的重叠

在本发明的特定实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成电化学电池(cell)(电池(battery))的导电层。更具体地，导电结构部件可以形成底部集电器层和/或底部电极。本领域技术人员应该理解，电池化学物质和电极材料基底应当匹配(例如，铁和铝阳极电池化学物质已经得到了证实)。

在底部电极的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成电化学电池。

-电极材料(在电极材料与集电器层不同的情况下)，其可以包括金属或其他合适的材料，例如碳、锌、二氧化锰、氧化银(参见下面关于功能化结构部件的段落)

-电解质，其可以是所容纳的液体、凝胶或聚合物溶剂/基质的形式，具有适当的密封。

-顶部电极材料，以匹配基部材料和电解质。

-顶部集电器层，如果顶部电极材料不能用作顶部集电器。

在金属罐的情况下，这些层原则上可以组装在罐的内部或外部(即罐的金属的任一侧)。

在金属空气电池结构的情况下，空气中的环境氧气也可以用作阴极，该金属空气电池结构也可以使用金属容器结构部件(例如铝或铁)作为阳极。

在本发明的上下文中应用的电解质通常可以是凝胶或液相材料，其允许电化学离子在电极之间流动。它可以通过任何可应用的层沉积技术来被施加，或者是封装内所容纳的液体。典型的电解质示例包括氯化锌溶液和氢氧化钾溶液。更一般地，包含与电极匹配的载体离子并允许所述离子在电极之间转移的任何合适的溶剂都可能是合适的。如下所解释的，在某些情况下，包含在一次包装中的液体也可以用作电解质。

在本发明的另一特定实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成光伏电池的导电层。更具体地，导电结构部件可以形成电极。导电金属结构部件可以在太阳能电池中形成基电极(base electrode)。考虑到金属结构部件通常是不透明的，假设光从顶层向下进入太阳能电池。

在基电极的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成光伏电池。

-有源层(这些有源层中的一些也可能已经作为结构或非结构部件存在于智能包装中)，例如存在于装饰用油漆中的二氧化钛(TiO2)、在热加工阶段期间沉积的金属氧化物

-顶部电极层，由透明导电材料组成，其允许光进入太阳能电池。

在本发明的另一特定实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成温差电池的导电层。更具体地，导电结构部件可以形成单个温差电池的基电极。

在该基电极的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成温差电池：

-适当的p型和n型半导体材料(例如碲化铋)的两个分离/平行层。这些应使用适当的封装/绝缘材料来相互电绝缘。

-分别沉积在p型和n型层上的顶部电极，使用适当的封装/绝缘材料来彼此电绝缘。

本领域技术人员应当理解，在温差电池的情况下，上述层必须是导热的。

在金属(或其他导电材料)容器的情况下，这些层原则上可以组装在罐的内部或外部。

在本发明的又一特定实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成力驱动或动力发电机的导电层。更具体地，导电结构部件可以形成压电式转换器中的基电极。

在该基电极的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成压电式转换器：

-有源层，例如压电材料

-顶部电极层

在智能包装包括两个重叠导电层的情况下，顶部电极也可以由智能包装的结构导电部件构成。

在金属(或其他导电材料)容器的情况下，这些层原则上可以组装在罐的内部或外部。

在本发明的另一实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成电磁能能量收集元件的导电层。更具体地，导电结构部件可以形成用于收集能量的RF天线结构的接地面。

在该接地面的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成RF能量收集元件：

-绝缘/介电层。这可以包括已经在智能包装制造过程中使用的不导电油漆和/或涂漆

-导电天线层，其形状被设计成与正在被收集的RF辐射频率相匹配。

在本发明的另一实施例中，可以提供智能包装，其中包装的导电结构部件形成感应能量收集元件的导电层。更具体地，金属导电结构部件可以形成互连层，该互连层用作感应能量收集元件的线圈两侧之间的桥。

此外，可以调整金属导电结构部件的确切组成，以优化其磁性特性，从而提高线圈的性能。

在该磁性金属基底的顶部上，可以沉积以下附加层以进一步构成感应能量收集元件：

-绝缘/介电层。这可以包括已经在智能包装制造过程中使用的不导电油漆和/或涂漆。

-导电天线线圈，其可以采取螺旋的形式，或者缠绕容器的外部。

在最终封装层的顶部上，可能需要桥接导体以将线圈的两侧连接起来。也可以通过导电金属结构部件基底来执行该功能，该基底具有与线圈两端的适当连接。

在金属容器的情况下，这些层原则上可以组装在容器的内部或外部。

在实施例中，本发明提供了包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，其中智能包装的玻璃、纸质、木制或塑料的结构部件可以形成至少一个电源的非导电层。

智能包装的玻璃或塑料的结构部件可以是例如玻璃瓶的玻璃主体或颈部、或塑料瓶的塑料主体或颈部、或塑料盖。

在本发明的实施例中，智能包装的玻璃、纸质、木制或塑料的结构部件可以形成电绝缘部件或保护性封装层。

此外，智能包装的玻璃或塑料结构部件可以形成动能收集系统的机械共振部件。

另外，智能包装的玻璃或塑料结构部件可以形成光伏电池的光学透明封装层，或者另一光学透明部件。

此外，包装的非导电结构部件也可以形成重叠结构，该重叠结构可以如本文中进一步解释的那样被功能化，用作两个导电层或用作有源层。

这种非导电重叠结构的示例可以是：

-聚合物或玻璃瓶之间并分别对于旋盖或冠盖的重叠

-纸盒中的折叠和接缝

-目前存在于金属瓶盖(冠盖和旋盖两种)内部的聚合物密封层

-“瓶装瓶(bottle in bottle)”容器中聚合物层之间的重叠

根据本发明，除金属、玻璃、纸质、木制或塑料的部件之外的结构部件可以是结构涂层。例如，玻璃瓶的热端涂层包含金属氧化物，并且可以用作半导体层。

在本发明的实施例中，可以提供智能包装，其中包装的非导电结构部件形成电化学电池的非导电层。更具体地说，非导电结构部件(例如，瓶子的玻璃、或二次包装的纸板)可以将具有并排配置的平面电极的电池电极绝缘。

在非导电结构部件的顶部，可以沉积以下附加层：

·分离的底部导电集电器区域和电极。可以使用适当的封装/绝缘材料来将这些附加地相互电绝缘。

·每个集电器区域上的电极材料可以包括金属或用于所选电池化学物质的其他合适材料，例如碳、锌、二氧化锰、氧化银。应当使用适当的封装/绝缘材料来将这些相互电绝缘。

·电解质，其覆盖两个电极，以化学方式将它们连接在一起。这可以采用液体、凝胶或聚合物溶剂/基质的形式，具有适当的密封。

在本发明的另一实施例中，可以提供智能包装，其中包装的非导电结构部件形成光伏电池的非导电层。更具体地说，透明的非导电结构部件(例如，瓶子的玻璃、或透明塑料)可以形成光伏电池的窗口，以便光进入电池。

在非导电结构部件的顶部，可以沉积以下附加层：

·底部电极层，由透明导电材料组成，其允许光进入太阳能电池。应当注意，透明导电金属氧化物通常用于太阳能电池中的这一功能；并且该金属氧化物通常也在制造过程中作为“热端涂层”涂覆到玻璃瓶。因此，热端涂层原则上也可以涂覆该层。

·有源层，其中一些可能已经存在于用于组装容器的材料中。例如：

-装饰用油漆中存在的二氧化钛(TiO2)

-在热处理阶段期间沉积的另外的层

·顶部电极层。如果底部电极是透明的，则这可以是不透明的或透明的电极。

在本发明的一般实施例中，提供了智能包装，其中包装的结构部件形成电池(电化学电池)的结构部件，并且其中待被容纳的液体用作所述电池的电解质。例如，对于饮料，且特别是碳酸饮料(如啤酒)，为了用作电解质，液体需要含有与电极材料匹配的溶解离子。因此，可以需要下列选项之一：

-添加到容器的液体内容物中的离子，以与所用的电池化学物质和电极兼容。

-可以选择电极材料来匹配包装的液体内容物中已经存在的离子。

-两种附加离子都添加到包装的液体内容物中，与包装壁上的附加电极相匹配。

特别是啤酒，其通常含有酸性化合物，可以作为电解质。

此外，因为液体形成电解质，所以暗示电化学电池在一次包装内部构成。

另外，由于通常用于液体的包装不是100％填充的，因此在电解质(液体)和包装壁的顶部之间存在空气间隙，该空气间隙可以根据定向来改变在包装中的位置。通过定位电极以利用这一点，该特征可以用于根据定向来有意地激活或去激活电池。

如图1和图2所示，在其中液体用作电解质的实施例中，智能包装的导电结构部件可以构成集电器之一或电极之一。例如，智能包装的金属结构部件形成在其上印刷有电极的集电器层；或者金属本身形成电极而不需要集电器。智能包装的非导电结构部件具有印刷在其上的集电器层和/或电极层，并用作两层之间的电绝缘。

在其中液体用作电解质的另一实施例中，智能包装是多(两个或更多个)部件容器，其不同结构部件可以彼此电绝缘，并且每个部件形成不同的集电器和/或潜在不同的电极。多部件容器结构的第一个关键优点可以是金属多部件容器的两个或更多个部件之间的接头可以包括绝缘材料，该绝缘材料将两个部件电绝缘。这允许它们形成独立的电极，而无需添加任何进一步的隔离。第二个关键优点可以是两个导电部件可以由不同的材料制成，或者用不同的材料预涂覆或功能化，以使它们自身形成两个不同的电极。这消除了对于任何额外涂层的需要。

在实施例中，本发明提供了包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木制或塑料的包装，其中智能包装的结构部件可以被功能化以形成至少一个电源的有源层。

在本发明的一般上下文中，将结构部件功能化被理解为修改结构部件，以使其适合用作电源的部件。

在根据本发明的实施例中，智能包装的一个或更多个结构部件可以包括将结构部件功能化以用作至少一个电源的部件的添加物。

添加物可以包括机电材料(诸如压电材料、静电材料或磁性材料)，用于功能化用作动力发电机或感应能量收集元件的有源层的结构部件。

在根据本发明的实施例中，智能包装的一个或更多个结构部件可以包括将非导电结构部件功能化以用作至少一个电源的导电层的添加物。

添加物也可以添加到材料中，使其在选定的电化学电池化学物中直接充当电极，或者使材料半导体化，从而在太阳能电池或温差发电机或力/动力发电机中充当有源层。

在根据本发明的实施例中，智能包装的一个或更多个结构部件可以被几何功能化以用作至少一个电源的部件。该结构部件可以被推动、冲压或折叠、和/或可以与其它结构部件重叠，以获得机械共振特性，或产生共振系统或电连接结构。

在根据本发明的实施例中，提供了一种用于制造智能包装的方法，该方法包括制造包装和在包装上或包装中构成至少一个电源的步骤，其中包装的结构部件用于构成至少一个电源的部件。

在本发明的方法中，由包装的结构部件构成的部件可以是至少一个电源的任何部件，诸如有源层、导电层(例如电极)、绝缘层和封装层等。

至少一个电源的剩余部分(即，除了由包装的结构部件或其一部分构成的部件之外的部分)可以通过任何可用的技术添加到智能包装中。可以使用任何印刷、沉积或成形技术，除其他之外，包括丝网印刷、苯胺印刷、凹版印刷、胶印、喷墨印刷、静电印刷、光刻、蒸发、溅射蚀刻、涂覆、化学气相沉积、压花、冲压、激光图案化、模具图案化、电镀、阳极氧化、浸涂、旋涂、胶粘、容器内部聚合物吹塑等。

至少一个电源的其余部分也可以由包装的除结构部件之外的部件构成，诸如装饰层、清漆、涂漆等。在这种情况下，除了包装的制造和构成至少一个电源使用共同的结构部件的事实之外，可以共享用于构成剩余部分的附加工艺步骤，例如印刷也是导电层的装饰层，或者喷涂也是电绝缘层的涂层。

在根据本发明的实施例中，可以提供一种方法，该方法包括将结构部件功能化以用作至少一个电源的部件的步骤。功能化包装的结构部件的这种步骤可以在提供包装后在构成至少一个电源的过程中进行，或者可以在制造包装的过程中进行。

在根据本发明的实施例中，将结构部件功能化以用作至少一个电源的部件的步骤包括添加改变结构部件的化学和/或物理特性的添加物。

添加物可以在原材料生产工艺期间添加到原材料中，例如添加物可以在固化之前添加到玻璃、塑料或金属中，或者添加到纸质纸浆中。这种添加物可以被微胶囊化以增强其功能。

添加物也可以通过轧制或压花嵌入原材料中，或者通过化学反应结合到表面上。

在根据本发明的实施例中，包装的金属、玻璃、塑料或纸质结构部件可以包括将该结构部件功能化以用作至少一个电源的有源层的添加物。

在根据本发明的又一实施例中，可以提供一种方法，该方法包括通过在包装的制造期间将结构部件暴露于成形步骤(诸如穿孔、冲压、折叠等)来将用作至少一个电源的部件的结构部件几何上功能化的步骤。这种工艺步骤可以赋予结构部件机械共振特性，或者产生共振系统或电连接结构。

在根据本发明的又一实施例中，可以提供一种方法，该方法包括通过将结构部件暴露于高温(例如烘烤或固化)或者退火、激光照射等来将用作至少一个电源的部件的结构部件功能化的步骤。另外，结构部件可以在比常规方法更高的温度下被直接应用(特别是在玻璃或金属容器的情况下)，以便将其功能化。

传感器或多个传感器、和/或通信装置和/或处理单元、和/或任何感官可感知输出部、或任何其他类型的支持电子部件可以通过向智能包装添加分立部件、或优选地通过至少部分地将它们印刷到智能包装上来被建立。

另外，智能包装的结构部件可以是任何类型的感官可感知输出部的部件。这可以是用作电源部件的包装的相同结构部件，或者可以是包装的另一结构部件。

根据本发明的实施例寻求提供一种智能包装，该智能包装能够实现除其他之外的以下应用：

示例：

示例1如图3所示：使用铝罐1的铝作为阳极来形成电化学电池11：

罐的裸铝12充当阳极，以及集电器和组件基底。

附加层(电解质13、阴极14、集电器15、封装层16)被选择以形成与铝阳极兼容的电化学电池，然后使用上述任何沉积技术沉积到罐的外部上。

例如，阴极可以是二氧化锰，以形成铝锰氧化物电池。

示例2如图4所示：使用玻璃瓶2的玻璃作为窗口以及玻璃上的热端涂层23作为电池的底部电极来形成光电电池22。

瓶子的玻璃22充当进入太阳能电池的“窗口”，光通过该窗口进入。因此，太阳能电池应当仅部分地覆盖瓶子的一侧，允许光从另一侧进入。

在瓶子的正常生产过程中，在形成玻璃之后，它被热端涂覆金属氧化物，形成例如氧化铟锡(ITO)或掺氟氧化锡(FTO)的透明导电层。该层在电池中形成底部电极。

在该阶段之后，使用如上所述的任何技术来沉积有源光伏层24。层的组合将取决于所形成的太阳能电池的类型。然而，它们将包括适当的半导体材料的组合，当光存在时，这些半导体材料将电子转移到透明导电层中或转移出透明导电层。

在有源层的顶部，沉积第二电极25。这可以是透明的或不透明的(例如，铝或银)导体，如适合于所形成的电池类型。

最后一层是封装26，并且可以由已经涂覆到玻璃上的现有包装涂层形成。

示例3如图5所示：使用标准金属化纸板二次包装形成RF能量收集器，二次包装由涂有金属化膜和层压聚合物层的纤维板制成。

使用标准金属化纤维板箱基底(例如利乐包)；其本身包括一层纤维板(不导电)，在纤维板的内部添加铝层(导电)和适当的保形涂层。

在这种情况下，附加的导电电极沉积在容器的外部上。这种形状适合于与形成相应天线接地面的现有容器铝层结合来制造“贴片”型天线元件。最后添加顶部封装层。

示例4如图6所示：形成铝空气电池，其通过撕下标签被激活。罐的裸铝充当阳极，以及集电器和组件基底。

在铝空气电池的顶部上，沉积以下层：

-液体/凝胶电解质层，例如氢氧化钠。

-多孔电极，例如由碳和/或涂有碳的金属网状结构制成。这充当空气阴极的集电器。

-封装涂层，但具有大的间隙，该间隙被薄的多孔膜覆盖，该膜适于允许空气通过，但防止电极泄漏。

用于空气进入的间隙由粘性标签覆盖，该标签由用户撕下以便激活电池。

示例5如图7所示：具体的实施例是智能包装具有印刷在内部上的集电器层和阴极的玻璃瓶，并且其中金属冠盖形成阳极。由于液体和金属冠之间的气隙，当瓶子倒置时，电池被激活。

示例6，如图8所示：在另一个变型中，非导电盖子或冠可以具有添加到其上的导电插入物，该导电插入物到达液体中，以增加电极的面积和/或当气隙可以防止与液体接触时确保接触。该特定示例可以适用于金属瓶子上的塑料盖，其中导电棒从瓶子的顶部伸入液体中以确保接触。其具体实施例是智能包装，其中铝瓶的铝形成阳极，或者作为集电器层，其中阳极沉积在顶部上，并且其中塑料盖子具有向下伸入液体中的棒，并且其上沉积有阴极。

示例7，如图9所示：在如图3所示的特定实施例中，公开了两件式铝罐，其中集电器层由罐主体和罐盖形成，它们在顶部的接合处电绝缘。

原则上，电极可以由罐主体的金属和盖子的金属形成。请注意，阳极和阴极需要由适当电池化学物质的不同金属制成。例如，罐主体的铝可以用作阳极。可选地，附加的电极材料层可以沉积在罐盖或罐主体的内部上。

该实施例的另一个好处在于可以堆叠罐以串联连接电池并在二次包装中形成电池组。

Claims (16)

1.一种包括至少一个电源的智能金属、玻璃、纸质、木质或塑料的包装，

其特征在于，所述包装的结构部件形成所述至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使所述包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

2.根据权利要求1所述的智能包装，其中，所述包装的所述结构部件是形成所述至少一个电源的导电层的金属结构部件。

3.根据权利要求2所述的智能包装，其中，所述金属结构部件是瓶或罐的金属层，或者瓶或罐的铝，特别是盖、拉环、罐的主体或其组合的铝，或者是桶或任何其他类型的金属容器的金属层，或者其中所述金属结构部件是纸质、木质或塑料基的智能包装的部件。

4.根据权利要求1所述的智能包装，其中，所述智能包装的玻璃、木质、纸质或塑料的结构部件形成所述至少一个电源的不导电层。

5.根据权利要求4所述的智能包装，其中，所述智能包装的玻璃或塑料的结构部件是玻璃瓶的玻璃主体或颈部、或者塑料瓶的塑料主体或颈部、或者塑料盖、或者二次包装的塑料或纸/纸板。

6.根据权利要求1所述的智能包装，其中，所述包装的所述结构部件是金属、玻璃、塑料或木制的结构部件，所述结构部件形成动能收集系统的机械共振部件。

7.根据权利要求1所述的智能包装，其中，所述智能包装的金属、玻璃、塑料或纸质、木质的结构部件包括添加物，所述添加物将所述结构部件功能化以用作至少一个电源的有源层，或者将不导电结构部件功能化以用作至少一个电源的导电层。

8.根据权利要求1所述的智能包装，其中，所述电源是电化学电池，并且其中待容纳的液体用作所述电化学电池的电解质。

9.一种用于制造智能包装的方法，所述方法包括制造包装和在所述包装上或所述包装中构成至少一个电源的步骤，其中所述包装的结构部件用于构成所述至少一个电源的部件，所述结构部件是提供使所述包装能够容纳产品或被运输的贡献的部件或材料层。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述包装的所述结构部件基于其化学、电化学、介电、磁性、光学、机电或半导体特性来被选择，以形成所述至少一个电源的部件。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述包装的制造和构成所述至少一个电源共享用于构成所述电源的剩余部分的至少一个附加工艺步骤，所述剩余部分是除了由所述包装的所述结构部件或所述结构部件的一部分构成的部件之外的部分。

12.根据权利要求9或10所述的方法，包括将所述包装的所述结构部件功能化以用作所述至少一个电源的部件的步骤。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，功能化所述包装的所述结构部件的所述步骤在制造所述包装的过程中被执行。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，将所述包装的所述结构部件功能化以用作所述至少一个电源的部件的所述步骤包括将添加物添加到所述结构部件。

15.根据权利要求12或13所述的方法，包括将所述结构部件在几何上功能化以用作至少一个电源的部件的步骤。

16.根据权利要求9所述的方法，包括通过将传感器和/或通信装置和/或处理单元和/或感官可感知输出部至少部分地印刷到所述智能包装上来添加所述传感器和/或通信装置和/或处理单元和/或感官可感知输出部的步骤。