CN114218970B

CN114218970B - 电磁状态感测装置

Info

Publication number: CN114218970B
Application number: CN202111531322.5A
Authority: CN
Inventors: M·W·斯托厄尔; B·兰宁
Original assignee: Lyten Inc
Current assignee: Lyten Inc
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2039-08-02
Also published as: US20210142012A1; CN112585612A; TWI803446B; KR20240045377A; US20230409847A1; JP2024026067A; JP2021533376A; WO2020033254A1; TWI789329B; EP3834124A4; US11783143B2; EP3834124A1; US20230100416A1; US11915088B2; US11783141B2; US11537806B2; TWI785265B; US11210478B2; TWI822640B; US20220207252A1

Abstract

本申请涉及电磁状态感测装置。一种方法包含：从用户装置接收下载应用程序的请求；以及响应于所述请求而提供对所述应用程序的存取。所述应用程序经配置以发射第一电磁辐射，且从附连到产品封装的电磁状态感测装置EMSSD接收第一电磁辐射回波信号。所述第一电磁辐射回波信号由所述EMSSD转换以产生电磁辐射信号，所述电磁辐射信号编码包括产品识别码的第一信息。所述应用程序还经配置以：应用基于所述产品识别码而选择的规则；发射基于所述规则调谐的第二电磁辐射ping；从所述EMSSD接收第二电磁辐射回波信号，所述第二电磁辐射回波信号编码关于所述产品封装内的内容物的第二信息；以及将所述第二信息的一部分从所述用户装置发送到上游计算装置。

Description

电磁状态感测装置

分案申请信息

本申请是申请日为2019年8月2日、申请号为201980053542.6、发明名称为“电磁状态感测装置”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案

本申请案主张2018年8月9日申请的标题为“产品感测(PRODUCT SENSING)”的第62/716,741号美国专利申请案的优先权益，所述美国专利申请案特此以全文引用的方式并入。

背景技术

传感器广泛用于许多目的，例如用于跟踪货舱内的库存及/或用于在制造及履行链中端到端地监视组件。感测装置通常利用电磁信号来接收及发送信息。举例来说，射频识别(RFID)标签将信息发送到RFID读取器，其中在无源RFID标签的情况下，标签利用来自询问信号的能量为标签供电且将信号发送回到读取器。使用电磁感测装置的常规技术表现出许多缺陷，因此，需要解决此类缺陷的一或多种技术。

发明内容

在一些实施例中，方法包含：从用户装置接收下载应用程序的请求；以及响应于来自用户装置的所述请求而提供对所述应用程序的存取。所述应用程序经配置以发射第一电磁辐射，且从附连到产品封装的第一电磁状态感测装置(EMSSD)接收第一电磁辐射回波信号。所述第一电磁辐射回波信号由所述第一电磁状态感测装置响应于所述第一电磁辐射ping而转换以产生电磁辐射信号，所述电磁辐射信号至少编码包括产品识别码的第一信息。所述应用程序还经配置以：应用至少部分地基于所述产品识别码选择的规则；发射至少部分地基于所述规则调谐的第二电磁辐射ping；从所述第一电磁状态感测装置接收第二电磁辐射回波信号，所述第二电磁辐射回波信号编码关于所述产品封装内的内容物的第二信息；以及将所述第二信息的至少一部分从所述用户装置发送到上游计算装置。

在本文以及图式及权利要求中描述技术实施例的方面、目的及优点的其它细节。

附图说明

下文所描述的图式仅出于说明的目的。图式并不意欲限制本公开的范围。

图1描绘根据一实施例的其中可部署电磁状态感测装置的环境。

图2呈现描绘根据一实施例的可借以部署电磁状态感测装置的处理流程的流程图。

图3A为根据一实施例的电磁状态感测装置的示意图。

图3B1说明根据一实施例的测量液体内容物的第一状态的部署情形。

图3B2说明根据一实施例的测量液体内容物的第二状态的部署情形。

图3B3说明根据一实施例的测量并显示液体内容物的状态的部署情形。

图3B4说明根据一实施例的用于指示产品的内容物的状态的印刷显示器(printeddisplay)的横截面图。

图3C为根据一实施例的用于确定电磁状态感测装置的动态范围的选择图表。

图4A1与图4A2分别为根据一实施例的在第一环境与第二环境中的电磁状态感测装置的等效电路模型。

图4B描绘根据一实施例的用于在不同环境中校准电磁状态感测装置的经验数据俘获技术。

图5A描绘根据一实施例的用于电磁状态感测的签名俘获技术。

图5B描绘根据一实施例的用于电磁状态感测的签名分析技术。

图6描绘根据一实施例的用作补货系统中的中心(hub)的虚拟助理。

图7A呈现根据一实施例的基于电磁状态感测装置用于补货系统中的规则编码技术。

图7B呈现根据一实施例的基于电磁状态感测装置用于补货系统中的规则执行技术。

图8描绘根据一实施例的基于电磁状态感测装置用于补货系统中的实例协议。

图9将系统组件描绘为经互连以便实施本文中所公开的某些实施例的计算模块的布置。

图10A到图10Y描绘根据一些实施例的在其它材料上方生长的结构化碳、各种碳纳米粒子、各种基于碳的聚集体及各种三维含碳组合件。

具体实施方式

本公开的方面解决与如何以低成本部署状态传感器相关联的问题。一些实施例是针对用于印刷感测装置的方法，所述感测装置不仅可发射识别信息，而且可发射产品状态信息。

概述

从电子商务诞生起，已使用各种方法来识别封装中的产品。然而，仅仅识别产品在特定位置及时间的存在不能解决消费者对位于其住所、汽车、船等内部或附近的产品进行自动状态检查的需要。

令人遗憾地，常规射频识别符(RFID)及常规近场标记皆不能提供此信息。需要新型的感测装置，其不仅可以可由移动读取器或固定扫描器读取的方式发射识别信息，而且可发射产品状态信息。

只要封装中有产品交付，就已使用各种方法来识别其封装中的产品。在条形码的最早时期，在封装上印有“传号及空号”符号。由此，经由使用符号读取器(例如，条形码读取器/扫描器)，可识别特定产品。将此类符号印刷在封装上极为低廉，且符号读取器足够低廉以部署且集成到例如收银机中。在此类符号读取器及对应收银机进一步与中央计算机系统介接时，可清点购买唯一地识别的产品的单位。可促进库存核算、订购、产品补货及进行中的商业的其它功能，在一些情况下无需人为干预。

然而，在一些情况下，将此类条形码印刷到产品封装上是不可能及/或不方便的，及/或在一些情况下，部署读取器是不可能或不方便的。在此类情况下，射频识别符(RFID)可附连到产品或其封装或嵌入于其中。在产品(其附连或嵌入有RFID)接近于RFID读取器时，可清点其存在。可制造给定RFID，以便在由“ping”刺激时发射唯一识别符。所述唯一识别符可具有任何数目个位，且因此，所述唯一识别符可与特定产品相关联。由此，可促进产品补货及其它商务功能。

令人遗憾地，仅识别产品或仅识别所识别产品的特定存在及位置具有局限性。举例来说，尽管在收银机或出口处对产品的感测可能是有价值的信息(例如，检测产品单位的购买或检测产品单位的移动)，但有时感测有关产品的特定单位的更多信息(例如，状态)是有价值的。

已经进行一些尝试以通过在产品封装上印刷感测装置并“ping”感测装置以搜集关于内容的信息来感测内容的特性。然而，此类感测装置仅限于测量例如湿度、温度等的环境变量。因此，感测关于产品的特定单位的更多信息(例如，状态)的需要仍然没有得到满足。

举例来说，知晓容器有多满可能是有用的。或者，知晓容器是否泄漏，或内容物是否正在腐烂、变质或由于其它原因而渗出气体等可能是有用的。由于需要定期更新有关不同产品的多个单位的状态信息，因此这种情境进一步复杂化。举例来说，在家庭情境下，可能需要定期更新在消费者横穿其住所(或汽车，或船等)时遇到的任何或所有产品的状态信息(例如，数量、效力、陈旧程度等)。

常规RFID及常规近场标记皆不能提供所需信息。需要促进从新型感测装置收集的系统，所述感测装置不仅可发射识别信息，而且可发射特定于产品的状态信息。

图的定义及使用

为了易于参考，以下定义了在此描述中使用的术语中的一些。所呈现的术语及其相应定义不严格地限于这些定义，所述术语可通过本公开中术语的使用来进一步定义。术语“示范性”在本文中用来意指充当实例、例子或说明。本文中描述为“示范性”的任何方面或设计未必应解释为比其它方面或设计优选或有利。而是，使用词语示范性是意在以具体方式来呈现概念。如本申请案及所附权利要求书中所使用，术语“或”意在意指包含性的“或”而非排它性的“或”。即，除非另有指定，或者从上下文可以清楚地看出来，否则“X使用A或B”意在意指任何自然的包含性排列。即，如果X使用A，X使用B，或X使用A和B两者，那么在任何前述例子下满足“X使用A或B”。如本文中所使用，A或B中的至少一者是指A中的至少一者，或B中的至少一者，或A及B两者中的至少一者。换句话说，此短语是转折性的。如在本申请案及所附权利要求书中使用的词“一(a及an)”应大体解释为意指“一或多个”，除非另外指定或从上下文清楚可见表示单数形式。

本文参考各图描述了各个实施例。应注意，各图不一定是按比例绘制的，且具有类似结构或功能的元件有时在贯穿各图由相同参考标号表示。还应注意，各图仅旨在促进描述所公开的实施例，其并不表示所有可能实施例的穷举，且其并不旨在对权利要求的范围进行任何限制。此外，所说明的实施例不需要描绘在任何特定环境中使用的所有方面或优点。

结合特定实施例描述的方面或优点不必限于所述实施例且可在任何其它实施例(即使未这样说明)中实践。整个说明书中对“一些实施例”或“其它实施例”的参考是指结合所述实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包含于至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各个地方出现的短语“在一些实施例中”或“在其它实施例中”不一定是指相同实施例。所公开的实施例并不意欲限制权利要求。

实例实施例的描述

图1描绘其中可部署电磁状态感测装置的环境100。作为一个选项，可在本文中所描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施环境100或其任何方面的一或多个变化。

图1说明与不仅可发射识别信息而且可发射产品状态信息的印刷感测装置有关的方面。具体地说，所述图是关于其对解决如何以低成本部署状态传感器的问题的贡献而提出的。更具体地说，图1描绘了一种环境，在此环境中，电磁状态感测装置(EMSSD)可感测定量值并将其中继到计算站点以进行数据处理。“电磁”应应意指以相对较低的频率(例如，125kHz)或以较高的无线电频率(13.6MHz)或更高的频率传播的信号。

如图所示，通过ping刺激传感器(例如，传感器101₁、传感器101₂及传感器101₃)。受激传感器发射谐振签名，所述谐振签名表征在对应容器内的产品的一或多个方面。描绘若干不同的容器类型及若干不同的容器方面。

可例如通过智能电话(或其它类型的移动装置)产生ping。具体地说，移动装置(例如，智能电话)上的应用程序(“app”，即软件应用程序、计算机程序、计算机可读媒体)可控制电磁发射器装置驱动器(例如，近场通信(NFC)装置驱动器)，其又可致使电磁发射器装置产生ping。由此，可控制ping的频率、持续时间及形状。在通过ping激发后，附近的传感器会谐振并发射签名，所述签名编码与在容器内的产品的各个方面有关的信息。与容器内的产品各个方面有关的信息将重新格式化，且中继到上游以进行进一步处理。在一些实施例中，且如图所示，可对经重新格式化且中继到上游的信息进行路由，以通过因特网或企业内部网108进行通信，以进行额外的传感器数据处理。

许多不同类型或配置的EMSSD可应用于产品封装。如图所示，类型1EMSSD 101₁可应用于类型1容器，类型2EMSSD 101₂可应用于类型2容器，类型3EMSSD 101₃可应用于类型3容器。此类容器可为用于盛装液体(例如，清洁剂、酒精、燃料、牛奶等)的器皿(例如，例如由塑料或玻璃制成的罐或瓶的类型1容器)。或者，容器可为用于盛装任何内容物的纸箱(例如，可或可不涂布有塑料材料的类型2容器，例如硬纸或纸板箱)。另外，容器可为经设计以容纳某种特定产品(例如，药品)的专用容器(例如，例如药丸瓶、铰接盒、滴管瓶等的类型3容器)。前述容器中的任一者可以任何设定呈现。

严格地作为一个实例，在家庭环境中可能会发现上述不同类型的容器。因此，消费者可能会走过其住所，且在走动过程中，移动装置将发射电磁ping且俘获电磁回波。可被控制为发射电磁辐射的任何一或多个用户装置117可发射ping并俘获返回的信号。

如所描绘，用户装置117可为类型1移动装置131(例如，iOS电话)，或用户装置117可为类型2移动装置132(例如，Android电话)，或用户装置117可为询问器装置133的固定例子(例如，固定的RFID读取器)，例如可能位于食品室或药箱中。任何此类用户装置或变体可配置有可执行代码(例如，应用程序)，所述可执行代码直接或间接地控制电磁发射装置，例如所示的NFC装置(用户装置117)。任何数目个用户装置通常可与任何EMSSD接近，且每一用户装置发射ping并俘获响应。如果ping与响应恰好同时发生且彼此非常接近，则每一应用程序(例如，应用程序137₁、应用程序137₂及应用程序137₃)可辨识冲突并重试ping，因此实施冲突检测、多址接入协议。

在本公开中，可基于系统识别的产品的类型，出于各种目的将ping调谐为各种频率，而无需人工交互。在所示的实例中，在对应于第一RFID频率的第一频率下发射ping102₁。EMSSD 101₁的第一部分通过编码对应于产品及/或容器类型的值(例如，1及0的字符串)的回波103₁(即电磁信号，例如“PID1”)来响应ping。给定经编码值，应用程序137₁可确定(例如，调谐、定制、自定义)后续ping 102₂的特性。回波103₂是响应于后续ping 102₂。回波103₂编码关于所示容器类型1的内容物的信息。来自EMSSD的回波有时称为“签名”。在一些实施例中，回波由应用程序俘获，且在移动装置上解码。在其它实施例中，回波由应用程序俘获，打包成网络通信数据包，并转发到蜂窝塔114，所述蜂窝塔又将网络通信数据包经由因特网中继到数据处理设施(例如，传感器数据处理模块110)。数据处理设施依次应用规则集121以确定进一步的操作(补货、丢弃、维修等)。

环境100中所示的装置及系统一起操作以形成自主监视系统，例如履行系统。如图所示，传感器数据处理模块110经由自主履行路径129₁与交付服务通信，交付服务又跨越自主履行路径129₂以将补充的产品交付给用户。

如上文所指示，EMSSD可经配置以对应于特定的产品及/或容器类型。图1描绘纸箱，其展示为容器类型2，纸箱产品可位于所述纸箱中。严格地作为一个实例，容器类型2可能装有易腐物(例如，水果、蔬菜等)。对应EMSSD可经配置以感测例如以下中的任何或全部：(1)容器内产品的含量或体积，(2)易腐烂食品或食品变质所伴随的气体的浓度，(3)温度。在操作中，以RFID频率进行的ping 102₃致使EMSSD 101₂的一部分以编码产品ID(例如，“PID2”)的回波103₃作出响应。产品ID用作规则集121的索引，以隔离至少一个规则122，所述规则的应用导致调谐数据以下游消息126₁的形式递送到应用程序。举例来说，基于从第一ping识别出的产品，所选规则可针对产品上传感器的类型定制信号频率范围及/或ping数，以便在发送后续ping以搜集关于产品封装中的内容物的信息时使用。

环境100的一些拓扑包含企业内部网108。在一些此类拓扑中，下游消息126₁在路由到应用程序之前先经过中心106。在此类情况下，在日志127中记录对应于产品ID的产品检测的发生，所述日志用于各种目的，下文论述其中的一些。

如上所述，下游消息126₁可含有调谐数据。调谐数据包括应用程序用来发送一或多个其它ping(例如ping 102₄)的信息。可将其它的ping调谐到特定的频率，所述特定频率至少部分地基于EMSSD的特性来确定。更具体地说，产品ID可用作检索一或多个规则的关键词，所述一或多个规则又可向应用程序告知特定的ping频率以及ping的定时。严格地作为一个实例，规则可由应用程序处理，以便根据各种ping中的任一者来询问EMSSD，包含在任何时间周期及各种定时序列中ping的简单到复杂的组合。由此，响应于各种ping，回波103₄可由若干签名组成，所述签名中的任一者可作为消息(例如，上游消息125₁、上游消息125₂)(例如，经由因特网)发送到传感器数据处理模块110以进行分析。所述分析可导致确定例如以下中的任一者或全部：(1)容器内产品的含量或体积，(2)易腐烂食品或食品变质伴随的分析物的浓度(例如，乙烯、氨气、其它气体)，(3)温度，及/或关于容器中内容物的状态的其它信息。所述确定可作为下游消息126₂中的格式化内容发送到中心106。

在一些拓扑中，下游消息126₁在路由到应用程序之前经过中心106。中心可由语音激活命令105(例如，语音助理)来实施。语音助理可拦截下游消息126₁并对其进行处理，可能通过发射通知107来进行处理，所述通知可能呈自然语言的形式，例如“该订购更多羽衣甘蓝了-我可以为您下订单吗？”或“今天这里太热了-您应将羽衣甘蓝移到较凉爽的地方。”或“羽衣甘蓝正在变坏-您应立即将其进行堆肥。”在一些拓扑中，通知107可采用其它形式，例如但不限于文字或电子邮件消息。通知消息可包含例如数量指示、到期日期、重新填充日期、重新填充计数、批号、化学成分及/或浓度指示等信息。在一些拓扑中，可维护关于产品封装中的内容物的至少一些信息的日志。举例来说，日志可包含对应于关于内容物的信息的至少一部分的条目。所述日志可由网络接入点维护，其中可通过接收语音激活命令来激活网络接入点。

在一些设定中，且使用前述通信及数据分析技术的全部或部分，询问器装置133发射ping 102₅，接收回波103₅(例如，产品ID“PID3”)，且接着发射另一ping 102₆，所述另一ping根据容器类型3的特性及/或容器类型3中所含的产品的特性来特定地调谐。所述另一ping 102₆的发射导致回波103₆的发射。

如上所述，移动装置(例如，智能电话)上的应用程序可控制电磁发射器装置驱动器(例如，NFC装置驱动器)，这又可致使电磁发射器装置产生ping。在图2中呈现一个说明性部署情形中的处理流程。

图2呈现描绘可借以部署电磁状态感测装置的处理流程200的流程图。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施处理流程200或其任何方面的一或多个变化。处理流程200或其任何方面可在任何环境中实施。

在所描绘的部署情形中，应用程序由应用程序及驱动器软件工程师开发，并存储在网络可接入位置(步骤202)。网络可接入位置254可为可存储应用程序252的可下载例子的任何位置。可由连接到因特网的任何请求装置256请求下载。此外，请求装置可为任何类型的移动装置，或可为任何类型的固定装置，例如台式计算机或中心或数字助理。在此情形中，请求装置256被描绘为智能电话，但也可为例如智能手表、平板电脑或笔记本电脑。

在任何时刻，请求装置可发射请求(例如，通过因特网呼叫统一资源识别符(URI))，所述请求致使将应用程序下载到装置上并针对正在进行的操作进行配置(步骤204)。所述配置可特定针对于目标装置(即，请求装置)及/或目标装置上托管的任何管理软件(例如，操作系统)的特性。

在下载及配置之后的某一时刻，应用程序进入处理循环(步骤206)。可依据任何调度表执行通过循环220的迭代，可能是实施各种节能技术的调度表。在一些情况下，循环中执行的操作的次序可能会基于所述时刻存在的条件而改变。尽管应用程序操作205描绘了操作的特定流程，但在一些情况下，替代的排序是可能的，且在一些情况下，一些操作不在循环的给定迭代中执行。

如图所示，循环220包含在接近EMSSD时发射第一ping信号(步骤208)的操作(步骤208)，以便至少刺激EMSSD的识别部分261，且接着基于从识别信号得出的识别码(例如，产品ID)(步骤210)，应用程序将应用所有或部分适用规则(步骤212)。此类识别码(例如，产品ID)可用作规则集121中的索引，以识别EMSSD规则209及履行规则211。某些EMSSD规则209的应用导致调谐数据被递送到应用程序。某些履行规则211的应用导致与产品内容物相关联的动作，例如读取不同分析物的液位或提供其测量，或读取其容器内的内容物的量。应用程序继而将发射第二ping信号(步骤214)，以便至少刺激EMSSD的状态部分262。应用程序接收基于第二次ping时产品的状态响应于第二ping信号而返回的返回状态信号(步骤216)。那些返回的状态信号被解码以确定状态信息。举例来说，当产品封装内的内容物处于第一状态时，印刷电磁状态感测装置可发射第二电磁辐射信号的第一变化(例如，第一谐振频率)，且当产品封装内的内容物处于第二状态时，发射第二电磁辐射信号的第二变化(例如，第二谐振频率)。在一些情况下，返回状态信号由请求装置(例如，由应用程序)进行分析，而在其它情况下(如所示)，请求装置通过将返回状态信号发送到上游网络装置来减轻请求装置的负担(步骤218)。

在此特定实施例中，上游装置是中心106的例子，然而，上游装置可为连接到企业内部网或连接到因特网的任何装置。

前述处理至少部分地依赖于EMSSD的响应特性。具体地说，应用程序依赖于EMSSD包含识别部分261及至少一个状态部分262的方面。关于图3A展示及论述用于形成EMSSD的各种技术。

图3A为电磁状态感测装置3A00的示意图。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施电磁状态感测装置3A00或其任何方面的一或多个变化。电磁状态感测装置3A00或其任何方面可在任何环境中实施。

EMSSD 3A00被配置成细长传感器。即，EMSSD具有多个部分，这些部分跨越一定长度(例如，在特定方向上纵向，例如竖直)，在所述长度内放置产品内的内容物。如图所示，第一谐振部分301经配置以提供RFID的功能。具体地说，当以预定频率ping时，第一谐振部分301将被供能且将发射位串，所述位串的一部分可串接以形成唯一的识别码。所述图还描绘第二谐振部分302、第三谐振部分303及第N谐振部分399，其中第二至第N谐振部分可用于传达有关产品的信息(即，产品封装中内容物的状态)。在第N谐振部分399附近可能存在许多并列的谐振部分(例如，如图所示以线性阵列并列)。EMSSD 3A00表示具有多个谐振部分的感测装置，每一谐振部分由墨水印刷而成，且具有由所印刷墨水的材料特性及/或几何形状确定的谐振阈值。谐振部分沿着路径布置，且可彼此相邻或不相邻。在一些实施例中，可使用不同的含碳油墨来印刷谐振部分。在一些实施例中，所述谐振部分各自具有基本上相同的大小及形状。在一些实施例中，可使用相同的含碳墨水来印刷不同的谐振部分，其中不同谐振部分具有不同几何形状。识别部分261被调谐为以与任何状态部分不同的一或多个频率谐振。

所有前述部分301至399可使用含碳墨水以各种几何形状印刷，所述几何形状(例如，线性/弯曲/螺旋形图案、线宽、形状因数)及含碳墨水(例如，各种同素异形体的组合物)由EMSSD的制造商或设计者基于待由EMSSD 3A00检测的感测标准来确定。在一些情况下，感测准则包含环境指示，例如“是否存在乙烯？”或“EMSSD的这部分是否因液体的存在而变形？”等。在一些情况下，感测准则及相应的谐振对应于环境指示，例如“此位置的电容率是多少？”。由此，可将EMSSD的一系列谐振部分印刷在容器上，其中所述一系列谐振部分被调谐以响应于特定的容器及待检测的内容物，及/或可基于所述谐振部分在容器上的特定位置被调谐。举例来说，容器中液体内容物的量的变化将致使由EMSSD感测到的电容率发生变化。因此，可将EMSSD设计为对当时环境中的特定谐振部分的电容率敏感。在当时环境中实现及/或调谐对特定谐振部分的电容率或磁导率的敏感性的技术包含选择特定的碳墨水或碳墨水的组合，以及定制电极线的几何形状(例如，布局及/或尺寸)。严格地作为一个实例，盛装液体的容器在容器装满时将表现出第一电容率，而同一容器在例如接近空时将表现出第二电容率。在确定容器中的液位时可使用此现象。实际上，当仅使用单个谐振部分(例如，作为特定准确度的模拟信号)或使用一系列谐振部分(例如在谐振部分的细长线性阵列(例如，将其配置为一系列数字位，以达到任何所需的准确度)中)时，可观察到此现象。在单个谐振部分的情况下，环境变化时的频率变异性包括模拟信号，而在多个谐振部分的情况下，对照阈值分析每一谐振部分的回波以确定“开”或“关”值。多个谐振部分的“开”或“关”值可组合以形成一串数字位。

尽管前述实例特定针对于容器中的液体，但如本文所公开的EMSSD的部署可用于检测容器附近的环境的任何变化。作为环境变化的实例，EMSSD可检测呈现出恒电流变化及/或静压电变化及/或恒电位变化中的任何一或多者的任何事物。附近环境的任何此类变化都会致使EMSSD的一或多个部分的谐振响应发生变化。举例来说，产品内容物的变形(例如，由于温度或存在的内容物的量引起的膨胀)可能导致静压电变化，这可能在EMSSD的谐振部分上引起应变且因此改变发射的谐振频率。不同类型的产品内容物具有不同的密度，且因此，不同的产品可能在谐振部分上引起不同程度的应变。由此，每一产品及每一容器可具有唯一的EMSSD，其针对所述特定产品及容器的组合进行了校准。

在图3B1及图3B2的部署情形中展示并描述用于感测容器中的液位的技术。

图3B1说明部署情形3B100，其中测量了液体内容物的第一状态。作为一个选项，可在本文所描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施部署情形3B100或其任何方面的一或多个变化。部署情形3B100或其任何方面可在任何环境中实施。

在此部署情形中，将EMSSD印刷在液体容器的侧面(例如，外表面)上。在其它部署中，EMSSD打印在容器的内部。在其它部署中，EMSSD印刷在附连到容器上的标记的顶部上。

当液体将容器填充到接近容量时(如图所示)，谐振部分303至谐振部分399覆盖容器中有液体的区域，而谐振部分302处于容器中无液体的位置。至少基于容器内液体的液位，在这两个位置的谐振部分周围的环境的电容率及/或磁导率不同。因此，鉴于在EMSSD的整个长度上其它参数相同，谐振部分302发射的谐振频率与谐振部分399不同。前述参数包含材料及环境特性，例如内容物或其封装的密度、内容物或其封装的电容率、附连到封装的标记的磁导率、容器的形状、容器的厚度变化等。

给定来自EMSSD的多个谐振部分的若干ping回波，若干ping回波的差异对应于液位。更具体地说，用户装置以不同的频率发射若干ping。这些不同的频率从EMSSD的不同谐振部分触发呈ping回波形式的响应。接着分析包括这些ping回波的信号，以识别中心频率的幅度。

在图3B2的部署情形中展示并描述了接近空的液位。在一些情境中，存在或不存在液体主导着特定谐振部分的谐振，然而，在EMSSD一端存在或不存在液体可能会致使安置于EMSSD的相对端的不同谐振部分的谐振频率发生变化。可在校准过程期间测量此效果以及容器几何形状带来的其它效果。

在标题为“具有频率选择性元件的天线(Antenna with Frequency-SelectiveElements)”的第10,218,073号美国专利、于2017年2月21日提交且标题为“使用2D/3D封装的能量收集(Energy Harvesting Using 2D/3D Packaging)”的第62/461,693号美国临时专利申请案、于2017年8月31日提交且标题为“印刷电组件(Printed ElectricalComponents)”的第62/552,522号美国临时专利申请案以及于2017年11月22日提交且标题为“印刷化学传感器(Printed Chemical Sensor)”的第62/589,893号美国临时专利申请案中描述了有关印刷传感器及谐振组件的其它细节，所述各者全部归本公开的受让人所有，且特此以全文引用的方式并入。

图3B2、图3B3及图3B4分别说明部署情形3B200、3B300及3B400，其中液体内容物的第二状态被测量且视情况显示在容器上。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施部署情形3B200、3B300或3B400或其任何方面的一或多个变化。部署情形3B200、3B300或3B400或其任何方面可在任何环境中实施。

当容器中的液体几乎空时(如图3B2所示)，谐振部分302至谐振部分398处于容器中没有液体的位置，而谐振部分399处于容器中有液体的位置。至少基于产品的含量，在这两个位置处的环境的电容率及/或渗透率是不同的。因此，鉴于在EMSSD的整个长度上其它参数相同，谐振部分302发射的谐振频率与谐振部分399不同。给定来自EMSSD的若干谐振部分的若干ping回波，若干ping回波的差异对应于液位。可将准确度(例如，满、1/2满至±1/4满、1/4满至±1/8满等)配置到EMSSD中，例如通过谐振部分的数目、长度及/或间隔。

在一些实施例中，内容物的状态可显示在容器上，例如在状态显示器3990上以印刷的视觉状态指示图案显示，如图3B3所示。可使用例如含碳墨水来印刷状态显示器。在此图中，状态显示器3990读取“满”，指示容器中的液位已满。状态显示器3990可直接印刷在容器的外表面上，或可印刷在衬底(例如，标记)上并附连到容器。尽管在此图中状态显示器3990位于EMSSD的底端，但状态显示器3990可位于容器中的其它位置，例如EMSSD的上端，或与EMSSD分开的位置。状态显示器3990可用于指示产品内容物的各种类型的状态，例如量、新鲜度或建议的动作(例如“重新订购时间”)，其中指示可利用文字及/或图形(例如，图标)。

图3B4展示根据一些部署情形的印刷状态显示器3990的横截面图。根据一些实施例，状态显示器3990是使用碳基质3991(即，电泳显示基质)的电泳视觉显示装置。显示器3990包括衬底3992、在衬底3992上的第一电极层3993、在衬底3992上的碳基质3991的层、在碳基质3991内的电泳墨水3994以及在碳基质3991上的第二电极层3995。当电极层3993及3995被供能时，墨水3994朝向或远离层3995移动以形成待从层3995检视的图像(例如，图案、图形、文字)，如眼睛的图标指示。碳基质3991由通过聚合物链接的碳粒子3996制成，从而形成多孔网络。衬底3992可为柔性材料，例如聚合物膜或纸材料(例如，硬纸、纸、聚合物涂布纸及聚合物膜)。

由于碳基质3991的导电性质，可使碳基质3991层的厚度比常规的电泳显示材料更薄(即，电极层3993与3995之间的距离更短)，这使得能够在基质本身内进行电极连接。举例来说，碳基质3991的厚度可为10μm至40μm或10μm至100μm。碳基质3991的电导率可大于20,000S/m或大于5,000S/m或大于500S/m或大于50S/m。具有较薄的固定相(碳基质3991)有利地需要较少的能量来移动墨水3994，从而使显示器3990的功率较低，且因此更适合仅通过能量收集方法供电。举例来说，状态显示器3990可由能量收集天线3997供电，所述能量收集天线可从用户装置发射的电磁信号收集能量。

碳基质3991是多孔导电层，其具有在碳粒子3996内或之间的小孔，其使墨水3994能够移动通过碳基质3991。朝向第二电极层3995移动的墨产生可见图像，而远离第二电极层3995移动的墨水3995在检视的图像中产生空白空间。在一些实施例中，墨水3994可为白色电泳墨水以与碳基质3991的深色形成对比。

碳基质3991由碳粒子3996制成，所述碳粒子通过粘合剂(例如，形成可聚合共价键的聚合物(例如，纤维素、乙酸丁酸纤维素、苯乙烯丁二烯、聚胺基甲酸酯、聚醚-胺基甲酸酯)或可交联树脂(例如，丙烯酸酯、环氧树脂、乙烯基物)固持在一起。粘合剂将碳粒子3996链接在一起，但不包围碳粒子之间的所有空间，从而在碳基质3991内存在小孔(即，空隙、空隙)。碳粒子3996是导电的，且可包含同素异形体，例如石墨烯、碳纳米洋葱(CNO)、碳纳米管(CNT)或其任何组合。碳粒子3996中的一些或全部可为这些同素异形体的子粒子的聚集体。在一些实施例中，碳基质3991的大部分可为石墨烯，例如碳基质3991中大于50％、或大于80％、或大于90％的碳粒子是石墨烯。在一些实施例中，状态显示器3990是电泳显示器矩阵，其包括通过聚合物彼此交联的多个碳粒子，其中所述矩阵的孔隙率包括以下至少之一：i)碳粒子之间的平均距离高达10μm的粒子间孔隙率，或ii)平均孔径大于200nm的粒子内孔隙率。可在2019年6月25日提交且标题为“电泳显示器(Electrophoretic Display)”的第62/866,464号美国临时专利申请案中找到印刷视觉显示器的其它细节，所述美国临时专利申请案归本公开的受让人所有，且特此以全文引用的方式并入。

在图3C中给出一种基于EMSSD的独立传感器部分的数目来确定灵敏度的动态范围的技术。

图3C为用于确定电磁状态感测装置的动态范围的选择图表3C00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施选择图表3C00或其任何方面的一或多个变化。选择图表3C00或其任何方面可在任何环境中实施。

如图所示，在细长EMSSD中使用的传感器部分越多，则读数越准确。在所述图中，3dB的动态范围对应于比率2(一个位对应于一个传感器部分)，6dB对应于比率4(两个位对应于两个传感器部分)，而9dB对应于比率为8(三个位对应于三个传感器部分)。举例来说，如果只有一个独立的传感器，则读数可能为(空或满)，且正负误差较大，而如果存在三个传感器部分(例如，三个部分在产品内容物将耗尽的方向上间隔相等地布置)，则三个传感器中的每一者的读数的组合可指示(满、7/8、3/4、5/8、1/2、3/8、1/4、1/8，或空)，其正负误差约为1/16。即，各种指示将由与产品内容物是否完全覆盖或部分覆盖或不覆盖各种谐振部分相对应的环境条件引起。

前述实施例至少部分地依赖于来自EMSSD部分的读数，其中在不同环境中的每一部分以不同的相应回波签名响应于ping。可在各种环境中测量不同的相应回波签名，且回波签名的读数可用作校准点，如图4A1及图4A2中所示。

图4A1及图4A2分别是在第一环境(例如，纸箱中几乎充满粉末)及第二环境(例如，纸箱几乎为空)中的电磁状态感测装置的等效电路模型4A100及4A200。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施等效电路模型或其任何方面的一或多个变化。等效电路模型或其任何方面可在任何环境中实施。

在示范性实施例中，EMSSD的每一部分中使用的每种含碳材料(即，墨水)被不同地配制，以便在不同的调谐频率下谐振。可关于对应的分子及/或形态组成来描述材料谐振的物理现象。具体地说，具有第一分子结构的材料将在特定环境中以第一频率谐振，而具有第二不同分子结构的材料将在相同特定环境中以第二不同频率谐振。类似地，当在特定环境中时，具有第一分子结构的材料将以一或多个第一频率谐振，而在不同环境中时，具有相同分子结构的相同材料将以第二不同频率谐振。在许多情况下，当位于特定环境中时，上述谐振频率形成对于所述组成为独特的签名。举例来说，第一含碳墨水可主要用石墨烯配制。第二含碳墨水可与第一墨水类似，但在分子结构上不同于第一含碳墨水，例如具有不同组成(例如，添加了多壁球形富勒烯或其它同素异形体)或结构(例如，制成层比第一墨水中更少或更多的石墨烯)。

可使用本文描述的技术控制这种现象。更具体地说，(1)可将材料调谐为在所选的频率下固有地产生谐振，且(2)可测量材料在不同环境中的响应并将其用于校准。

如图4A1及4A2所示，且如下文所论述，来自第一环境中的第一谐振部分的第一ping回波测量值与来自第二环境中的相同谐振部分的第二ping回波测量值之间的差异对应于谐振频率的差异。此外，在其它参数相等的情况下，第一环境与第二环境之间的差异可对应于产品感测状态(例如，存在产品或不存在产品)。可在原位测量产品感测状态(例如，状态＝存在产品或状态＝不存在产品)之间的谐振频率差异。在一些情况下，可计算产品感测状态之间的谐振频率差异。无论是凭经验测量(例如，用于校准)产品感测状态之间的谐振频率差异，还是计算产品感测状态之间的谐振频率差异，所述现象都会归因于感测器中的材料的原子结构或分子结构及/或归因于测量时存在的环境条件而出现。以下段落逐步解释此现象。

如所属领域中已知，原子针对特定元素以固有频率发射电磁辐射。即，特定元素的原子具有与所述原子的构成特性相对应的固有频率。举例来说，当铯原子被刺激时，价电子从较低能态(例如，基态)跃迁到较高能态(例如，激发能态)。当电子返回到其较低能态时，其以光子的形式发射电磁辐射。对于铯，发射的光子在9.192631770THz的微波频率范围内。

大于原子的结构，例如由多个原子形成的分子，也会以可预测的频率谐振(即，发射电磁辐射)。举例来说，散装的液态水在109.6THz处产生谐振。处于张力下的水(例如，在主体表面处于各种状态的表面张力)会在112.6THz或附近产生谐振。

碳原子及碳结构也表现出取决于结构的自然频率。举例来说，碳纳米管(CNT)的自然谐振频率取决于管的直径及CNT的长度。在受控条件下(例如，控制管的直径及长度)生长CNT可控制结构的自然谐振频率。因此，生长CNT是调谐到所需谐振频率的一种方式。

由碳形成的其它结构可在受控条件下产生。此类结构包含但不限于碳纳米洋葱(CNO)、碳晶格、石墨烯、基于石墨烯的材料、其它含碳材料、工程纳米级结构等，及/或其组合。可形成此类结构以便在特定的调谐频率下谐振，及/或可在后处理中修改此类结构以获得所需特性或性质。举例来说，可通过选择材料以及材料的特定组合的比例及/或通过添加其它材料来实现所需性质，例如与聚合物混合时的高加强值。

此外，多个此类结构的共置会引入进一步的谐振效应。举例来说，两片石墨烯可以取决于其长度、宽度、间隔、间隔的形状及/或片的其它物理特性及/或其彼此并置的频率在它们之间谐振。

前述材料具有特定的可测量的特征。对于天然存在的材料以及工程碳同素异形体来说都是如此。此类工程碳同素异形体可被调谐以表现出物理特性。举例来说，碳同素异形体可被设计为表现出与以下特征相对应的物理特性：(a)构成主要粒子的特定配置，(b)聚集体的形成，及(c)聚结物的形成。这些物理特性中的每一者都会影响使用对应的特定碳同素异形体形成的材料的特定谐振频率。

除了针对与特定谐振频率相对应的特定物理配置调谐特定的碳基结构之外，还可将含碳化合物调谐至特定的谐振频率或一组谐振频率。一组谐振频率称为“谐振曲线”。如下公开了一种用于调谐特定的碳基结构以发射一组谐振频率的一种可能技术。

形成频率调谐材料

可通过使构成材料的特定化合物具有特定的电阻抗来调谐含碳谐振材料以表现出特定的谐振曲线。不同的电阻抗又对应于不同的频率响应曲线。

阻抗描述交流电流过元件的困难程度。在频域中，归因于表现为电感器的结构，阻抗是具有实分量及虚分量的复数。虚分量是电感电抗分量X_L，其是基于特定结构的频率f及电感L：

X_L＝2πfL (等式1)

随着接收频率的增加，电抗也增加，使得在某个频率阈值处，谐振响应将衰减。电感L受材料的电阻抗Z的影响，其中Z与磁导率μ及电容率ε的材料特性之间的关系为：

因此，材料特性的调谐会改变电阻抗Z，这会影响电感L，从而影响电抗X_L。

本发明的实施例观察到具有不同电感的含碳结构将具有不同的频率响应。即，具有高电感L(基于电阻抗Z)的含碳结构将比具有较低电感的另一含碳结构在较低频率下达到特定电抗。

另外，当配制待根据特定产品状态传感器的要求调谐的含碳化合物时，本发明的实施例利用了磁导率、电容率及电导率的材料特性。

可观察到，第一含碳结构将在第一频率谐振，而当所述结构处于不同环境中时(例如，当含碳结构与环境的结构物理接触时)，所述相同结构将以第二频率谐振。

如图所示，谐振频率可与包括电容器C₁及电感器L₁的等效电路相关。频率f₁由以下等式给出：

如果环境发生了轻微变化，例如当容器中的液体不再接触传感器或不再与附着传感器的容器壁邻近时，则环境变化又会改变整个结构的电感及/或电容。所述变化可与包括电容器C₂及电感器L₂的等效电路相关。频率f₂由以下等式给出：

由于在比较两个读数时或在将读数与校准点进行比较时使用量f₁-f₂，因此量f₁-f₂的量值决定了灵敏度。因此，在确定EMSSD的灵敏度时，EMSSD的印刷部分的几何形状(例如，电气管道线的长度、电气管道线的宽度、曲率等)以及含碳墨水中所用碳的选择通常是主要因素。即使可计算出EMSSD的一部分的谐振频率(例如，使用前述等式)，许多部署情形仍依赖于经验数据俘获技术来形成校准点。在许多情况下，获取的校准点越多，测量越准确。在各种校准情形中，对于容器及/或预期内容物的每种变化，都会获取并保存许多组校准点。

图4B描绘用于校准不同环境中的电磁状态感测装置的经验数据俘获技术4B00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施经验数据俘获技术4B00或其任何方面的一或多个变化。经验数据俘获技术4B00或其任何方面可在任何环境中实施。

这种经验数据俘获技术的实际使用导致俘获了多部分EMSSD的每一特定部分的实际测量值。在实例使用情形中，通过进行一系列的经验测量来构造例如图4B所描绘的三列表。具体地说，对于EMSSD的每一独立部分，在两种不同的环境条件下测量其对刺激的响应。在第一环境(标示为R_ENV1)中测量并记录EMSSD的特别调谐的独立部分的经验响应。接下来，在第二环境(标示为R_ENV2)中测量并记录特别调谐的EMSSD的独立部分的经验响应。严格地作为实例，第一环境可能是容器已满或几乎已满时，且第二环境可能是容器为空或几乎为空时。

如可看出，R_ENV1是两个主要变量的函数：(1)形成EMSSD的独立部分的材料的磁导率，以及(2)局部环境的电容率。针对每一独立部分对第一环境及第二环境进行此类原位测量。

当EMSSD由大量独立部分组成(例如，部分ID#2 302、部分ID#3 303、部分ID#99399等)时，可对内容物进行非常准确的评估。图4B中的描绘包含经验测量情形460，即state_Full情形461、state_NearEmpty情形462及state_Half情形463。在此实例中，环境1对应于当容器满时的一组条件，而环境2对应于当容器为空时的一组条件。因此，在容器完全满的情境中，EMSSD的每一独立部分以与R_ENV1相对应的响应进行谐振。为了进行比较，在容器接近空的情境中，EMSSD的每一独立部分会以与R_ENV2对应的响应进行谐振，‘底部’部分(部分ID#99)除外，所述‘底部’部分会由于一些内容物保持靠近底部部分#99而以与R_ENV1对应的响应进行谐振。

在以下情境中，可认为容器处于一半容量：(1)EMSSD只有四个独立部分以竖直堆叠分布在整个容器中(例如，从容器的上部延伸到下部部分以检测容器中的内容物的量)，以及(2)‘顶部两个’部分以对应于R_ENV1的响应进行谐振，以及(3)‘底部两个’部分以对应于R_ENV2的响应进行谐振。

一些实施例可包含调谐不同的含碳墨水以在频域中广泛分离的不同中心频率处谐振。在这样做时，随之而来的是，用于刺激特定独立部分的ping频率也可能广泛分离。可使用‘啁啾’技术连续刺激EMSSD的多个独立部分，其中跨时间片段将不同频率的连续ping分开，使得来自EMSSD的给定独立部分的响应签名的幅度比来自EMSSD的其它部分的任何谐波响应高得多。关于图5A展示及描述一种可能的签名俘获技术。

图5A描绘用于电磁状态感测的签名俘获技术5A00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施签名俘获技术5A00或其任何方面的一或多个变化。签名俘获技术5A00或其任何方面可在任何环境中实施。

关于用于在已通过啁啾信号刺激由含碳调谐谐振材料形成的EMSSD的独立部分之后俘获及分析返回的信号签名的技术呈现图5A。具体地说，所述图描绘从附近容器上的EMSSD获取的测量值550。作为用啁啾信号序列刺激EMSSD的结果，EMSSD做出响应(例如，经由谐振发射)。从每一EMSSD俘获回波响应(例如，回波信号512₁、回波信号512₂)。更具体地说，当通过ping(例如，来自啁啾信号510₁的啁啾序列的ping)来刺激容器上的第一EMSSD504₁时，接收并处理回波信号512₁。类似地，当通过ping(例如，来自啁啾信号510₂的啁啾序列的ping)来刺激容器上的第二EMSSD 504₂时，接收并处理回波信号512₂。

如图所示，特定容器可包含多个EMSSD，每一者具有其相应识别部分及状态部分，以及单独的RFID。举例来说，容器可为用于施配药剂(例如，用于哮喘治疗)的施配器(例如，吸入器)的形式，且施配器可具有与任何EMSSD分开的其自己的RFID。RFID可能已在施配器制造时施加到施配器，例如用于产品识别或库存目的。配药人员或药房在履行药剂处方时可能使用胶粘标记来应用EMSSD，以便跟踪特定患者的数量及给药信息。由于各种原因，EMSSD的识别部分可能配置为以不同的频率操作。作为实例，第一EMSSD的识别部分可以125kHz操作，而第二EMSSD的识别部分可以13.6MHz操作，等等。

前述啁啾/ping信号可由收发器514发送。而且，回波信号可由相同(或不同)的收发器514接收。如图所示，啁啾信号可以重复的啁啾序列出现(例如，啁啾信号510₁、啁啾信号510₂)。举例来说，啁啾信号序列可由ping控制单元516管理，所述ping控制单元重复包括1GHz ping、随后的2GHz ping、随后的3GHz ping等的模式。整个啁啾序列可连续地整体重复。在一些情况下，每一ping之间可能存在短暂的时段，以便可在ping结束后立即分析(例如，在签名分析模块554中)从谐振材料返回的信号(回波信号512₁、回波信号512₂)。在其它情况下，对应于ping刺激的信号与返回的响应的信号是同时的。收发器514、ping控制单元516及签名分析模块554可全部在用户装置及用户装置(例如，移动或固定装置)上的软件应用程序之内，或者可分布在例如用户装置及与用户装置通信的服务器的多个装置上。使用数字信号处理技术，可将返回的响应的信号与ping信号区分开。举例来说，在返回的响应包括跨许多不同频率的能量(例如，泛音、旁瓣等)的情境中，陷波滤波器可用于滤除刺激的频率。

在单个容器装有两个或更多个EMSSD的情况下，可将每一EMSSD调谐为在不同的环境条件下发射不同的谐振响应。举例来说，对一些EMSSD进行调谐以响应于容器中内容物的变化，而对其它EMSSD进行调谐以响应于环境中存在微粒或气体。

为了检测气体的存在，EMSSD经配置以包括对分析物敏感的感测材料(例如，氧化还原介体)，以便当EMSSD暴露于分析物时，EMSSD的构成元件中的一或多者的电容改变。由此，存在分析物时的回波响应与不存在分析物时的回波响应不同。更具体地说，可能发生的是，感测材料的电容率及/或磁导率在暴露于分析物时改变，这又改变了EMSSD的一或多个构成元件(例如，电容性元件)的电容，这又指示分析物的存在。

关于感测分析物的一般方法的其它细节在于2019年1月3日提交的标题为“谐振气体传感器(RESONANT GAS SENSOR)”的第16/239,423号美国申请案加以描述，所述美国申请案特此以全文引用的方式并入。

图5B描绘用于电磁状态感测的签名分析技术5B00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施签名分析技术5B00或其任何方面的一或多个变化。签名分析技术5B00或其任何方面可在任何环境中实施。

图5B说明与不仅可发射识别信息而且可发射产品状态信息的感测装置有关的方面。在许多情境中，包含在图5B中展示及描述的情境中，基于与预定校准点比较的测量值来确定产品状态信息。

如图所示，系统的流程在步骤570开始。由ping控制单元516发送所选ping频率的ping信号。ping信号产生机制及ping信号发射机制可使用任何已知技术。严格地作为一个实例，发射器模块可产生所选频率(例如，3GHz)，且使用一个天线或多个天线来辐射所述信号。经调谐天线的设计及位置可对应于任何经调谐天线几何形状及/或材料及/或位置，使得ping的强度足以激励附近EMSSD及/或诱发附近EMSSD的谐振。在一些实施例中，若干经调谐天线安置在与对应的EMSSD邻近的结构部件上或内部。因此，当EMSSD被ping刺激时，其会与签名产生谐振。可接收所述签名(步骤574)，并将其存储在包括接收到的签名576的数据集中。可在循环中重复发射ping、随后接收签名的序列。

举例来说，且如图所示，在迭代遍历的过程中改变ping频率(步骤572)(即，参见决策580的“是”分支)。当执行步骤574并处理接收到的签名576时，存储第一签名578₁、第二签名578₂、第N签名578_N等。迭代次数可由决策580控制。当采用决策580的“否”分支时(例如，当没有其它要发射的额外ping时)，可将接收到的签名提供到签名分析模块554中的数字信号处理模块(步骤582)。数字信号处理模块对照一组校准点586对签名进行分类(步骤584)。校准点可能对应于特定的ping频率，及/或校准点可能对应于已在原位环境内测量的特定签名。举例来说，对于N个校准点，第一校准点588₁可表征将被分类为指示施配器中的药剂的‘满’状态的第一回波签名，第二校准点588₂可表征将被分类为指示施配器中的药剂的‘半满’状态的的第二回波签名，依此类推。

在步骤590，将分类的信号发送到上游网络装置。在一些实施例中，分类的信号由网络中心中继，所述网络中心又将分类的信号发射到托管机器学习数据库的上游存储库。可训练此类机器学习数据库，使得可将给定的一组感测到的测量值与特定的产品状态条件相关联。

图6描绘用作补货系统中的中心106的虚拟助理600。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施虚拟助理600或其任何方面的一或多个变化。虚拟助理600或其任何方面可在任何环境中实施。

再次参考图1，中心106可为实施网络通信的任何装置。在一些情况下，中心包含与人类用户进行自然语言交流的能力。在所示实例中，中心106由虚拟助理实现。虚拟助理可为任何装置，例如由称为“AMAZON

”、“GOOGLE/>

”、“NEST HUBTM”等装置例示的装置。如本文中所使用，虚拟助理为(1)连接网路且(2)能够使用语音输入换能器(例如，麦克风)及语音输出换能器(例如，扬声器)与人类用户进行自然语言交流的任何装置。

当在例如图1中所描绘的环境中使用时，虚拟助理可基于EMSSD读数以及自然语言对话的结果来促进补货。在一个情形中，EMSSD读数指示易腐产品已达到其到期日期。数字助理可能会说“羽衣甘蓝正在变坏-您现在要重新订购吗？”的语音互动。在此类情形中，用户可能会回答可听的“是”，这将使虚拟助理发射一或多个上游消息125(例如，可能包含用户凭证)，所述上游消息可能包含补货订单620。数字助理上游的操作元件(例如，服务器)接着可发射下游消息126，所述下游消息可包含补货状态622。

在一些情况下，例如当在如图1所描绘的环境中使用时，虚拟助理可促进处理由EMSSD发射的信号。具体地说，虚拟助理可与类型1移动装置131及/或类型2移动装置132及/或询问器装置133进行通信。可使用虚拟助理的NFC单元602(图6)或虚拟助理的蓝牙低功耗(BLE)单元604或虚拟助理的Wi-Fi单元606来进行此类通信。此外，可实施多种协议中的任何一种，使得可由移动装置及/或询问器装置及/或虚拟助理及/或任何其它网络连接装置以任何组合来进行产品识别及/或产品状态感测及/或规则应用所需的任何操作。

以下附图涉及用于形成及执行规则的技术，这些规则用于呈现操作的逻辑流程。如上所指示，可在任何操作元件处进行与任何规则或其部分的应用相对应的处理及/或与任何个别操作的执行相对应的处理。

图7A呈现如在基于电磁状态感测装置的补货系统中使用的规则编码技术7A00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施规则编码技术7A00或其任何方面的一或多个变化。规则编码技术7A00或其任何方面可在任何环境中实施。

如可基于上述内容容易地理解，因为有许多产品可能位于给定的环境中(例如，住所，或汽车，或船等)，且由于上述EMSSD可能应用于具有许多不同类型的状态以及特定状态类型内的许多不同状态的许多不同类型的产品，因此可得出结论，可通过基于产品识别的特定处理来促进对特定产品的一或多个状态的确定。举例来说，如果通过ping EMSSD的识别部分而将产品识别为特定品牌的64盎司洗涤剂瓶，则EMSSD的其余部分的特定配置可通过在数据库中查找而获知。举例来说，从数据库中的查找返回的数据可能指示所述产品及其特定容器(即，64盎司洗涤剂瓶)的EMSSD配置包括八个不同的谐振部分，这些部分响应于八个不同的刺激频率。

此外，从数据库中的查找返回的数据可能指示所述产品及其特定容器(即，64盎司洗涤剂瓶)的EMSSD配置包括32个不同的校准点。由此，一旦已识别产品，就可获知有关EMSSD配置的大量信息。此外，一旦已识别产品，就可识别出于产品状态的目的而执行的其它步骤。如图7A所描绘的流程实施规则编码技术，使得可将任何规则递送到任何装置以执行。

如图所示，所述流程由事件701起始，所述事件可能源于用户装置(例如，智能电话)上的应用程序。用户装置通过发射ping频率来响应于事件(步骤702)。可从ping频率表720初步了解ping的特定频率，所述表实施为用户装置可存取的数据结构。由于发射一或多个ping，从RFID或EMSSD的识别部分发射至少一个识别信号703。接收识别信号703(步骤704)，使用任何已知的信号处理技术将所述识别信号转换成二进制表示(步骤706)。此二进制表示用于从一或多个规则集121查找一或多个规则(步骤708)。可使用任何存储装置在任何位置存储一或多个规则，且可使用任何已知的方法检索这些规则以进行装置间通信。在许多情况下，一或多个规则包括与(1)对应EMSSD类型、(2)校准点的位置、(3)阈值及(4)额外ping指令有关的信息。

可通过查找与规则的操作数相对应的数据(步骤710)以及通过查找待应用于规则的操作数的操作来对每一规则进行编码(步骤712)。严格地作为一个实例，规则可能指示“如果错误>T，则重试”。步骤710可查找“T”以确定例如50％的数值。步骤712可查找与“重试”操作有关的细节，其可包含例如重试之前要等待的持续时间。在一些情况下，操作数的数值是在要执行规则的特定平台上确定的。

当已经由步骤710及步骤712处理了规则时，所述流程将发射平台独立性规则表示715，接着将其发射到装置(例如，中心或智能电话)以供执行。

图7B呈现如在基于电磁状态感测装置的补货系统中使用的规则执行技术7B00。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施规则执行技术7B00或其任何方面的一或多个变化。规则执行技术7B00或其任何方面可在任何环境中实施。

如图所示，当装置(例如，中心或智能电话)接收到平台独立性规则表示时，起始规则执行技术7B00(步骤752)。解码平台独立性规则表示中的每一个别表示(步骤754)以确定装置上的对应条目点。而且，解码每一平台独立性规则表示以识别操作数(步骤756)。可使用格式化表757将特定平台独立性操作数表示转换为平台特定操作数表示。接着，对于每一条目点，将操作数格式化为与平台的计算机硬件及软件架构相对应(步骤758)，且在装置上执行平台独立性规则(步骤760)。在一些情况下，操作数可能不会被解码为数字表示，而是会被解码为另一条目点或子例程。作为实例，如在格式化表757中所描绘的操作数“扫掠”可指代覆盖频率扫掠操作中的许多范围的子例程。

图8描绘在基于电磁状态感测装置的补货系统中使用的实例协议800。作为一个选项，可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施协议800或其任何方面的一或多个变化。协议800或其任何方面可在任何环境中实施。

所示协议涉及四个装置：(1)近侧EMSSD 801、(2)用户装置802、(3)网络中心803，以及(4)上游处理单元804。如图所示，协议由用户装置起始。具体地说，用户装置802发射第一ping(发射806)。来自第一ping的能量致使近侧EMSSD 801发射信号(发射807)，所述信号包含被解释为识别信号的部分(发射808)。识别信号被解码为产品ID(操作810)，所述识别信号被发送到网络中心(消息812)。

网络中心803执行第一本地处理(操作814)以处理发射807的全部或部分，接着将发射807的全部或部分发送到上游处理单元804(有效负载消息816)。上游处理单元804(即，上游计算装置，其可包含例如具有RFID读取器的询问器装置)从规则集121存取EMSSD规则，且执行第一上游处理818。EMSSD规则被编码为平台独立性规则，且被发送到网络中心(消息820)，网络中心接着将平台独立性规则的全部或部分(消息822)中继到用户装置。

在协议中的这一点上，用户装置具有有关近侧EMSSD特性的足够信息(例如，通过确定第二到第N ping信号特性824来处理消息而得到的信息)，使得EMSSD的状态部分可通过对近侧EMSSD的任何一或多个谐振部分执行ping来询问。在此协议中，仅说明一个第二ping(发射826)，但在大多数情况下，近侧EMSSD的谐振部分有很多，其中任何或所有部分由用户装置询问(例如，相继地)。

响应于第二ping，近侧EMSSD的谐振部分以发射状态信号(发射830)的方式谐振(发射828)。通过应用一或多个规则在用户装置处处理状态信号(操作832)。在此实施例中，状态信号的全部或部分及/或来自状态信号的处理的任何导出项被发送到网络中心(消息834)，所述网络中心执行第二本地处理(操作836)。第二本地处理包含为发送到上游处理单元的消息形成有效负载(消息838)。上游处理单元又执行第二上游处理842。

在协议的这一点上，至少上游处理单元具有有关特定产品的特定单位的特定状态的信息。由此，上游处理单元可利用与履行有关的额外规则。举例来说，履行规则可能带有“如果现在应订购此产品的另一单位，请询问用户”的语义。此类额外规则被中继(消息844)到网络中心以进行进一步处理。在一些情况下，且如图所示，网络中心会将额外规则的全部或部分(消息846)中继到用户装置。

在用户装置处的此类额外规则可包含在用户装置的用户界面中形成并呈现确认问题。在一些情况下，在用户装置处应用了若干额外规则(操作847)。用户响应，例如“是-立即订购”，可能被发送到网络中心(消息848)以进行进一步处理及/或将响应或其部分中继到上游处理单元(消息850)。上游处理单元接着可完成步骤(操作852)以完成用户确认的履行请求。

作为使用EMSSD确定产品状态的结果，用户被通知了基本的补货需要。确认用户的补货需求，随后起始补货。在一些情况下，即使没有明确的用户确认，履行规则也会授权起始履行。

额外实际应用实例

图9描绘作为计算模块的布置的系统900，所述计算模块互连以便协作地操作以实施本文公开的实施例中的一些。此实施例及其它实施例呈现元件的特定布置，其个别地或组合地用于形成改进的技术过程，所述技术过程解决了如何以低成本部署状态传感器。系统900的分区仅是说明性的，且其它分区是可能的。作为一个选项，系统900可在本文描述的实施例的架构及功能性的上下文中实施。然而，当然，系统900或其中的任何操作可在任何所需环境中进行。

系统900包括至少一个处理器及至少一个存储器，所述存储器用于存储与系统的操作相对应的程序指令。如图所示，可使用模块可存取的程序指令来全部或部分地实施操作。模块连接到通信路径905，且任何操作可经由通信路径905与任何其它操作进行通信。系统的模块可个别地或组合地执行系统900内的方法操作。系统900内执行的任何操作可以任何次序执行，除非可在权利要求中指定。

所示实施例实施呈现为系统900的计算机系统的一部分，其包括一或多个计算机处理器以执行一组程序代码指令(模块910)以及用于存取存储器以保存程序代码指令以执行以下操作的模块：响应于来自用户装置的请求以下载应用程序，其中响应涉及从用户装置接收请求，且响应于所述请求而提供对应用程序的存取，其中应用程序经配置以致使用户装置执行一序列步骤(模块920)；从用户装置发射第一电磁辐射ping(模块930)；从附连到产品封装的电磁状态感测装置(EMSSD)接收第一电磁辐射回波信号，其中第一电磁辐射回波信号由电磁状态感测装置响应于第一电磁辐射ping而转换以产生电磁辐射信号，其至少编码包括产品识别码的第一信息(模块940)；应用至少部分地基于产品识别码选择的规则(模块950)；响应于规则的应用而发射第二电磁辐射ping，例如其中基于规则调谐第二电磁辐射ping(模块960)；从电磁状态感测装置接收第二电磁辐射回波信号，所述第二电磁辐射回波信号编码与产品封装内的内容物有关的第二信息(模块970)；以及将第二信息的至少一部分从用户装置发送到上游计算装置(模块980)。用户装置可为例如智能电话，且可视情况包含固定RFID读取器。

在一些实施例中，电磁状态感测装置是印刷电磁状态感测装置，其可包含第一含碳墨水及视情况选用的第二含碳墨水。当产品封装内的内容物处于第一状态时，印刷电磁状态感测装置可发射第二电磁辐射信号的第一变化(即，第一回波信号)，且当产品封装内的内容物处于第二状态时，印刷电磁状态感测装置可发射第二电磁辐射信号的第二变化(即，第二回波信号)。在一些实施例中，印刷电磁状态感测装置可纵向地印刷在产品封装上。

在一些实施例中，电磁辐射回波信号具有跨多个频率分布的能量且由用户装置发射，其中用户装置是移动装置。电磁辐射回波信号可由移动装置的电磁发射装置或由固定装置的电磁发射装置发射。严格地作为一个实例，电磁发射装置可为近场通信装置。

在一些实施例中，应用程序进一步经配置以响应于与产品封装内的内容物有关的第二信息而下达补货订单。在一些实施例中，应用程序进一步经配置以响应于与产品封装内的内容物有关的第二信息来而通知消息。通知消息可包含数量指示、到期日期、重新填充日期、重新填充计数、批号、化学组成及浓度指示中的至少一者。

在一些实施例中，应用程序进一步经配置以维护与产品封装内的内容物有关的至少一些第二信息的日志。日志可由网络接入点维护，其中网络接入点可接收语音激活命令。所述日志可包含与第二信息的至少一部分相对应的条目。

在一些实施例中，所述应用程序进一步经配置以从附连到产品封装的第二电磁状态感测装置(EMSSD)接收电磁辐射中继信号，其中所述电磁辐射中继信号由第二电磁状态感测装置转换。

前述的变化可包含更多或更少的所示模块。一些变化可执行更多或更少(或不同)的步骤，及/或一些变化可在更多、或更少或不同的操作中使用数据元素。

此外，一些实施例包含所执行的操作的变化，且一些实施例包含在操作中使用的数据元素的各方面的变化。

图10A至图10Y描绘根据本公开的一些实施例的在其它材料上生长的结构化碳、各种碳纳米粒子及各种含碳聚集体以及各种三维含碳结构。

EMSSD的一些实施例以特定配置使用碳纳米粒子及聚集体。在一些实施例中，碳纳米粒子及聚集体的特征在于高的“均匀性”(即，所需碳同素异形体的质量分数高)、高度的“有序性”(即，缺陷浓度低)及/或高“纯度”(即，元素杂质的浓度低)，这与常规系统及方法可实现的较低均匀性、较差有序性及较低纯度粒子形成对比。这导致EMSSD的谐振部分的高度可调整性。

在一些实施例中，使用本文描述的方法产生的纳米粒子含有多壁球形富勒烯(MWSF)或连接的MWSF，且具有高均匀性(例如，石墨烯与MWSF的比例为20％至80％)、高度有序性(例如，I_D/I_G比为0.95至1.05的拉曼签名)及高纯度(例如，碳与其它元素(氢除外)的比率大于99.9％)。在一些实施例中，使用本文描述的方法产生的纳米粒子含有MWSF或连接的MWSF，且MWSF不含由除碳以外的杂质元素组成的核。在一些情况下，使用本文描述的方法产生的粒子是含有上述具有大直径(例如，大于10μm宽)的纳米粒子的聚集体。

已经使用常规方法来产生具有高度有序性的含有多壁球形富勒烯的粒子，但常规方法导致具有多种缺点的碳产品。举例来说，高温合成技术导致粒子具有许多碳同素异形体的混合物，且因此均匀性低(例如，相对于其它碳同素异形体而言，富勒烯小于20％)及/或小粒径(例如，小于1μm，或在一些情况下小于100nm)。使用催化剂的方法导致包含催化剂元素的产品，且因此纯度低(例如，相对于其它元素小于95％的碳)。这些不合需要的特性通常还导致所得碳粒子的不合需要的电特性(例如，小于1000S/m的电导率)。

在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子及聚集体通过拉曼光谱法表征，其指示结构的高度有序性及均匀性。在一些实施例中，如下所述，使用相对高速、低成本的改进热反应器及方法产生本文所述的均匀、有序及/或纯碳纳米粒子及聚集体。根据以下公开内容，其它优点及/或改进也将变得显而易见。

在本公开中，术语“石墨烯”是指碳的同素异形体，其为二维、原子级、六边形晶格的形式，其中一个原子形成每一顶点。石墨烯中的碳原子是sp²键合的。此外，石墨烯的拉曼光谱具有两个主峰：大约1580cm^-1处的G模式及大约1350cm^-1处的D模式(使用532nm激发激光时)。

在本公开中，术语“富勒烯”是指中空球形、椭圆形、管状或其它形状形式的碳分子。球形富勒烯也可称为巴基球(Buckminsterfullerene)或巴克球(buckyball)。圆柱形富勒烯也可称为碳纳米管。富勒烯的结构类似于石墨，其由链接的六边形环的堆叠石墨烯片组成。富勒烯还可含有五边形(或有时为七边形)环。

在本公开中，术语“多壁富勒烯”是指具有多个同心层的富勒烯。举例来说，多壁纳米管(MWNT)含有多个石墨烯的压延层(同心管)。多壁球形富勒烯(MWSF)含有富勒烯的多个同心球。

在本公开中，术语“纳米粒子”是指尺寸为1nm至989nm的粒子。纳米粒子可包含一种或多种结构特征(例如，晶体结构、缺陷浓度等)以及一种或多种类型的原子。纳米粒子可为任何形状，包含但不限于球形、椭球形、哑铃形、圆柱形、细长圆柱形、矩形棱柱形、盘形、线形、不规则形、致密形(即，具有很少的空隙)、多孔形(即，具有许多空隙)等。

在本公开中，术语“聚集体”是指通过范德华力、通过共价键、通过离子键、通过金属键或通过其它物理或化学相互作用而连接在一起的多个纳米粒子。聚集体的大小可相差很大，但通常大于约500nm。

在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子包含两个或更多个连接的多壁球形富勒烯(MWSF)及涂布连接的MWSF的石墨烯层。在一些实施例中，如本文所述的碳纳米粒子包含两个或更多个连接的多壁球形富勒烯(MWSF)及涂布连接的MWSF的石墨烯层，其中MWSF不含由除碳以外的杂质元素组成的核。在一些实施例中，如本文所述的碳纳米粒子包含两个或更多个连接的多壁球形富勒烯(MWSF)及涂布连接的MWSF的石墨烯层，其中MWSF在中心处不含空隙(即，没有碳原子的空间大于约0.5nm，或大于约1nm)。在一些实施例中，连接的MWSF由sp²杂化碳原子的同心、有序的球形形成，与无序、不均匀的无定形碳粒子的球形成对比。

在一些实施例中，含有连接的MWSF的纳米粒子的平均直径范围为5至500nm，或5至250nm，或5至100nm，或5至50nm，或10至500nm，或10至250nm，或10至100nm，或10至50nm，或40至500nm，或40至250nm，或40至100nm，或50至500nm，或50至250nm，或50至100nm。

在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子形成聚集体，其中许多纳米粒子聚集在一起以形成较大的单元。在一些实施例中，碳聚集体包含多个碳纳米粒子。跨碳聚集体的直径范围为10至500μm，或50至500μm，或100至500μm，或250至500μm，或10至250μm，或10至100μm，或10至50μm。在一些实施例中，聚集体由多个碳纳米粒子形成，如上文所定义。在一些实施例中，聚集体含有连接的MWSF。在一些实施例中，聚集体含有具有高均匀性度量(例如，石墨烯与MWSF的比率为20％至80％)、高度有序性(例如，I_D/I_G比为0.95至1.05的拉曼签名)及高纯度(例如，大于99.9％的碳)的连接的MWSF。

产生碳纳米粒子的聚集体，特别是直径在上述范围内的聚集体的一个好处是，大于10μm的粒子的聚集体比小于500nm的粒子或粒子的聚集体更容易收集。易于收集降低了用于产生碳纳米粒子的制造设备的成本，且增加了碳纳米粒子的良率。另外，与处置较小的纳米粒子的风险相比，大小大于10μm的粒子引起的安全隐患更少，例如，由于吸入较小的纳米粒子而潜在的健康及安全风险。因此，较低的健康及安全风险进一步降低了制造成本。

在一些实施例中，碳纳米粒子具有的石墨烯与MWSF的比率为10％至90％，或10％至80％，或10％至60％，或10％至40％，或10％至20％，或20％至40％，或20％至90％，或40％至90％，或60％至90％，或80％至90％。在一些实施例中，碳聚集体的石墨烯与MWSF的比率为10％至90％，或10％至80％，或10％至60％，或10％至40％，或10％。至20％，或20％至40％，或20％至90％，或40％至90％，或60％至90％，或80％至90％。在一些实施例中，碳纳米粒子具有的石墨烯与连接的MWSF的比率为10％至90％，或10％至80％，或10％至60％，或10％至40％，或10％至20％，或20％至40％，或20％至90％，或40％至90％，或60％至90％，或80％至90％。在一些实施例中，碳聚集体的石墨烯与连接的MWSF的比率为10％至90％，或10％至80％，或10％至60％，或10％至40％，或10％至20％，或20％至40％，或20％至90％，或40％至90％，或60％至90％，或80％至90％。

在一些实施例中，拉曼光谱法用于表征碳同素异形体以区别其分子结构。举例来说，可使用拉曼光谱法来表征石墨烯，以确定例如有序/无序、边缘及晶界、厚度、层数、掺杂、应变及热导率的信息。还已经使用拉曼光谱法表征了MWSF，以确定MWSF的有序性程度。

在一些实施例中，拉曼光谱法用于表征MWSF或连接的MWSF的结构。拉曼光谱中的主要峰值是G模式及D模式。G模式归因于sp²杂化碳网络中碳原子的振动，而D模式则与具有缺陷的六角形碳环的呼吸有关。在一些情况下，可能存在缺陷，但在拉曼光谱中可能无法检测到。举例来说，如果呈现的晶体结构相对于基底平面正交，则D峰值将展示为增大。另一方面，如果呈现出与基底平面平行的完美平坦表面，则D峰值将为零。

当使用532nm入射光时，平面石墨的拉曼G模式通常在1582cm^-1处，然而，其对于MWSF或连接的MWSF可能下移(例如，低至1565cm^-1或低至1580cm^-1)。在MWSF或连接的MWSF的拉曼光谱中，在大约1350cm^-1处观察到D模式。D模式峰值与G模式峰值的强度的比率(即，I_D/I_G)与MWSF的有序性程度有关，其中较低的I_D/I_G指示较高的有序性程度。接近或低于1的I_D/I_G指示相对较高的有序性程度，而大于1.1的I_D/I_G指示较低的有序性程度。

在一些实施例中，如本文所述，含有MWSF或连接的MWSF的碳纳米粒子或碳聚集体具有拉曼光谱，其中当使用532nm入射光时，第一拉曼峰值在约1350cm^-1处，而第二拉曼峰值在约1580cm^-1处。在一些实施例中，本文所述的纳米粒子或聚集体的第一拉曼峰值的强度与第二拉曼峰值的强度的比率(即，I_D/I_G)范围在0.95至1.05，或0.9至1.1，或0.8至1.2，或0.9至1.2，或0.8至1.1，或0.5至1.5，或小于1.5，或小于1.2，或小于1.1，或小于1，或小于0.95，或小于0.9，或小于0.8。

在一些实施例中，如上文所定义的含有MWSF或连接的MWSF的碳聚集体具有高纯度。在一些实施例中，含有MWSF或连接的MWSF的碳聚集体具有的碳与金属的比率大于99.99％，或大于99.95％，或大于99.9％，或大于99.8％，或大于99.5％，或大于99％。在一些实施例中，碳聚集体具有的碳与其它元素的比率大于99.99％，或大于99.95％，或大于99.9％，或大于99.5％，或大于99％，或大于90％，或大于80％，或大于70％，或大于60％。在一些实施例中，碳聚集体具有的碳与其它元素(氢除外)的比率大于99.99％，或大于99.95％，或大于99.9％，或大于99.8％，或大于99.5％，大于99％，或大于90％，或大于80％，或大于70％，或大于60％。

在一些实施例中，如上文所定义的含有MWSF或连接的MWSF的碳聚集体具有高的比表面积。在一些实施例中，碳聚集体的Brunauer、Emmett及Teller(BET)比表面积为10至200m²/g，或10至100m²/g，或10至50m²/g，或50至200m²/g，或50至100m²/g，或10至1000m²/g。

在一些实施例中，如上文所定义的含有MWSF或连接的MWSF的碳聚集体具有高电导率。在一些实施例中，将含有如上文所定义的MWSF或连接的MWSF的碳聚集体压缩成丸粒，且所述丸粒的电导率大于500S/m，或大于1000S/m，或大于2000S/m，或大于3000S/m，或大于4000S/m，或大于5000S/m，或大于10000S/m，或大于20000S/m，或大于30000S/m，大于40000S/m，或大于50000S/m，或大于60000S/m，或大于70000S/m，或从500S/m至100000S/m，或从500S/m到1000S/m，或从500S/m到10000S/m，或从500S/m到20000S/m，或从500S/m到100000S/m，或从1000S/m到10000S/m，或从1000S/m到20000S/m，或从10000到100000S/m，或从10000S/m到80000S/m，或从500S/m到10000S/m。在一些情况下，丸粒的密度为约1g/cm³，或约1.2g/cm³，或约1.5g/cm³，或约2g/cm³，或约2.2g/cm³，或约2.5g/cm³，或约3g/cm³。另外，已经执行测试，其中已在2000psi及12000psi的压缩以及800℃及1000℃的退火温度下形成碳聚集体材料的压缩丸粒。较高的压缩及/或较高的退火温度通常导致丸粒具有较高的电导率，包含12410.0S/m至13173.3S/m的范围。

使用热处理系统产生的高纯度碳同素异形体

在一些实施例中，使用热反应器及方法，例如任何合适的热反应器及/或方法，产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体。有关热反应器及/或使用方法的其它细节可见于2018年1月9日授权的标题为“处理气体的裂解(CRACKING OF A PROCESS GAS)”第9,862,602号美国专利中，所述美国专利特此以全文引用的方式并入。另外，前驱物(例如，包含甲烷、乙烷、丙烷、丁烷及天然气)可与热反应器一起使用以产生本文所述的碳纳米粒子及碳聚集体。

在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子及聚集体是使用热反应器以1slm至10slm，或0.1slm至20slm，或1slm至5slm，或5slm至10slm，或大于1slm，或大于5slm的气体流速产生的。在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子及聚集体是使用热反应器产生的，其中气体谐振时间为0.1秒至30秒，或0.1秒至10秒，或1秒至10秒，或1秒至5秒，5秒到10秒，或大于0.1秒，或大于1秒，或大于5秒，或小于30秒。

在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子及聚集体使用热反应器以10g/hr至200g/hr，或30g/hr至200g/hr，或30g/hr至100g/hr，或30g/hr至60g/hr，或10g/hr至100g/hr，或大于10g/hr，或大于30g/hr，或大于100g/hr的产生速率产生。

在一些实施例中，热反应器或其它裂解设备及热反应器方法或其它裂解方法可用于将原料处理气体精制、热解、离解或裂解成其成分以产生本文所述的碳纳米粒子及碳聚集体，以及其它固态及/或气态产物(例如，氢气及/或低阶烃类气体)。原料处理气体通常包含例如氢气(H²)、二氧化碳(CO²)，C¹至C¹⁰碳氢化合物、芳香烃及/或其它烃类气体，例如天然气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、饱和/不饱和烃类气体、乙烯、丙烯等及其混合物。碳纳米粒子及碳聚集体可包含例如多壁球形富勒烯(MWSF)、连接的MWSF、碳纳米球、石墨烯、石墨、高度有序的热解石墨、单壁纳米管、多壁纳米管、其它固态碳产品及/或本文所述的碳纳米粒子及碳聚集体。

用于产生本文所述的碳纳米粒子及碳聚集体的一些实施例包含热裂解方法，其使用例如任选地封闭在热裂解设备的细长壳体、外壳或主体内的细长的纵向加热元件。主体通常含例如一或多个由不锈钢、钛、石墨、石英等制成的管或其它合适的罩壳。在一些实施例中，热裂解设备的主体通常是圆柱形的，其中心细长纵向轴线竖直地布置，且原料处理气体入口位于主体的顶部或附近。原料处理气体纵向向下流过主体或其一部分。在竖直配置中，气流及重力两者皆有助于从热裂解设备的主体移除固态产物。

加热元件通常包含例如加热灯、一或多根电阻丝或细丝(或双绞线)、金属细丝、金属条或棒及/或其它合适的热自由基产生器或可加热到足以热裂解原料处理气体的分子的特定温度(即，分子裂解温度)的元件。加热元件通常安置、定位或布置成沿热裂解设备的中心纵向轴线在热裂解设备的主体内居中地延伸。举例来说，如果只有一个加热元件，则将其放置在中心纵向轴线上或与其同心，且如果存在多个加热元件，则其在靠近中心纵向轴线及围绕中心纵向轴线及平行于中心纵向轴线的位置处大体对称或同心地间隔开或偏移。

产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体的热裂解通常是通过使原料处理气体在加热元件上方，或与加热元件接触或在加热元件附近内进行加热而实现的，所述加热元件在由来自加热元件的热产生且由热裂解设备的本体界定且含于其中的纵向细长反应区内，以将原料处理气体加热到特定的分子裂解温度或在特定的分子裂解温度下加热。

反应区被视为围绕加热元件且足够靠近加热元件，以使原料处理气体接收足够的热量以热裂解其分子的区。因此，反应区通常与主体的中心纵向轴线轴向对准或同心。在一些实施例中，热裂解在特定压力下执行。在一些实施例中，原料处理气体在反应区或加热腔室的容器的外表面周围或上循环，以便冷却容器或腔室并在原料处理气体流入反应区之前预热原料处理气体。

在一些实施例中，在不使用催化剂的情况下产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体及/或氢气。换句话说，所述处理不含催化剂。

本文中描述使用热裂解设备及方法产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体的一些实施例，以提供独立的系统，所述系统可有利地根据需要以不同的生产水平迅速放大或缩小。举例来说，一些实施例可扩展以提供独立的氢气及/或碳纳米粒子产生站、烃源或燃料电池站。一些实施例可按比例放大以提供更高容量的系统，例如用于精炼厂等。

在一些实施例中，用于裂解原料处理气体以产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体的热裂解设备包含主体、原料处理气体入口及细长加热元件。主体具有带纵向轴线的内部容积。内部容量具有与纵向轴线同心的反应区。在热裂解操作期间，原料处理气体经由原料处理气体入口流入内部容积中。细长加热元件沿纵向轴线安置在内部容量内，且由反应区围绕。在热裂解操作期间，细长加热元件被电力加热到分子裂解温度以产生反应区，原料处理气体由来自细长加热元件的热加热，且所述热使反应区内的原料处理气体的分子热裂解成分子的成分。

在一些实施例中，用于裂解原料处理气体以产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体的方法包含：(1)提供热裂解设备，其具有具有纵向轴线的内部容积及沿着纵向轴线安置在内部容量内的细长加热元件；(2)通过电力将细长加热元件加热至分子裂解温度，以在内部体积内产生纵向的细长反应区；(3)使原料处理气体流入内部容量中且流过纵向细长反应区(例如，其中原料处理气体被来自细长加热元件的热加热)；以及(4)当原料处理气体流过纵向细长反应区时，将在纵向细长反应区内的原料处理气体的分子热裂解成其成分(例如，氢气及一或多种固态产物)。

在一些实施例中，产生本文所述的碳纳米粒子及聚集体的原料处理气体包含烃气。裂解的结果包含氢气(例如，H²)以及各种形式的本文所述的碳纳米粒子及聚集体。在一些实施例中，碳纳米粒子及聚集体包含两种或更多种MWSF及涂布MWSF的石墨烯层，及/或连接的MWSF及涂布连接的MWSF的石墨烯层。在一些实施例中，在使原料工艺流到内部容量中之前，通过使原料处理气体流过热裂解设备的加热腔室与壳体之间的气体预热区来使原料处理气体预热(例如，至100℃至500℃)。在一些实施例中，其中具有纳米粒子的气体流入内部容积中且流过纵向细长反应区以与原料处理气体混合，且在纳米粒子周围形成固态产物的涂层(例如，石墨烯层)。

后处理高纯度结构化碳

在一些实施例中，产生及收集含有本文所述的多壁球形富勒烯(MWSF)或连接的MWSF的碳纳米粒子及聚集体，且不进行后处理。在其它实施例中，产生及收集含有本文所述的多壁球形富勒烯(MWSF)或连接的MWSF的碳纳米粒子及聚集体，并进行一些后处理。电磁状态感测装置中涉及的后处理的一些实例包含机械处理，例如球磨、研磨、磨碎、微流化以及其它在不损坏MWSF的情况下减小粒径的技术。后处理的其它一些实例包含剥离过程，例如剪切混合、化学蚀刻、氧化(例如，Hummer方法)、热退火、通过在退火期间添加元素(例如，硫、氮)进行掺杂、汽蒸、过滤及冻干等。后处理的一些实例包含烧结过程，例如火花等离子体烧结(SPS)、直流烧结、微波烧结及紫外线(UV)烧结，其可在高压及高温下在惰性气体中进行。在一些实施例中，多种后处理方法可一起使用或串联使用。在一些实施例中，后处理产生含有多壁球形富勒烯(MWSF)或连接的MWSF的官能化的碳纳米粒子或聚集体。

在一些实施例中，将材料以不同的组合混合在一起。在一些实施例中，将本文所述的含有MWSF或连接的MWSF的不同碳纳米粒子与聚集体在后处理之前混合在一起。举例来说，可将具有不同性质(例如，不同大小、不同组成、不同纯度、来自不同处理轮次等)的含有MWSF或连接的MWSF的不同碳纳米粒子与聚集体混合在一起。在一些实施例中，可将本文所述的含有MWSF或连接的MWSF的碳纳米粒子及聚集体与石墨烯混合以改变混合物中连接的MWSF与石墨烯的比例。在一些实施例中，可在后处理之后将含有MWSF或连接的MWSF的不同碳纳米粒子与聚集体混合在一起。举例来说，可将具有不同性质及/或不同后处理方法(例如，不同大小、不同组成、不同功能、不同表面性质、不同表面积)的含有MWSF或连接的MWSF的不同碳纳米粒子与聚集体混合在一起。

在一些实施例中，产生及收集本文所述的碳纳米粒子及聚集体，且随后通过机械研磨、碾磨及/或剥离进行处理。在一些实施例中，处理(例如，通过机械研磨、碾磨、剥离等)减小粒子的平均大小。在一些实施例中，所述处理(例如，通过机械研磨、碾磨、剥离等)增大粒子的平均表面积。在一些实施例中，通过机械研磨、铣削及/或剥离的处理剪切掉一定比例的碳层，从而产生与碳纳米粒子混合的石墨片。

在一些实施例中，使用球磨机、行星式磨机、棒磨机、剪切混合器、高剪切粒化机、自生碾磨机或用于通过研磨、挤压或切割将固体材料破碎成较小碎片的其它类型的机械加工来执行机械研磨或碾磨。在一些实施例中，机械研磨、碾磨及/或剥离以湿法或干法执行。在一些实施例中，机械研磨通过以下方式执行：研磨一段时间，接着空转一段时间，并重复研磨及空转数个循环。在一些实施例中，研磨周期为1分钟至20分钟，或1分钟至10分钟，或3分钟至8分钟，或约3分钟，或约8分钟。在一些实施例中，空转周期为1分钟至10分钟，或约5分钟，或约6分钟。在一些实施例中，研磨及空转循环的次数为1分钟至100分钟，或5分钟至100分钟，或10分钟至100分钟，或5分钟至10分钟，或5分钟至20分钟。在一些实施例中，研磨及空转的总时间量为10分钟至1200分钟，或10分钟至600分钟，或10分钟至240分钟，或10分钟至120分钟，或100分钟至90分钟，或10分钟至60分钟，或约90分钟，或约120分钟。

在一些实施例中，通过在第一循环使碾磨机在第一方向(例如，顺时针)上旋转，且接着在下一循环使碾磨机在相反方向(例如，逆时针)上旋转来执行循环中的研磨步骤。在一些实施例中，使用球磨机执行机械研磨或碾磨，且使用100至1000rpm，或100至500rpm，或约400rpm的旋转速度执行研磨步骤。在一些实施例中，使用球磨机执行机械研磨或碾磨，所述球磨机使用直径为0.1mm至20mm，或0.1mm至10mm，或1mm至10mm，或大0.1mm，或约1mm，或约10mm的碾磨介质。在一些实施例中，使用球磨机执行机械研磨或碾磨，所述球磨机使用由例如钢的金属、氧化物(例如氧化锆(zirconium oxide，zirconia)、氧化钇稳定的氧化锆、二氧化硅、氧化铝、氧化镁)或其它硬质材料(例如碳化硅或碳化钨)。

在一些实施例中，产生并收集本文所述的碳纳米粒子及聚集体，且随后使用高温(例如热退火或烧结)进行处理。在一些实施例中，使用高温的处理是在惰性环境(例如氮气或氩气)中进行。在一些实施例中，使用高温的处理是在大气压下，或在真空下或在低压下进行。在一些实施例中，使用高温的处理是在500℃至2500℃，或500℃至1500℃，或800℃至1500℃，或800℃至1200℃，或800℃至1000℃，或2000℃至2400℃，或约800℃，或约1000℃，或约1500℃，或约2000℃，或约2400℃的温度下进行。

在一些实施例中，产生并收集本文所述的碳纳米粒子及聚集体，且随后，在后处理步骤中，将额外元素或化合物添加到碳纳米粒子中，由此将碳纳米粒子及聚集体的独特性质引入材料的其它混合物。

在一些实施例中，在后处理之前或之后，将本文所述的碳纳米粒子及聚集体添加至其它元素或化合物的固体、液体或浆料中，以形成并有碳纳米粒子及聚集体的独特性质的材料的额外混合物。在一些实施例中，本文所述的碳纳米粒子及聚集体与其它固体粒子、聚合物或其它材料混合。

在一些实施例中，在后处理之前或之后，本文所述的碳纳米粒子及聚集体用于与电磁状态感测装置有关的应用之外的各种应用中。此类应用包含但不限于运输应用(例如，汽车及卡车轮胎、联轴器、支座、弹性o形圈、软管、密封剂、索环等)及工业应用(例如，橡胶添加剂、用于聚合物材料的官能化添加剂、用于环氧树脂的添加剂，等)。

图10A及10B展示合成后的碳纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)图像。图10A(以第一放大率)及图10B(以第二放大率)的碳纳米粒子含有连接的多壁球形富勒烯1002(MWSF)，其具有涂布连接的MWSF的石墨烯层1004。由于谐振时间相对较短，因此在此实例中，MWSF与石墨烯同素异形体的比率为约80％。图10A中的MWSF的直径为约5nm至10nm，且使用上述条件，直径可为5nm至500nm。在一些实施例中，跨MWSF的平均直径范围为5nm至500nm，或5nm至250nm，或5nm至100nm，或5nm至50nm，或10nm至500nm，或10nm至250nm，或10nm至100nm，或10nm至50nm，或40nm至500nm，或40nm至250nm，或40nm至100nm，或50nm至500nm，或50nm至250nm，或50nm至100nm。在此过程中没有使用催化剂，且因此，没有含有污染物的中心种子。在此实施例中产生的聚集体粒子具有约10μm至100μm或约10μm至500μm的粒径。

图10C展示在此实例中用532nm入射光获取的合成后的聚集体的拉曼光谱。在此实例中产生的聚集体的I_D/I_G为约0.99至1.03，从而指示聚集体由高度有序的碳同素异形体组成。

图10D及10E展示通过在球磨机中研磨而减小大小之后的碳纳米粒子的实例TEM图像。球磨以逆时针3分钟的研磨步骤，随后6分钟的空转步骤，随后3分钟的顺时针研磨步骤，随后6分钟的空转循环执行。使用400rpm的旋转速度执行研磨步骤。研磨介质为氧化锆，大小范围为0.1mm至10mm。总大小减小处理时间为60分钟至120分钟。在减小大小之后，在此实施例中产生的聚集体粒子具有约1μm至5μm的粒径。大小减小后的碳纳米粒子为连接的MWSF，其中石墨烯层涂布连接的MWSF。

图10F展示在用532nm入射光减小大小之后，来自这些聚集体的拉曼光谱。在处实例中，大小减小后的聚集体粒子的I_D/I_G为约1.04。另外，大小减小后的粒子具有约40m²/g至50m²/g的Brunauer、Emmett及Teller(BET)比表面积。

使用质谱法及x射线荧光(XRF)光谱法测量此样本中产生的聚集体的纯度。在16个不同的批次中测得的碳与除氢以外的其它元素的比率为99.86％至99.98％，平均碳为99.94％。

在此实例中，使用热的热线处理系统产生碳纳米粒子。前驱物材料是甲烷，流量从1slm至5slm。利用这些流速及工具的几何形状，反应腔室中气体的谐振时间为约20秒至30秒，且碳粒子产生速率为约20g/hr。

与此类处理系统有关的其它细节可见于先前提及的标题为“处理气体的裂解”的美国专利9,862,602中。

图10G、图10H及图10I展示此实例的合成后的碳纳米粒子的TEM图像。碳纳米粒子含有连接的多壁球形富勒烯(MWSF)，其中石墨烯层涂布连接的MWSF。在此实例中，多壁富勒烯与石墨烯同素异形体的比率约为30％，这是由于相对较长的谐振时间允许更厚或更多的石墨烯层涂布MWSF。在此过程中没有使用催化剂，因此，没有含有污染物的中心种子。在此实施例中产生的合成后的聚集体粒子具有约10μm至500μm的粒径。图10J展示来自此实例的聚集体的拉曼光谱。在此实施例中，合成后的粒子的拉曼签名指示较厚的石墨烯层涂布合成后的材料中的MWSF。此外，合成后的粒子具有约90m²/g至100m²/g的Brunauer、Emmett及Teller(BET)比表面积。

图10K及图10L展示此实例的碳纳米粒子的TEM图像。具体地说，图像描绘了通过在球磨机中研磨而减小大小后的碳纳米粒子。大小减小处理条件与关于前述图10G至图10J描述的那些相同。在减小大小之后，在此实施例中产生的聚集体粒子具有约1μm至5μm的粒径。TEM图像指示，大小减小后，可观察到埋在石墨烯涂层中的连接的MWSF。图10M展示用532nm入射光减小大小后，来自此实例的聚集体的拉曼光谱。在此实例中，大小减小后的聚集体粒子的I_D/I_G为约1，这指示在大小减小后，合成后的掩埋在石墨烯涂层中的连接MWSF在拉曼中变得可检测。减小大小后的粒子具有约90m²/g至100m²/g的Brunauer、Emmett及Teller(BET)比表面积。

图10N是碳聚集体的扫描电子显微镜(SEM)图像，其在第一放大率下展示石墨及石墨烯同素异形体。图10O是碳聚集体的SEM图像，其在第二放大率下展示石墨及石墨烯同素异形体。层状石墨烯清楚地展示在碳的变形(皱纹)内。碳同素异形体的3D结构也是可见的。

图10N及图10O的碳粒子的粒径分布在图10P中展示。质量基准累积粒径分布1006对应于曲线图的左y轴(Q³(x)[％])。质量粒径分布1008的直方图对应于曲线图的右轴(dQ³(x)[％])。中值粒径为约33μm。第10百分点粒径为约9μm，且第九十百分点粒径为约103μm。粒子的质量密度为约10g/L。

⁰从多级反应器俘获的碳粒子的粒径分布展示于图10Q中。质量基准累积粒径分布1014对应于曲线图的左y轴(Q³(x)[％])。质量粒径分布1016的直方图对应于曲线图中的右轴(dQ³(x)[％])。俘获的中值粒径为约11μm。第10百分点的粒径为约3.5μm，第90百分点的粒径为约21μm。图10Q中的曲线图还展示对应于曲线图中的左y轴的数目基准累积粒径分布1018(Q0(x)[％])。基于数目的中值粒径为约0.1μm至约0.2μm。所收集的粒子的质量密度为约22g/L。

返回对图10P的论述，所述曲线图还展示第二组实例结果。具体地说，在此实例中，通过机械研磨来减小粒子的大小，接着使用旋风分离器来处理减小大小的粒子。在此实例中俘获的大小减小的碳粒子的质量基准累积粒径分布1010对应于曲线图中的左y轴(Q³(x)[％])。质量基准粒径分布1012的直方图对应于曲线图的右轴(dQ³(x)[％])。在此实例中俘获的大小减小的碳粒子的中值粒径为约6μm。第10百分点粒径为1μm至2μm，第90百分点粒径为10μm至20μm。

与制造及使用旋风分离器有关的其它细节可见于2017年10月5日提交的标题为“具有气固分离的微波反应器系统(MICROWAVE REACTOR SYSTEM WITH GAS-SOLIDSSEPARATION)”的美国专利申请案15/725,928中，所述美国专利申请案特此以全文引用的方式并入。

使用微波反应器系统产生的高纯度碳同素异形体

在一些情况下，可使用微波等离子体反应器系统使用含有甲烷、或含有异丙醇(IPA)或含有乙醇或含有冷凝烃(例如，己烷)的前驱物材料产生含有石墨、石墨烯及无定形碳的碳粒子及聚集体。在一些其它实例中，将含碳前体任选地与供应气体(例如，氩气)混合。在此实例中产生的粒子含有石墨、石墨烯、无定形碳，且不含种子粒子。此实例中的粒子具有的碳与其它元素(氢除外)的比率为约99.5％或更高。

在一个特定实例中，烃是微波等离子体反应器的输入材料，且反应器的分离的输出包括氢气及含有石墨、石墨烯及无定形碳的碳粒子。在多级气固分离系统中，将碳粒子与氢气分离。来自反应器的分离的输出物的固体负荷为0.001g/L至2.5g/L。

图10R、图10S及图10T是合成后的碳纳米粒子的TEM图像。图像展示石墨、石墨烯及无定形碳同素异形体的实例。在图像中可清晰地看到石墨烯及其它碳材料的层。

所俘获的碳粒子的粒径分布展示于图10U中。质量基准累积粒径分布1020对应于曲线图的左y轴(Q³(x)[％])。质量粒径分布1022的直方图对应于曲线图中的右轴(dQ³(x)[％])。在此实例中在旋风分离器中俘获的中值粒径为约14μm。第10百分点粒径为约5μm，且第90百分点的粒径为约28μm。图10U中的曲线图还展示对应于曲线图中的左y轴的数量基准累积粒径分布1024(Q⁰(x)[％])。基于数目的中值粒径为约0.1μm至约0.2μm。

图10V、图10W、图10X、图10Y是展示生长在其它三维结构上的三维含碳结构的图像。图10V是在碳纤维上生长的三维碳结构的100倍放大率，而图10W是在碳纤维上生长的三维碳结构的200倍放大率。图10X是在碳纤维上生长的三维碳结构的1601倍放大率。展示了在纤维表面上的三维碳生长。图10Y是在碳纤维上生长的三维碳结构的10000倍放大率。所述图像描绘在基底平面以及边缘平面上的生长。

更具体地说，图10V至图10Y展示使用来自微波等离子体反应器的等离子体能以及来自热反应器的热能生长到纤维上的3D碳材料的实例SEM图像。图10V展示相交纤维1031及1032与在纤维表面上生长的3D碳材料1030的SEM图像。图10W是更高放大率的图像(比例尺为300μm，而图10V为500μm)，其展示纤维1032上的3D碳生长1030。图10X是进一步放大的视图(比例尺为40μm)，其展示纤维表面1035上的3D碳生长1030，其中碳生长1030的3D性质可清楚地看到。图10Y展示仅碳的特写视图(比例尺为500nm)，其展示在纤维上生长的3D碳材料的许多子粒子的基底平面1036及边缘平面1034之间的互连。图10V至图10Y演示根据一些实施例的在3D纤维结构上生长3D碳的能力，例如在3D碳纤维上生长的3D碳生长。

在一些实施例中，可通过将多根纤维引入微波等离子体反应器中并在微波反应器中使用等离子体来蚀刻纤维来实现纤维上3D碳的生长。蚀刻产产生核位置，使得当通过反应器中的烃解离产生碳粒子及子粒子时，在这些成核位置处开始3D碳结构的生长。3D碳结构在纤维上的直接生长(其本身是三维的)提供了高度集成的3D结构，所述结构带有可渗透树脂的小孔。与具有光滑表面且通常与树脂基质分层的常规纤维的复合材料相比，这种用于树脂复合材料的3D增强基质(包含与高纵横比增强纤维集成的3D碳结构)可增强材料性能，例如拉伸强度及剪切力。

官能化碳

在一些实施例中，碳材料，例如本文所述的3D碳材料，可被官能化以促进粘附及/或添加元素，例如氧、氮、碳、硅或硬化剂。在一些实施例中，碳材料可原位官能化-即，在产生碳材料的同一反应器内。在一些实施例中，碳材料可在后处理中被官能化。举例来说，富勒烯或石墨烯的表面可用含氧或氮的物质官能化，所述含氧或氮的物质与树脂基体的聚合物形成键，从而改善粘合性并提供强结合力以增强复合材料的强度。

实施例包含利用本文所述的等离子体反应器(例如，微波等离子体反应器)使碳(例如，CNT、CNO、石墨烯、3D碳材料，例如3D石墨烯)的表面处理官能化。各种实施例可包含在碳材料的产生期间的原位表面处理，所述碳材料可与粘合剂或聚合物结合在复合材料中。各种实施例可包含在碳材料仍在反应器内时在碳材料产生之后的表面处理。

在前述说明书中，已参考本公开的具体实施例描述了本公开。然而，将显而易见，可对其进行各种修改及变化，而不背离本公开的较广的精神及范围。举例来说，上述处理流程是参考处理动作的特定次序来描述。然而，可在不影响本公开的范围或操作的情况下来改变所描述过程动作中的许多动作的次序。应在说明性意义上而非限制性意义上看待说明书和附图。

Claims

1.一种容器，其经配置以存储物品，所述容器包括：

表面，其囊封所述容器；以及

电磁状态感测装置，其包含印刷在所述容器的所述表面上的一或多个谐振部分，每一谐振部分包含三维含碳结构组合件，每一谐振部分中的所述三维含碳结构组合件印刷在所述容器的所述表面的相应部分上且经配置以响应于从位于所述容器的一距离的用户装置所接收的电磁辐射ping而通过在预定频率处谐振来传达经存储的所述物品的信息。

2.根据权利要求1所述的容器，其中所述一或多个谐振部分包含至少第一谐振部分和第二谐振部分，所述第一谐振部分经配置以传达经存储的所述物品的产品识别信息，所述第二谐振部分经配置以传达经存储的所述物品的产品状态信息。

3.根据权利要求2所述的容器，其中所述第一谐振部分经配置以响应于具有第一ping频率的第一电磁辐射ping而传达经存储的所述物品的所述产品识别信息，且所述第二谐振部分经配置以响应于具有第二ping频率的第二电磁辐射ping而传达经存储的所述物品的所述产品状态信息，所述第二ping频率不同于所述第一ping频率。

4.根据权利要求3所述的容器，其中所述第一谐振部分经配置以避免响应于所述第二电磁辐射ping而传达经存储的所述物品的所述产品识别信息，且所述第二谐振部分经配置以避免响应于所述第一电磁辐射ping而传达经存储的所述物品的所述产品状态信息。

5.根据权利要求2所述的容器，其中所述第一谐振部分被印刷在所述容器表面的第一区域上，且所述第二谐振部分被印刷在所述容器表面的第二区域上，所述容器表面的所述第二区域不同于所述容器表面的所述第一区域。

6.根据权利要求5所述的容器，其中所述第一区域和所述第二区域具有不同的物理几何形状。

7.根据权利要求5所述的容器，其中所述第一谐振部分包括印刷在所述容器表面的所述第一区域上的第一含碳墨水，且所述第一谐振部分具有第一分子结构，及所述第二谐振部分包括印刷在所述容器表面的所述第二区域上的第二含碳墨水，且所述第二谐振部分具有第二分子结构，所述第二分子结构不同于所述第一分子结构。

8.根据权利要求2所述的容器，其中所述第一谐振部分包含印刷在所述容器表面的第一区域上的第一三维含碳结构组合件，且所述第二谐振部分包含印刷在所述容器表面的第二区域上的第二三维含碳结构组合件，所述第一三维含碳结构组合件具有不同于所述第二三维含碳结构组合件的谐振频率。

9.根据权利要求8所述的容器，其中所述第一三维含碳结构组合件经配置以响应于具有第一ping频率的第一电磁辐射ping而谐振，且所述第二三维含碳结构组合件经配置以响应于具有第二ping频率的第二电磁辐射ping而谐振，所述第二ping频率不同于所述第一ping频率。

10.根据权利要求9所述的容器，其中所述第一三维含碳结构组合件经配置以响应于所述第一电磁辐射ping而生成第一电磁辐射回波信号。

11.根据权利要求10所述的容器，其中所述第一电磁辐射回波信号基于通过所述第一三维含碳结构组合件对所述第一电磁辐射ping的调制。

12.根据权利要求9所述的容器，其中所述第二三维含碳结构组合件经配置以响应于所述第二电磁辐射ping而生成第二电磁辐射回波信号。

13.根据权利要求12所述的容器，其中所述第二电磁辐射回波信号基于通过所述第二三维含碳结构组合件对所述第二电磁辐射ping的调制。

14.根据权利要求1所述的容器，其中所述电磁状态感测装置经配置以经由电磁辐射将经存储的所述物品的所述信息传达到所述用户装置。

15.根据权利要求1所述的容器，其中所述信息包含经存储的所述物品的数量、经存储的所述物品的效力、经存储的所述物品的陈旧程度、或其组合。

16.一种容器，其经配置以存储一或多个物品，所述容器包括：

表面，其囊封所述容器；以及

电磁状态感测装置，其印刷在所述容器的所述表面上，且所述电磁状态感测装置包括：

第一谐振部分，其印刷在所述容器表面的第一区域上、且经配置以响应于具有第一ping频率的第一电磁辐射ping而指示经存储的所述一或多个物品的产品识别信息；以及

第二谐振部分，其印刷在所述容器表面的第二区域上、且经配置以响应于具有第二ping频率的第二电磁辐射ping而指示经存储的所述一或多个物品的产品状态信息，所述第二ping频率不同于所述第一ping频率，其中所述容器表面的所述第二区域不同于所述容器表面的所述第一区域。

17.根据权利要求16所述的容器，其中：

所述第一谐振部分包含第一三维含碳结构组合件，所述第一三维含碳结构组合件经配置以响应于所述第一电磁辐射ping而以第一谐振频率谐振；以及

所述第二谐振部分包含第二三维含碳结构组合件，所述第二三维含碳结构组合件经配置以响应于所述第二电磁辐射ping而以第二谐振频率谐振，所述第二谐振频率不同于所述第一谐振频率。

18.根据权利要求16所述的容器，其中：

所述产品识别信息的指示包括通过所述第一三维含碳结构组合件对所述第一电磁辐射ping的调制；以及

所述产品状态信息的指示包括通过所述第二三维含碳结构组合件对所述第二电磁辐射ping的调制。

19.根据权利要求16所述的容器，其中：

所述第一谐振部分经配置以避免响应于所述第二电磁辐射ping而指示所述产品识别信息；以及

所述第二谐振部分经配置以避免响应于所述第一电磁辐射ping而指示所述产品状态信息。

20.根据权利要求16所述的容器，其中从在所述容器的一距离内的用户装置接收所述第一电磁辐射ping和所述第二电磁辐射ping。