JP2010206202A - 温度応答性複合部材、関連装置、および構造材用途を含む用途 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな温度応答性部材を提供する。
【解決手段】複合部材を含む温度検知および温度制御装置であって、複合材料が非金属バインダー材料と、非金属バインダー材料に配置された１つ以上の非金属・電気伝導性繊維とを含む。装置は、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維に配置された複数の接点も含み、複合部材は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。
【選択図】図１

Description

本発明の主題は、温度応答性材料に関する。より詳細には、本発明の主題は、温度検知および温度制御装置ならびに温度センサおよび温度コントローラの製造方法に関する。

温度応答性部材は、様々な既存装置、例えば、サーミスタ、熱電対、温度センサ、ならびに温度検知、監視、制御および表示用の検出器に使用されている。ほぼすべての既存温度応答性部材は、金属、バイメタル材、金属合金、金属酸化物セラミックスおよび金属複合材を含めて、主として金属製であったし、あり続けている。しかし、例えば密度（または比重）、熱伝導率、熱容量、磁化率および腐食感受性などの、金属および金属挙動の基礎となる基本特性の多くは、感熱感度、応答速度および熱延伸などの性能パラメータに対して深刻な制限をもたらし得る。さらに、金属は、概して、正の温度抵抗係数を示す（ＰＴＣ材料は、温度に伴って電気抵抗の増加を示す）ので、深刻な制限は、付属装置および関連電気装置、電子機器ならびに計装の設計に対するものとさらに解釈される。負の温度係数（ＮＴＣ）（ＮＴＣ材料は、温度に伴って熱伝導率の増加を示す）を有するサーミスタ装置があるが、それらも感度、応答速度および熱延伸に関する制限を有する。

それ故、異なる性質を有し、その結果として新たな装置、設計および用途選択を可能にする、新世代の温度応答性部材が必要とされている。

様々な実施形態に従って、複合部材を備える装置がある。複合部材は、非金属バインダー材料と、非金属バインダー材料中に配置された１つ以上の非金属・電気伝導性繊維とを含むことができる。装置は、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維に配置された複数の接点も含むことができ、この場合、複合部材は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。

様々な実施形態に従って、装置の製造方法がある。方法は、非金属バインダー材料を用意することと、非金属バインダー中に１つ以上の非金属・電気伝導性繊維を配置することによって複合部材を形成することと、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維上に複数の接点を形成することとを含み、この場合、複合部材は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。

図１Ａは、本技術の様々な実施形態に従って、例示的装置の略図を示す。図１Ｂは、本技術の様々な実施形態に従って、例示的装置の略図を示す。 図２Ａは、本技術の様々な実施形態に従って、別の例示的装置の略図を示す。図２Ｂは、本技術の様々な実施形態に従って、別の例示的装置の略図を示す。図２Ｃは、本技術の様々な実施形態に従って、別の例示的装置の略図を示す。 図３は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図４は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図５は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図６は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図７は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図８は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および図２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図９は、本技術の様々な実施形態に従って、図１および２に示した例示的装置の例示的複合部材の略図を示す。 図１０は、本技術の様々な実施形態に従って、金属および例示的複合部材についての温度の関数としてのコンダクタンスおよび抵抗を示す。 図１１は、本技術の様々な実施形態に従って、例示的複合部材についての温度の関数としての抵抗を示す。 図１２は、本技術の様々な実施形態に従って、例示的複合部材についての温度の関数としての抵抗に対する熱サイクルの影響を示す。 図１３は、本技術の様々な実施形態に従って、例示的複合部材についての長さの関数としての抵抗を示す。

図１Ａおよび１Ｂは、それぞれ、本技術の様々な実施形態に従って、装置１００の略図を示す。装置１００は、複合部材１１０を備えており、この複合部材１１０は、非金属バインダー材料１２０と、非金属バインダー材料１２０中に配置された１つ以上の非金属・電気伝導性繊維１３０とを含む。装置１００は、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維１３０上に配置された複数の接点１４０も備えることができる。幾つかの実施形態では、図１Ａに示すように、複数の接点１４０を一端に配置することができる。他の実施形態では、図１Ｂに示すように、複数の接点１４０を両端に配置することができる。様々な実施形態において、複合部材１１０は、図１０に示すように、温度の上昇に伴って電気抵抗の実質的に継続的な減少を示すことができる。幾つかの実施形態において、装置１００は、温度検知に使用することができる。他の実施形態において、装置１００は、温度制御（これは、所望の温度を維持するための加熱、冷却、または加熱と冷却の両方を含むことができる）に使用することができる。幾つかの他の実施形態において、実施形態、装置１００は、複数の複合部材１１０をさらに備えることができ、この場合、それらの複数の複合部材１１０のそれぞれを温度検知もしくは温度制御のいずれかに、または温度検知と温度制御の両方に使用することができる。幾つかの事例では、複合部材１１０は、約１秒未満の時間尺度で、および他の事例では約１００ミリ秒未満の時間尺度で、および幾つかの他の事例では約５０ミリ秒未満の時間尺度で、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。幾つかの事例では、複合部材は、約１０¹³から約１０^-5オーム・ｃｍの範囲および他の事例では約１０²から約１０^-3オーム・ｃｍの範囲のバルク抵抗率を有する。

複合部材１１０は、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維のそれぞれのためのいずれの適する材料を含むことができる。１つ以上の非金属・電気伝導性繊維１３０のそれぞれのための例示的材料としては、部分炭化ポリアクリロニトリル、完全炭化ポリアクリロニトリル、炭化ピッチ、カーボンナノチューブ系繊維、および、窒化ホウ素、ケイ素又は金属原子ドープケイ素から製造されたナノチューブ状繊維を挙げることができるが、これらに限定されない。伝導性ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）炭素繊維は、ユタ州、マグナのＨｅｘｃｅｌ Ｃｏｒｐ．から市販されている。注文製造の抵抗ＰＡＮ炭素繊維は、ジョージア州、アルファレッタのＭＴＬＳ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって供給され得る。カーボンナノチューブ系フィラメントおよび関連ヤーンは、ニューハンプシャー州、コンコードのＮａｎｏｃｏｍｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能である。様々な実施形態において、複合部材１１０は、いずれの適する非金属バインダー１２０材料、例えば、ポリイミド（ＰＩ）、シリコーン、ポリウレタンおよびエポキシをはじめとする（しかし、これらに限定されない）熱硬化性ポリマー、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）をはじめとする（しかし、これらに限定されない）熱可塑性ポリマー、フルオロポリマー、フルオロエラストマー、例えばＶｉｔｏｎ（登録商標）（デラウェア州、ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔによって製造されている製品）、および非金属ホストまたは図１のバインダー相１２０としての役割を果たすことができる他の材料、例えばシリカ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカ系セラミックス、セメント（スルホアルミン酸カルシウムセメントを含むが、これに限定されない）およびサーメット、などを含むことができる。本明細書において用いる場合、用語「サーメット（ｃｅｒｍｅｔ）」は、セラミック（ｃｅｒ）材料および金属（ｍｅｔ）材料から成る複合材料を指す。一般に、サーメットは、セラミックの特性、例えば高温耐性および硬度、と金属の特性、例えば塑性変形を受ける能力、両方の最適な特性を有し、結果として、最も適するバインダー材料１２０であり得る。サーメットは、組成の一部として金属を用いているが、酸化物、ホウ化物、炭化物またはアルミナなどのセラミック用のバインダーとして使用されるとき、複合特性は、金属よりむしろセラミックに匹敵することが多い。サーメットに一般に用いられている金属としては、ニッケル、モリブデン、チタンおよびコバルトが挙げられるが、これらに限定されない。材料の物理的構造に依存して、サーメットは、金属マトリックス複合材である場合もあるが、サーメットは、通常、金属２０容量％未満である。アルミン酸カルシウムセメントも、一般には非常に難しい環境であり得るところで実時間温度測定および制御を可能にするための高温検知用途に選ばれるバインダー１２０材料である。さらに、複合部材１１０の応答時間のため、バインダー１２０材料としてアルミン酸カルシウムセメントを含むセンサは、高温炉に深刻な損害を与える原因となり得る急速温度上昇または低下を警告することによる潜在的に深刻な温度偏差のより速い診断を可能にすることができる。

図２Ａ〜２Ｃは、それぞれ、装置２００の別の例示的実施形態を示す。装置２００は、非金属バインダー材料２２０と非金属バインダー材料２２０中に配置された１つ以上の非金属・電気伝導性繊維２３１、２３２、２３３とを含む複合部材２１０、および複数の接点２４０を備えることができる。幾つかの実施形態では、図２Ａに示すように、複数の接点２４０を一端に配置することができる。他の実施形態では、図２Ｂに示すように、複数の接点２４０を両端に配置することができる。幾つかの他の実施形態では、図２Ｃに示すように、複数の接点２４０を側面に沿って配置することができる。幾つかの実施形態において、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維２３１、２３２、２３３のうちの少なくとも１つ２３２は、組成もしくは厚み、または組成と厚みの両方に関して、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維２３１、２３２、２３３のうちのその１つ以外の２３１、２３３とは異なる場合がある。いずれかの特定の理論による拘束を受けることを意図するものではないが、複合部材１１０、２１０についての温度の関数としての抵抗および抵抗の変化率は、それぞれの繊維の直径、それぞれの繊維の長さ、繊維対バインダー濃度比、１つ以上の繊維それぞれの組成、非金属バインダー材料の組成、複合部材の面積および複合部材の長さのうちの１つ以上によって制御することができると考えられる。幾つかの実施形態において、複合部材１１０、２１０は、生体適合性であることができ、そのため装置１００は、生物学的用途のための温度検知に用いることができる。他の実施形態において、複合部材１１０、２１０は、腐食性環境、例えば、高湿および／又は高温、塩水などにおいて、または酸性もしくは塩基性環境において、安定であることができる。

複合部材１１０、２１０は、例えば、２次元形または本質的に平坦なまたは非常に薄い形の物体１１０、２１０、３次元形物体３１０、円筒４１０、先細円筒５１０、６１０、リボンケーブル様構造７１０、アレイ８１０、同軸ケーブル様構造９１０、束（図示なし）、シート（図示なし）、および中空体（図示なし）などの、いずれの適する形状にすることができる。様々な実施形態において、リボンケーブル様構造７１０および同軸ケーブル様構造９１０は、２つ以上の領域を有することができ、この場合、それら２つ以上の領域のうちの少なくとも１つは、他のものと異なる抵抗率を有することができる。しかし、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、８１０のいずれの他の形状も２つ以上の領域を有することができ、この場合、それら２つ以上の領域のうちの少なくとも１つは、他のものと異なる抵抗率を有することができる。複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０は、ナノサイズからマクロサイズにわたるいずれの適する寸法を有することができ、少なくとも１つの寸法は、約５ｎｍより大きい。幾つかの事例では、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維１３０、２３１、２３２、２３３、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０は、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の総固体重量の約０．００１から約９９重量パーセントおよび他の事例では複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の総固体重量の約１０から約９０重量パーセントの量で存在することができる。ある実施形態において、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０は、約１．０から約２．５ｇ／ｃｍ³の範囲の密度を有することができる。

図１０は、アルミニウム、銅および金などの金属と本開示の複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０との温度−コンダクタンス挙動の比較を示す。具体的には、金属の温度−コンダクタンス挙動と複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の温度−コンダクタンス挙動との間に３つの重要な違いが存在する。第一に、金属と複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の伝導率にオーバーラップ領域があり、この場合、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の一部は、およそ１０⁺³モー・ｃｍ^-1の伝導率またはほぼアルミニウムの伝導率を有することができる。実際には、このオーバーラップ領域は、特に、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維１３０、２３１、２３２、２３３、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０が、それらの組成物に伝導性カーボンナノチューブを含むとき、図１０に示すものより大きいと考えられる。たとえそうでも、より伝導性の金属、例えば銅、ニッケル、銀、金などの伝導率のほうが、最も伝導性の非金属複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０より、概して約１または２桁大きく伝導性であり得る。複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０のＮＴＣ特性を保ちながら同時に金属と複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０との間のこのギャップを無くすまでは、金属の排他的領域であり続ける可能性が高い一定の用途、例えば大電力伝送、が存在するであろう。しかし、例えば、電子レベルの信号伝送および検知、ならびに温度検知および制御などの、多くの他の用途に対して、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０は、技術的長所および機能的利点を有する。図１０に関して、金属の温度−電気伝導度挙動と複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の温度−電気伝導度挙動との間に存在する第二の違いは、金属が、概してＰＴＣ挙動を示す一方で、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０がＮＴＣ挙動を示す点である。ＰＴＣ挙動とＮＴＣ挙動は両方とも、温度センサとしてのおよびサーミスタとしての使用に適し得るが、ＮＴＣタイプの挙動を有する適する高伝導性複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０でのみだが、例えば中または低レベルの電力伝送などの一定の用途にはＮＴＣ挙動のほうが好ましいことがある。金属の温度−電気伝導度挙動と複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の温度−電気伝導度挙動との間に存在する第三の違いは、金属についての電気伝導率の範囲は、どちらかといえば狭い（例えば、約１０⁺³から約１０⁺⁶モー・ｃｍ^-1）が、複合部材１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０の本開示非金属組成物で達成することができる伝導率の範囲は、非常に広い（例えば、約１０⁺³から約１０^-12モー・ｃｍ^-1またはそれよりさらに広い）。この範囲は、現在の市販サーミスタ材料によってもたらされる範囲より有意に広い。
幾つかの実施形態において、複合部材１１０は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に線形の減少を示す。他の実施形態において、複合部材は、約１秒未満の時間尺度で温度の増加に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。

実施例

実施例１−複合部材の作製

従来の引抜成形プロセスを用いて、約３，０００のフィラメント、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、抵抗炭素繊維トウと触媒添加ＥＰＯＮ（商標）Ｒｅｓｉｎ ８６２（オハイオ州、コロンバスのＨｅｘｉｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｍｉｃａｌｓ）とを併せることにより、複合部材を作った。本明細書において用いる場合、用語「トウ」は、連続繊維またはフィラメントの撚られていない束を指す。その後、この繊維−エポキシ複合材を商業引抜成形プロセス（ノースカロライナ州、ヒッコリーのＤＦＩ）によって引抜成形し、同時にその複合材を丸形にしつつ、それを約１００℃から約１３０℃の範囲の高温で硬化させた。固化したら、約１００ｆｔの連続長の直径約０．０２０インチのロッドを作製した。ロッド複合部材をロット番号０４３−０．８Ｔと認定し、この場合、０．８Ｔは、繊維トウの全長が１インチあたり０．８回の撚り数を有したことを意味する。引抜成形プロセスに入る前に連続フィラメント（ＰＡＮ系、抵抗炭素繊維）トウの長手方向に撚りを導入した。その後、約１ｆｔの長さを切り取り、約１時間、約２００℃の空気循環炉で後硬化させ、室温に冷却した。

さらに、実施例１の複合部材の剪断強度を測定して、約２１ＭＰａから約３６ＭＰａの範囲であった。これは、多くの金属と等価であり、大部分の市販サーミスタ材料より有意に強い。

実施例２−温度の関数としての実施例１の複合部材の抵抗

実施例１の複合部材を約１４ｃｍの長さに切断し、銀プリント（イリノイ州、ロックフォードのＧＣ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）電極を複合部材の両端に付与した。その後、空気循環炉の中で、その炉の壁の窓を通して従来のオーム計と接続した適切なワイヤ・フック・アップ・リード（図１に示すような、接点１４０）をこの複合部材に取り付けた。市販温度モニター（熱電対タイプのもの）を用いて、実験期間の間、炉の温度を設定し、監視した。複合部材を、約５℃から１０℃の増分で約２０℃から約８０℃の範囲にわたる温度に付し、それらの温度で平衡させた。図１１は、この複合部材についての温度の関数としての抵抗を示す。この複合部材は、研究した温度範囲（すなわち、６０℃）にわたって抵抗の実質的な変化（１．５８キロオームのデルタ）を示した。これは、−２５オーム／℃の傾きおよび負の温度係数（ＮＴＣ）に相当する。

さらに、上述の監視した複合部材の応答時間の規則的な観察を行い、炉の温度を設定および制御するために用いた市販熱電対のものと比較した。およそ１００の比較点のそれぞれにおいて、この複合部材の応答時間は、即時であるように見えたが、熱電対のものは、数秒から何秒もまでの範囲であった。従って、この複合部材の応答時間は、市販熱電対より少なくとも１００から１０００倍速いというのが概算である。

実施例３−実施例２の複合部材の抵抗に対する熱サイクルの影響

約５℃から１０℃の増分で約２０℃から約８０℃の範囲で炉の温度を上げては下げるサイクルを数回繰り返すことによって、実施例２の複合部材に関する熱サイクル試験を行い、この複合部材の抵抗を記録した。図１２は、６０℃の温度ウィンドウにわたって温度を上げては下げるサイクルを繰り返しながら測定した抵抗を示す。データは、有意なヒステリシスを伴わずにその出力を約±１％未満の精度の範囲内で繰り返すことができることを示している。

実施例４−実施例１の複合部材のその複合部材の長さの関数としての抵抗

実施例１の複合部材を１４ｃｍ長サンプルに切断し、その後、１０ｃｍおよび２ｃｍの間隔で銀プリント電極を塗布し、これらのより短い間隔距離で抵抗測定を行った。一定温度および湿度の条件下で０．１から８ＶＤＣの範囲にわたってそれぞれの長さで合計１２の測定値を得た。図１３は、測定された抵抗を長さまたは間隔の関数として示す。図１３は、抵抗と複合部材長の間の線形関係を明確に示している。さらに、この複合部材は、いずれの温度センサが暴露され得る印加電圧の動作範囲にわたって古典的オーム挙動を示した。

本開示の複合部材は、３つの追加の特性および／または挙動をさらに示す。第一に、それらの複合部材が有限の初期電気抵抗を有するとすれば、それらの部材に電流を通すことができ、これを行うことにより抵抗加熱をなし遂げることができる。生成される熱のレベルは、印加される電圧およびその抵抗複合部材を通る電流の量の関数である。それらの複合部材は、古典的Ｉ²Ｒタイプの加熱挙動を示すので、それらの複合部材を、間欠検知と間欠加熱などの二重目的に用いることができる。従って、本技術は、検知モードと加熱モードの両方、温度補償、を提供することができる多機能装置を含む。第二に、非金属・電気伝導性充填剤繊維は、何千メートルもの長さの連続長で製造および供給されるので、長くて細い断面の複合部材を容易に製造することができ、ならびに従来のワイヤー製造および引抜成形プロセスによって非常に低コストで製造することができる。短尺のロッド様複合部材をより長尺のものから切り取ることができ、本開示の短尺構成要素センサに容易に加工することができ、および非常に低コストで提供することができる。さらに、これらの特定した製造プロセスは、２つ以上の伝導性領域が単一のリボンケーブル様構造または同軸ケーブル様構造の断面内に形成され得る多重撚り形状を作製するために用いることができる。これは、電力または信号レベルの伝送のために１つの（おそらく、より大きな）伝導性部材を利用することを可能にし、それに連続的に付加されるその次のものが、その伝送部材の温度を監視（およびおそらく制御）するための本開示温度応答性部材であり得る。第三に、本開示の複合部材は、金属（約６〜８ｇ／ｃｍ³）と比較して非常に低い質量（約１．１から２．０ｇ／ｃｍ³）を有し、大部分の金属とは異なり腐食性環境で非常に安定である。

様々な実施形態に従って、装置の製造方法がある。この方法は、非金属バインダー材料を提供することと、非金属バインダー中に１つ以上の非金属・電気伝導性繊維を配置することによって複合部材を形成することと、その１つ以上の非金属・電気伝導性繊維上に複数の接点を形成することとを含むことができ、この場合、複合部材は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す。幾つかの実施形態において、複合部材は、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に線形の減少を示す。幾つかの他の実施形態において、複合部材は、約１秒未満の時間尺度で温度の上昇に伴って電気抵抗の実質的に継続的な減少を示す。ある実施形態において、複合部材は、約１ミリオーム／℃から約１００メガオーム／℃の範囲の℃あたりの抵抗の減少を示すことができる。様々な実施形態において、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維を非金属バインダー中に配置することによって複合部材を形成する段階は、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維のうちの少なくとも１つ（これは、組成および厚みのうちの１つ以上に関して、１つ以上の非金属・電気伝導性繊維のうちのその１つ以外のものとは異なる）を提供することをさらに含むことができる。ある実施形態において、１つ以上の複合部材を形成する段階は、２次元形または本質的に薄いもしくは平坦な形の物体、３次元形物体、アレイ、束、シート、円筒、先細円筒、中空体、リボンケーブル様構造および同軸ケーブル様構造から成る群より選択される形状の１つ以上の複合部材を形成することを含むことができる。幾つかの実施形態において、１つ以上の複合部材を形成する段階は、単一リボンケーブル様構造および同軸ケーブル様構造内に２つ以上の領域を、それら２つの領域のそれぞれが他とは異なる抵抗率を有するように、形成することをさらに含むことができる。例えば引抜成形、フィラメント・ワインディング、プレプレッグ形成、接着剤貼合せ、熱ラミネート加工、射出成形、押出、共押出、インサート成形および射出ブロー成形などの、いずれの適する技術を用いて、１つ以上の複合部材を形成することができる。

開示する本発明には考えられる非常に複数の用途があり、それらとしては、温度検知、特に、高感度、速い応答速度、および／または検知する環境に対して影響が殆どもしくは全くないこと（検知に干渉しないこと）が求められる場合の温度検知、またはその環境が高腐食性であり、その結果、従来の装置の性能もしくは耐用期間に悪影響を及ぼす場合の温度検知が挙げられるが、これらに限定されない。追加の構造強度が最終用途にとって重要である場合の温度検知。例えば、最高レベルの精度が求められる現場での電気的または他の性質の測定に使用されるデジタル計器のおよび高速オシロスコープのテストプローブなどの高精度測定装置における、温度補償。もう１つの装置は、何らかの原因によりプローブ間の一切の変差、特にプローブ間の温度差、が容認できない一定の「インサーキットテスタ（ｂｅｄ−ｏｆ−ｎａｉｌｓ）」の場合のような、互いに協力して機能する多くのテストプローブを必要とする用途のためのものである。この事例では、複合部材を備える本開示装置は、外部補償電子機器の使用により、またはプローブのすべてが同一の出力抵抗挙動を有することを可能にするために適切な現場での補償を必要とするプローブの可変的な、ことによると複雑な、局部加熱により、いずれのプローブ間の差を検知し、補償するために使用することができる。複合部材を備える装置を使用することができるもう１つの分野は、低から中電力および信号レベルの伝送であり、これは、それらが電気伝導性とＮＴＣ挙動の両方を示すという事実のためであり、このことが、例えばフェイル・セイフ用途、腐食性環境および／または放射線を多く含む環境において、それらの複合部材を従来の金属線のおそらく理想的な代用品にする。例示的装置についての追加の用途としては、生体適合性が最重要視される生物学的用途のための温度検知、複合部材が、複合センサネットワーク構造を収容し、能動的温度監視を提供する、一体型センサネット、およびフェロ流体（Ｆｅｒｒｏ ｆｌｕｉｄｉｃ）または他の液体、ガス、固体熱伝導、環境または構成要素制御システムとの組み合わせでの精密で安価な能動スイッチング温度制御システムが挙げられる。

Claims (5)

1. 非金属バインダー材料、および
   前記非金属バインダー材料に配置された１つ以上の非金属・電気伝導性繊維と、を含む複合部材と、
   前記１つ以上の非金属・電気伝導性繊維に配置された複数の接点と、
   を含む装置であって、
   前記複合部材が、温度の上昇に伴って電気抵抗が実質的に継続的な減少を示す装置。
2. 前記複合部材が、１ミリオーム／℃〜１００メガオーム／℃の範囲の抵抗の低下を示す、請求項１に記載の装置。
3. 前記複合部材が、２次元形物体、３次元形物体、アレイ、束、シート、円筒、先細円筒、中空体、リボンケーブル様構造および同軸ケーブル様構造から成る群より選択される形状を有する、請求項１に記載の装置。
4. 前記１つ以上の非金属・電気伝導性繊維のそれぞれが、部分炭化ポリアクリロニトリル、完全炭化ポリアクリロニトリル、炭化ピッチ、カーボンナノチューブ系繊維、および、窒化ホウ素、ケイ素又は金属ドープケイ素から製造されたナノチューブ状繊維から成る群より選択される、請求項１に記載の装置。
5. 前記非金属バインダー材料が、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー、シリコーン、ウレタン、エポキシ、フルオロポリマー、エラストマー、シリカ系ガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカ系セラミックス、サーメットおよびセメントから成る群より選択される、請求項１に記載の装置。

Images