KR20230118942A - 통합된 도체들을 갖는 구조물들 - Google Patents
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Abstract
시스템들, 구조물들, 및 방법들은 매트릭스 재료의 복수의 층으로 형성된 구조물을 포함한다. 매트릭스 재료의 복수 층 중 인접한 층들 사이에는 버스가 고정된다. 버스는 구조물을 통해 전기 신호를 전파하도록 구성된 전도성 겔을 포함한다.
Description
우선권 주장
본 특허 출원은, 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되는 2020년 12월 11일 출원된 미국 가출원 일련번호 제63/124,705호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 명세서에 개시된 주제는 대체로, 통합된 도체들, 회로들 및/또는 센서들을 갖는 구조물들, 및 이러한 구조물들을 제작하는 방법들에 관한 것이다.
항공우주, 자동차, 해양, 소비재 및 건설 산업에서 이용되는 구조물들은 전기 또는 전자 컴포넌트들을 포함하는 시스템 또는 어셈블리의 일부일 수 있다. 전형적으로, 이러한 구조물들과 전기 또는 전자 컴포넌트들은 별개로 형성되지만 함께 조립되거나 부착될 수 있다.
많은 이러한 구조물들은 복합 재료들로 제작된다. 복합 재료들은 상이한 화학적 또는 물리적 속성들을 가진 2개 이상의 구성 재료로 생성된 재료들로서, 병합될 때 향상된 물리적 속성들을 가진 재료를 생성한다. 구성 재료들은 구조물을 형성하는 최종 재료 내에서 분리되어 별개로 유지된다.
도 1은 한 예시적인 실시예에서 버스를 갖는 시스템이다.
도 2는 한 예시적인 실시예에서 시스템의 분해도이다.
도 3a 내지 도 3d는 시스템의 예시적인 구현들의 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 한 예시적인 실시예에서 시스템의 버스의 상세한 예들이다.
도 5는 한 예시적인 실시예에서 2개의 트레이스를 포함하는 버스를 갖는 시스템이다.
도 6은 한 예시적인 실시예에서 플로차트이다.
도 2는 한 예시적인 실시예에서 시스템의 분해도이다.
도 3a 내지 도 3d는 시스템의 예시적인 구현들의 단면도들이다.
도 4a 및 도 4b는 한 예시적인 실시예에서 시스템의 버스의 상세한 예들이다.
도 5는 한 예시적인 실시예에서 2개의 트레이스를 포함하는 버스를 갖는 시스템이다.
도 6은 한 예시적인 실시예에서 플로차트이다.
아래에 설명되는 실시예들 및 예시적인 구현 상세사항들은 예시의 목적을 위한 것이다. 도면은 반드시 축척비율에 따라 도시된 것은 아니다. 본 발명의 원리들은 이들 실시예들 및 상세사항들로 제한되지 않는다.
섬유-강화된 플라스틱(FRP; fiber-reinforced plastic)은, 항공우주, 자동차, 해양, 소비재 및 건설 산업들에 대해 일반적으로 채용되는 복합 재료이며, 섬유들로 강화된 폴리머 매트릭스를 포함한다. 섬유들은, 유리, 탄소, 아라미드, 현무암 등을 포함할 수 있다. 폴리머들은, 에폭시, 비닐 에스테르, 또는 폴리에스테르 열경화성 플라스틱들 등을 포함할 수 있다.
FRP 제조 프로세스들의 흔한 예들로는, 미경화 또는 부분적으로 경화된 플라스틱 매트릭스에 함침된 강화 섬유들의 하나 이상의 층을 몰딩하고 경화하는 것이 포함된다. 강화 섬유는, 필라멘트, 직물 및/또는 시트 형태일 수 있다. 섬유들의 하나 이상의 층은 매트릭스 내에 미리 함침될 수 있거나, 매트릭스는 몰딩 동작 동안 제자리에서 섬유들 사이에 함침될 수 있다. 다른 예시적인 프로세스들로는, 미경화 매트릭스 내에 섬유들을 분산시키는 것, 분산액을 몰딩하는 것, 및 경화시키는 것이 포함된다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 이용가능한 많은 상이한 몰딩 및 경화 기술들 및 프로세스들이 있다.
매트릭스 재료들의 성질은, 이러한 재료들이, 종래의 메커니즘들 하에서, 결과 구조물들 내에 전자기기들 또는 기타의 재료들의 포함을 지원하는데 어려움을 겪는다는 것을 의미한다. 종래의 와이어들 또는 전자적 도체들은 특히 경화 프로세스의 극한 환경 조건 하에서 깨지거나 기타의 방식으로 신뢰할 수 없는 경향이 있을 수 있다. 결과적으로, 매트릭스 재료로 이루어진 이러한 구조물들은, 전형적으로, 경화 후 배치되는, 구조물 외부의 전자기기, 도체들 등을 포함한다. 이것은 이러한 전자기기들을 환경 조건들에 노출시켜, 잠재적인 불안정성으로 이어지고, 구조물 내의 조건들을 정확하게 측정하는 센서들의 용량을 감소시킨다.
도체들 및 기타의 전자기기들이 매트릭스 재료들로 형성된 구조물들 내에 통합되는 것을 허용하는 시스템이 개발되었다. 전도성 겔을 포함하는 버스 또는 캐리어를 형성함으로써, 버스는 경화 프로세스의 환경 조건들에 대해 탄력적일 수 있으며, 이것은, 버스가, 경화 프로세스 전에, 시스템, 예컨대, 매트릭스 재료 층들 사이에 통합될 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 구조물 외부에 배치되는 것이 아니라 결과 구조물 내에 물리적으로 통합된다. 또한, 전도성 겔은 임의의 형상에 순응할 수 있는 유체이기 때문에, 전도성 겔이 매트릭스 재료의 내부에 존재하기 위해 매트릭스 재료에 본딩될 필요가 없다. 그 결과, 버스는 환경 조건들로부터 더 보호될 수 있고, 버스가 센서인 경우, 종래의 도체들에 비해 구조물의 강도 및 탄력성에 강도에 미치는 영향을 감소시키면서 구조물의 외부 표면에 배치된 버스보다 구조물의 조건에 더 민감할 수 있다.
도 1은 한 예시적인 실시예에서 버스(200)를 갖는 시스템(100)이다. 한 예에서, 버스(200)는 통합된 도체이다. 도시된 예에서, 버스(200)는, 참조에 의해 그 전체내용이 본 명세서에 포함되는 2018년 4월 6일 출원된 미국 특허 제10,672,530호에 개시된 바와 같이, 일반적으로 버스(200)의 도체의 전기적 특성의 변화들을 측정함으로써 시스템(100)에 가해지는 변형(strain) 및/또는 기타의 힘들을 검출하도록 구성된 변형 센서(strain sensor)이다. 그러나, 다양한 예에서, 버스(200)는 시스템(100) 내에서 또는 시스템(100)을 통해 전기 신호들을 전송하는 것을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 임의의 다른 적절한 목적을 위해 구성될 수 있다.
버스(200)는, 변형가능한 도체(deformable conductor), 예컨대, 유체상 금속 겔을 포함하는 적어도 하나의 층, 및 선택사항으로서: 기판 층; 스텐실 층; 및 절연 층으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 층은 스택을 형성할 수 있다. 층들의 스택은, 비-변형가능한 유체상 전도성 재료로 형성된 트레이스들 및/또는 접점(contact point)들 및/또는 비아들의 적어도 하나의 패턴을 포함할 수 있다. 전도성 트레이스들의 패턴은 접점들 및/또는 비아들의 패턴과 상호접속될 수 있다. 트레이스들, 비아들, 및 접점들의 패턴은 기판 층의 표면 상에 형성되거나 그 표면 내로 함몰될 수 있다. 하나 이상의 스텐실 층은 기판 층에 의해 지지될 수 있고, 트레이스들 및/또는 접점들 및/또는 비아들의 패턴이 스텐실 층의 전체 두께를 통해 연장된다. 스텐실 층 패턴의 적어도 일부는 기판 층 패턴에 대응할 수 있다. 적어도 하나의 절연 층은 기판 및/또는 스텐실 층에 의해 지지될 수 있다. 절연 층은 절연 층의 표면 상에서 또는 표면을 통해 연장되는 접점들 및/또는 비아들의 패턴을 가질 수 있다. 절연 층 패턴의 적어도 일부는 기판 및/또는 스텐실 층 패턴에 대응할 수 있다. 전도성 재료는 스택의 하나 이상의 층에 퇴적될 수 있다. 다양한 층이 함께 결합되어 버스(200)를 형성할 수 있다. 버스는 여러 스택을 포함할 수 있고, 2개 이상의 스택이 함께 결합될 수 있다. 하나의 스택으로부터의 비아들 및 접점들은 또 다른 스택으로부터의 비아들 및 접점들과 연통할 수 있음으로써, 스택들 사이의 연통을 제공할 수 있다. 비아들은, 기판, 스텐실, 및 각각의 스택의 절연 층들 중 하나 이상의 조합들을 통해 연장되어 스택들의 트레이스들 사이의 연통을 제공할 수 있다. 버스(200)는, 선택사항으로서, 전기 컴포넌트, 및/또는 비아들 및/또는 접점들의 적어도 일부를 덮는 봉지재를 포함할 수 있다. 봉지재는 버스(200)의 레이업(layup) 또는 스택의 층들 중 하나 이상과 유사하거나 동일한 재료로 형성될 수 있다.
기판, 스텐실, 절연 층들은 가요성 재료(flexible material)를 포함할 수 있다. 층들은 신축성 재료(stretchable material)를 포함할 수 있다. 층들 중 하나의 적어도 일부는 접착 속성을 가질 수 있다. 층들은 접착 속성에 의해 함께 결합될 수 있다.
적어도 하나의 전기 디바이스는 표면 장착 컴포넌트를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전기 디바이스는 팩키지에 집적 회로를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 전기 디바이스는, 저항기, 커패시터, 배터리, 또는 회로 제조에 이용되는 어떤 다른 공통 전기 디바이스일 수 있다. 적어도 하나의 전기 컴포넌트는, 층들 중 하나의 접착 속성에 의해 회로 레이업에 부착될 수 있거나, 접착제에 의해 층들 중 하나에 부착될 수 있다.
도 2는 한 예시적인 실시예에서의 시스템(100)의 분해도이다. 한 예에서, 시스템(100)은 4개의 층(101, 102, 103, 104)으로 형성된 구조물을 형성한다. 4개의 층(101, 102, 103, 104)이 예에 의해 예시되어 있지만, 필요하거나 상황에 적절할 때 시스템(100)의 임의의 특정한 구현에서 더 많거나 더 적은 수의 층이 이용될 수 있다는 것을 인식하고 이해해야 한다. 한 예에서, 층들(101, 102, 103, 104)은, 각각 동일한 직사각형 형상으로 절단된, 단방향 탄소 섬유 강화 프리프레그 복합 시트(prepreg composite sheet)로 형성된다. 한 예에서, 층들(101, 102, 103, 104)은 매트릭스 재료로서 Newport 301 에폭시 수지로 함침된 0.006"의 두께 및 232g/m2의 공중 중량(aerial weight)을 갖는 Grafil 34-700으로 구성된다. 그러나, 상기 재료들 및 치수들은 예로서 제공되지만, 임의의 적절한 재료가 이용될 수 있고 여기서 개시된 원리들은 층들(101, 102, 103, 104) 및 일반적으로는 시스템(100)의 컴포넌트들에 대한 임의의 크기 범위에 적용될 수 있다고 인식하고 이해해야 한다.
예시된 예에서, 버스(200)는, 예를 들어, 아래에서 설명되는 시스템(100)의 제조 프로세스의 레이업 스테이지 동안, 층들(102 및 103) 사이에 배치되거나 샌드위치된다. 센서들(200)의 일부는 층들(102, 103) 사이에 샌드위치되지 않고, 오히려 예를 들어 또 다른 전기 컴포넌트 또는 또 다른 구조물(미도시)과의 상호접속을 허용하기 위해 시스템(100) 외부에 있도록 허용된다. 다양한 예에서, 시스템(100)은, 참조에 의해 전체 내용이 본 명세서에 포함되는, 2019년 8월 22일 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/548,379호에 설명된 프로세스들 및 재료들을 이용하여 제작된다. 이러한 예들에서, 버스(200)는 3개의 층으로부터의 라미네이트 구조물을 이용하여 제작될 수 있다.
도시된 예에서, 및 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 길쭉한 U-형상의 트레이스(204)가 시트(202)에 개구로서 형성되고 금속 겔을 포함하는 도체(205)가 개구 내에 퇴적된다. 폴리이미드 보드(211) 및 2개의 구리 접점(212, 213)을 포함하는 선택사항적인 전기 커넥터(210)는, 각각의 접점이 금속 겔 충전된 트레이스 레그들(206, 207) 중 하나와 전기적으로 접속되도록 층(203)에 부착된다. 레그들 각각의 말단들에는 트레이스(204)와 접점들(212, 213) 사이의 전기적 접속을 가능케하기 위해 시트(203)를 통해 연장되는 비아(208, 209)가 제공된다.
도 3a 내지 도 3d는 시스템(100)의 예시적인 구현들의 단면도들이다. 한 예에서, 폴리이미드 보드(211)가 없는 영역들에서 0.0099"의 총 센서 두께에 대해, 시트들(201 및 203)은 대략 0.003"이고 시트(202)는 대략 0.0039" 두께이다. 시트들(201, 203)은 접착 속성을 갖는 탄력성의 부분적으로 경화된(B-스테이지) 열경화성 수지 필름일 수 있고 시트(202)는 시트들(201, 203)과 동일한 재료일 수 있거나, 또 다른 재료, 예컨대, 탄력성의 열가소성 폴리우레탄 필름일 수 있다. 따라서, 시트(202)는 시트(201)의 자체-접착 성질에 의해 시트(201)에 접착될 수 있다. 유사하게, 시트(202) 및 폴리이미드 보드(210)는 자체-접착에 의해 시트(203)에 부착될 수 있다.
층들(101, 102, 103, 104)의 매트릭스 재료와 관련하여 시트들(201, 202, 203)의 물리적 속성들로 인해, 시트들(201, 202, 203)의 재료는 경화 프로세스 동안에 층들(101, 102, 103, 104)에서 유동할 수 있고, 그 결과, 함께 본딩되어 매트릭스 재료로 버스(200)의 통합을 개선한다. 더욱이, 매트릭스 재료에 관해 개시된 원리들은 경화 프로세스 동안 유동하여 시트들(201, 202, 203)의 재료와 본딩될 수 있는 임의의 다른 재료에도 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 수지 시트들 및 섬유-강화된 라미네이트 구조물의 매트릭스 재료에 관하여 개시된 동일한 원리들은, 예를 들어 버스(200) 및 시스템(100)의 구조물을 형성하기 위해 사출 몰딩된 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 이용하는 시스템들에 적용될 수 있다.
유사하게, 시스템(100)의 제조 동안, 접착 속성을 갖는 시트들(201, 203)을 제공하는 것은, 나머지 제조 단계들 동안, 예를 들어 층(102) 상에 또는 몰드 내에/상에 퇴적 또는 배치된 후에 센서(200)를 제위치에 유지하는데 유리할 수 있다. 그러나, 원하는 경우, 전술된 중간 상태들 중 임의의 상태에서, 미경화 시트들(201, 203)이 경화될 수 있어 시트 재료의 감소된 접착력을 초래할 수 있다.
층들(101, 102, 103, 104) 사이에서 센서(200)가 둘러싸인 후, 시스템(100)은 진공 백(vacuum bag)으로 둘러싸인 몰드에 배치될 수 있고, 진공이 적용될 수 있으며, 시스템(100)은, 매트릭스 재료 제조업체의 지시들에 따라, 예컨대, 섭씨 백 사십(140)도의 오븐에서 한(1)시간 동안 경화될 수 있다. 버스(200)가 신축되고 구부러지고 여전히 신뢰할 수 있는 전기적 성능을 제공하는 능력의 결과로서, 결과적 몰딩된 시스템(100)의 형상을 취하는 도체들이 통합된 복잡한 형상들 또는 지오메트리들을 갖는 구조물이 생성될 수 있다.
도 3a는, 층들, 도시된 예들에서는 층들(102 및 103) 중 소정의 층의 재료의 홀(hole)들, 오목부들, 또는 다른 유형의 변위가 버스(200)를 수용하도록 형성된 시스템(100)의 묘사이다. 층들(102, 103)은 예시에서는 처음에는 층들(102, 103)의 제조시에 형성될 수 있거나, 일반적으로 시스템(100)의 제조 동안, 예컨대 다르게는 완전히 형성된 시트의 드릴링, 그라인딩 등(drilling, grinding, etc. an otherwise fully formed sheet)에 의해 형성될 수 있다.
도 3b는, 층들(101, 102, 103, 104)을 경화시키기 전에 달리 어떠한 시트도 파괴하지 않고 버스(200) 위에 층들(101, 102, 103, 104)이 놓이는 시스템(100)의 도면이다. 결과적으로, 층들(101, 102, 103, 104)이 층들(102, 103) 사이에 형성된 포켓에 남아 있는 버스(200)에 순응한다.
도 3c는, 시트들(201, 203)이 생략되고 생략된 시트들(201, 203)과 사실상 동일한 기능을 층들(101, 102, 103, 104)이 수행하는 시스템(100)의 도면이다. 이러한 한 예에서, 층들(101, 102, 103, 104)의 일부 또는 전부는, 구체적으로는 도체(205) 및 일반적으로는 버스(200)를 캡슐화한다.
도 3d는 시트들(201, 202, 203)이 생략된 시스템(100)의 묘사이다. 이러한 한 예에서, 도체(205)는 층들(102, 103) 중 하나 또는 양쪽 모두 상에 직접 퇴적되고, 그 다음, 도체(205) 주위에서 경화된다. 결과적으로, 층들(101, 102, 103, 104)의 일부 또는 전부는 구체적으로는 도체(205) 및 일반적으로는 버스(200)를 캡슐화한다.
예로서, 정전류원으로부터의 전압은 접점들(212, 213) 중 하나에 인가될 수 있고 접점들(212, 213) 중 다른 것에서 측정된 전압 및 저항이 계산될 수 있는데, 이것은, 예를 들어, 힘이 가해지고 예컨대 편향을 야기하는 방식으로 구속될 때, 시스템(100)에 대한 변형 값과 상관될 수 있다. 따라서, 시스템(100)은 변형 센서로서 기능하는 통합된 도체를 갖는 구조물의 한 예시적인 실시예이다.
일반적으로, 버스(200)가 변형 센서로서 동작할 때, 버스(200)는, 도체(205), 예를 들어 각각 길이 L을 갖는 도체(205)의 2개의 평행한 변형가능한 부분의 변형가능한 성질을 이용한다. 다이플렉서는 감지 전류 Is에 대한 DC 전류 경로를 제공하는 인덕터(Ld)를 포함할 수 있다. 다이플렉서는 또한, DC 전류가 다른 곳에서 결합되는 것을 방지할 수 있는 AC 결합(DC 차단) 커패시터 Cd를 포함할 수 있다.
변형 센서가 신장될 때, 도체(205)의 저항은 신장의 양에 따라 증가할 수 있다. 저항성 브릿지는 도체(205) 상의 소정 위치들에서 전압 변화 및/또는 감지 전류(Is)의 변화를 감지함으로써 저항의 변화를 감지하고 이 저항 변화를 출력 전압 Vo의 변화로 변환할 수 있다. 변형 센서 및 변형 센서의 출력을 해석하는데 이용될 수 있는 회로의 작동에 대한 상세사항들은 위에서 언급된 미국 특허 제10,672,530호에 상세히 개시되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 한 예시적인 실시예에서 시스템(100)의 버스(200)의 상세한 예들이다. 도 4a 및 도 4b의 예들에서, 버스(200)는 층들(101, 102, 103, 104) 사이에서 완전히 둘러싸여 있고, 도 1 내지 도 3의 예들에서와 같이 층들(101, 102, 103, 104)의 엣지 너머로 튀어나오지 않는다. 결과적으로, 접점들(213, 214)에 대한 물리적 액세스를 제공하기 위해, 중간 층들, 예컨대 층들(101, 102) 또는 층들(103, 104)에 하나 이상의 개별 개구가 제공됨으로써, 접점들(213, 214)의 전부 또는 일부를 노출시킨다. 도시된 바와 같이, 도 4a는 접점들(212, 213)에 대한 액세스를 제공하기 위해 대체로 필요하거나 요구되는 만큼 크기가 제한되는 2개의 컨포멀 개구(214)를 포함한다. 도 4b는 접점들(212, 213) 양쪽 모두에 대한 액세스를 제공하도록 크기조정된 하나의 큰 개구(215)를 포함한다.
이해할 수 있는 바와 같이, 도체, 예컨대 위의 버스(200), 및/또는 트레이스(204)는, 다른 기능, 예컨대, 용량성 터치 센서, 온도 센서, 압력 센서, 및/또는 시스템(100)의 한 부분으로부터 또 다른 부분으로의 전기 접속을 제공하는 상호접속을 허용할 수 있는 추가 요소들을 갖는 다양한 다른 형상, 지오메트리, 및 레이아웃으로 구성될 수 있다. 또한, 트레이스들은 안테나로서 기능하도록 구성하거나 최적화될 수 있다. 예를 들어, 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함되고 04/06/2018에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/947,744호에는 도체 구성들이 도시되고 설명되어 있다.
도 5는 한 예시적인 실시예에서 2개의 트레이스(401, 402)를 포함하는 버스(400)를 갖는 시스템(300)이다. 2개의 트레이스(401, 402)는 구조물의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 연장되고 트레이스들의 원위 말단들에는 비아들(403, 404, 405, 406)이 있다. 도시된 바와 같이, 버스(400)는, 예를 들어 전자 신호가 시스템(300)의 한 말단으로부터 다른 말단으로 통과하는 것을 허용하는 시스템(300)을 따라 연장되는 전자 버스이지만, 시스템(100)에 관하여 개시된 동일한 원리들이 센서를 제공하는 시스템(300)에 적용될 수 있다는 것을 인식하고 이해해야 한다.
전도성 겔 등의 도체들(407, 408)이 트레이스들(401, 402) 내에 퇴적될 수 있다. 2개의 폴리이미드 보드(410 및 420)는, 예컨대 구리 또는 임의의 다른 적절한 도체로 형성된 접점들(411, 412, 421, 422)을 포함하며, 이들은 시스템(100)에 관해 예시된 것과 유사한 방식으로 시스템(300)의 외부 환경에 노출된다. 유사하게, 접점들(411, 412, 421, 422)을 외부 환경에 노출시키기 위해 상이한 구성들이 이용될 수 있다. 따라서, 시스템(300)은 시스템(300)의 각각의 말단 사이에 전기 전도성을 허용하는 통합된 도체들을 제공한다. 이것은, 회로들을 상호접속하거나, 시스템(300)에 인접하거나 조립되거나 접속된 다른 구조물들 또는 컴포넌트들(미도시)에 전력 또는 신호들을 분배하는데 유용할 수 있다. 버스(400) 및 그 요소들 각각은, 센서(200)에 대해 설명된 것과 유사한 재료들로 유사한 방식으로 제조될 수 있다.
버스(200) 및 버스(400)에 대해 고려된 상기 재료들은, 예시적이고 비제한적이지만, 그들이 포함하는 전도성 겔 재료에 의해 도체들(205 및 407, 408)에서 전도성을 유지하는 그들의 능력 및 탄력성의 결과로서, 다양한 형상의 구조물에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 구조물들(100 및 300)이 납작한 판형 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 원통형, 원뿔형, 구면형, 포물선형, 불규칙형 또는 다른 형상들을 갖는 대안적인 단단하거나 껍질이 얇은 구조물들이 전술된 원리들을 이용하여 제조될 수 있다.
또한, 프리프레그 섬유 강화된 시트를 포함하는 특정한 수의 층들이 개시되었지만, 매트릭스 재료(강화 또는 비강화) 내에 임의의 수의 도체를 둘러싸는 많은 다른 방법이 이용가능하고 적합화될 수 있다. 예를 들어, 절단된 강화 섬유들로 강화된 미경화 폴리에스테르 수지를 포함하는 매트릭스 재료는, 예를 들어 스프레이 건을 이용하여 몰드 표면 상에 퇴적되어 제1 층을 형성할 수 있다. 적어도 하나의 도체를 포함하는 센서 또는 캐리어가 제1 층 상에 퇴적될 수 있고, 매트릭스 재료의 제2 층이 적어도 센서 또는 캐리어 위에 형성되어 통합된 도체를 갖는 구조물을 형성할 수 있다.
유사하게, 센서 또는 캐리어는 다양한 몰딩 기술(예를 들어, 주조 또는 사출 몰딩)을 이용하여 구조물 내에서 인서트 몰딩(insert mold)되어 통합된 도체를 갖는 구조물을 형성할 수 있다.
도 6은 한 예시적인 실시예에서 플로차트이다. 이 플로차트는 시스템들(100, 300)의 하나 또는 양쪽 모두, 또는 임의의 다른 적절한 시스템 또는 구조물을 제작하는데 유용할 수 있다.
600에서, 적어도 부분적으로 미경화된 경화성 매트릭스 재료의 적어도 제1 층이 제공된다.
602에서, 도체가 적어도 하나의 트레이스를 형성하도록 제1 층 상에 도체가 퇴적된다. 한 예에서, 도체는 캐리어 상에 퇴적되고, 캐리어는, 캐리어가 도체를 포함하도록 제1 층 상에 퇴적된다. 한 예에서, 도체는 전도성 겔이다. 예에서, 캐리어는, 적어도 제1 시트, 제2 시트를 포함하는 라미네이트 구조물이고, 도체는 제1 시트와 제2 시트 사이에 배치된다. 한 예에서, 라미네이트 구조물은, 소정의 두께 및 두께를 통해 완전히 관통하여 연장되는 개구를 갖는 제3 시트를 더 포함하고, 개구는 트레이스의 형상을 가지며, 제1 층과 제2 층 사이에는 제3 층이 개재되고, 도체는 제1, 제2, 및 제3 시트들에 의해 포함되도록 개구를 실질적으로 채운다. 한 예에서, 캐리어는 부분적으로 경화된 상태에 있는 경화성 재료의 적어도 하나의 시트를 포함한다.
604에서, 도체를 덮고 제1 층과 제2 층 사이에서 도체를 둘러싸는 경화성 매트릭스 재료의 제2 층이 제공된다. 한 예에서, 제1 및 제2 층들의 매트릭스 재료는 섬유로 강화된다. 한 예에서, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 제1 및 제2 층들은 매트릭스 재료로 함침된 섬유 재료의 시트들이다. 한 예에서, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 제1 및 제2 층들은 섬유들이 수지에 분산되어 있는 미경화 수지이다. 한 예에서, 경화성 재료의 적어도 하나의 시트는 매트릭스 재료와 유사하다.
606에서, 매트릭스 재료가 경화된다. 한 예에서, 경화성 재료의 적어도 하나의 시트.
여기서 설명된 물품들에 포함된, 전도성 겔 등의, 전기 전도성 조성물들은, 예를 들어, 무엇보다도 특히, 갈륨 산화물이 공융 갈륨 합금 내에 혼합될 때 갈륨 산화물이 조성물들에 부여할 수 있는 구조물을 이용함으로써 생성될 수 있는 페이스트형 또는 겔과 같은 조밀성을 가질 수 있다. 공융 갈륨 합금 내에 혼합될 때, 갈륨 산화물은, 여기서 더 설명되는 마이크로 또는 나노 구조물들을 형성할 수 있으며, 이러한 구조물들은 공융 갈륨 합금의 벌크 재료 속성들을 변경할 수 있다.
여기서 사용될 , "공융"이라는 용어는 일반적으로, 가장 낮은 융점을 갖는 조성물의 2개 이상의 상의 혼합물을 말하며, 이 온도에서 용융된 용액으로부터 상(phase)들이 동시에 결정화된다. 공융을 획득하기 위한 상들의 비율은 상 다이어그램(phase diagram) 상의 공융점에 의해 식별된다. 공융 합금들의 피처들 중 하나는 그의 날카로운 융점이다.
전기 전도성 조성물들은 전도성 전단 담화(shear thinning) 겔 조성물들로서 특성규정될 수 있다. 여기서 설명된 전기 전도성 조성물들은 또한, Bingham 플라스틱의 속성들을 갖는 조성물들로서 특성규정될 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 조성물은 점소성(viscoplastic)일 수 있어서, 이들은 단단하며, 낮은 응력들에서는 높이와 폭을 특징으로 하는 3차원 피처들을 형성하고 유지할 수 있지만 높은 응력에서는 점성 유체들로서 유동한다. 따라서, 예를 들어, 전기 전도성 조성물들은, 낮은 전단 하에서 약 10,000,000 cP 내지 약 40,000,000 cP 범위의 및 높은 전단에서 약 150 내지 180 범위의 점성을 가질 수 있다. 예를 들어, 낮은 전단 조건 하에서 조성물은, 낮은 전단 조건 하에서, 약 10,000,000 cP, 약 15,000,000 cP, 약 20,000,000 cP, 약 25,000,000 cP, 약 30,000,000 cP, 약 45,000,000 cP 또는 약 40,000,000 cP의 점도를 갖는다. 높은 전단 조건 하에서, 조성물은, 약 150cP, 약 155cP, 약 160cP, 165cP, 약 170cP, 약 175cP, 또는 약 180cP의 점도를 갖는다.
여기서 설명된 전기 전도성 조성물들은, 약 2 x 105 S/m 내지 약 8 x 105 S/m의 전도도 등의, 임의의 적절한 전도도를 가질 수 있다.
여기서 설명된 전기 전도성 조성물들은, 약 -20℃ 내지 약 10℃, 약 -10℃ 내지 약 5℃, 약 -5℃ 내지 약 5℃, 또는 약 -5°C 내지 약 0°C의 융점 등의, 임의의 적절한 융점을 가질 수 있다.
전기 전도성 조성물들은 공융 갈륨 합금과 갈륨 산화물의 혼합물을 포함할 수 있고, 여기서 공융 갈륨 합금과 갈륨 산화물의 혼합물은, 약 67% 내지 약 90% 등의, 약 59.9% 내지 약 99.9%의 중량 백분률(wt%)의 공융 갈륨 합금, 및 약 0.2 내지 약 1% 등의 약 0.1% 내지 약 2.0%의 중량%의 갈륨 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 조성물들은, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82% , 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 또는 약 99.9% 등의 그 이상의 공융 갈륨 합금, 및 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5 %, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%, 약 1.3%, 약 1.4%, 약 1.5%, 약 1.6%, 약 1.7%, 약 1.8%, 약 1.9% 및 약 2.0%의 갈륨 산화물을 가질 수 있다.
공융 갈륨 합금은 갈륨-인듐 또는 갈륨-인듐-주석을 임의의 비율의 원소들로 포함할 수 있다. 예를 들어, 공융 갈륨 합금은 갈륨과 인듐을 포함한다. 전기 전도성 조성물들은, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 또는 약 95% 등의, 약 40% 내지 약 95%의 임의의 적절한 중량 백분률의 갈륨을 갈륨-인듐 합금에서 가질 수 있다.
전기 전도성 조성물들은, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 또는 약 60% 등의, 약 5% 내지 약 60%의 중량 백분률의 인듐을 갈륨-인듐 합금에서 가질 수 있다.
공융 갈륨 합금은 갈륨과 주석을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 조성물들은, 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.05%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 또는 약 50% 등의, 약 0.001% 내지 약 50%의 중량 백분률의 주석을 합금에서 가질 수 있다.
전기 전도성 조성물들은, 공융 갈륨 합금 및 갈륨 산화물과 블렌딩된 하나 이상의 마이크로입자 또는 서브마이크론 규모 입자를 포함할 수 있다. 입자들은, 공융 갈륨 합금 또는 갈륨으로 코팅되고 갈륨 산화물로 캡슐화되거나, 이전 방식으로 코팅되지 않은 상태로, 공융 갈륨 합금 내에서 현탁될 수 있다. 마이크로 또는 서브마이크론 규모 입자들은 크기가 나노미터 내지 마이크로미터 범위일 수 있고, 갈륨, 갈륨-인듐 합금, 또는 갈륨-인듐-주석 합금에 현탁될 수 있다. 입자 대 합금 비율은 다양할 수 있으며, 전기 전도성 조성물들의 유동 속성들을 변경할 수 있다. 마이크로 및 나노구조물들은, 초음파 처리 또는 기타의 적절한 수단을 통해 전기 전도성 조성물들 내에서 블렌딩될 수 있다. 전기 전도성 조성물들은, 공융 갈륨 합금/갈륨 산화물 혼합물 내에 마이크로 및 나노구조물들의 콜로이드 현탁액을 포함할 수 있다.
전기 전도성 조성물들은, 조성물들 내에 분산된 하나 이상의 마이크로입자 또는 서브마이크론 규모 입자를 더 포함할 수 있다. 이것은, 공융 갈륨 합금 또는 갈륨으로 코팅되고 갈륨 산화물로 캡슐화되거나, 이전 방식으로 코팅되지 않은 상태로 입자들을 전기 전도성 조성물들 내에 또는 구체적으로 공융 갈륨 합금 유체 내에 현탁시키는 것을 포함한 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있다. 이들 입자들은 그 크기가 나노미터 내지 마이크로미터 범위일 수 있고, 갈륨, 갈륨-인듐 합금, 또는 갈륨-인듐-주석 합금에 현탁될 수 있다. 입자 대 합금 비율은, 무엇보다도 특히, 합금들 및 전기 전도성 조성물들 중 적어도 하나의 유체 속성들을 변경하기 위해 달라질 수 있다. 또한, 무엇보다도 특히, 물리적, 전기적 또는 열적 속성들을 향상시키거나 수정하기 위해, 콜로이드 현탁액 또는 공융 갈륨 합금에 임의의 보조 재료를 추가한다. 공융 갈륨 합금 및 전기 전도성 조성물들 중 적어도 하나 내의 마이크로 및 나노구조물들의 분포는, 입자들의 추가없이 초음파 처리 또는 기타의 기계적 수단을 포함한 임의의 적절한 수단을 통해 달성될 수 있다. 소정의 실시예들에서, 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 입자는 공융 갈륨 합금 및 전기 전도성 조성물들 중 적어도 하나와, 약 0.001% 내지 약 40.0%, 예를 들어, 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.05%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 또는 약 40%의 중량 백분률(wt %)의 마이크로 입자들과 블렌딩된다.
하나 이상의 마이크로 또는 서브마이크론 입자는, 소다 유리, 실리카, 붕규산 유리(borosilicate glass), 석영, 산화된 구리, 은 코팅된 구리, 비산화된 구리, 텅스텐, 과포화 주석 과립들, 유리, 흑연, 은 코팅된 구리 구면체 등의 은 코팅된 구리, 은 코팅된 구리 플레이크들, 구리 플레이크들, 또는 구리 구면체들, 또는 이들의 조합, 또는 공융 갈륨 합금 및 전기 전도성 조성물들 중 적어도 하나에 의해 습윤화될 수 있는 기타 임의의 재료를 포함한 임의의 적절한 재료로 제작될 수 있다. 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 규모 입자는, 회전 타원체들, 막대들, 튜브들, 플레이크들, 플레이트들, 입방체들, 프리즘형, 피라미드형, 케이지들, 및 덴드리머들 형상을 포함한, 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 규모 입자는, 약 0.5 마이크론, 약 0.6 마이크론, 약 0.7 마이크론, 약 0.8 마이크론, 약 0.9 마이크론, 약 1 마이크론, 약 1.5 마이크론, 약 2 마이크론, 약 3 마이크론, 약 4 마이크론, 약 5 마이크론, 약 6 마이크론, 약 7 마이크론, 약 8 마이크론, 약 9 마이크론, 약 10 마이크론, 약 11 마이크론, 약 12 마이크론, 약 13 마이크론, 약 14 마이크론, 약 15 마이크론, 약 16 마이크론, 약 17 마이크론, 약 18 마이크론, 약 19 마이크론, 약 20 마이크론, 약 21 마이크론, 약 22 마이크론, 약 23 마이크론, 약 24 마이크론, 약 25 마이크론, 약 26 마이크론, 약 27 마이크론, 약 28 마이크론, 약 29 마이크론, 약 30 마이크론, 약 31 마이크론, 약 32 마이크론, 약 33 마이크론, 약 34 마이크론, 약 35 마이크론, 약 36 마이크론, 약 37 마이크론, 약 38 마이크론, 약 39 마이크론, 약 40 마이크론, 약 41 마이크론, 약 42 마이크론, 약 43 마이크론, 약 44 마이크론, 약 45 마이크론, 약 46 마이크론, 약 47 마이크론, 약 48 마이크론, 약 49 마이크론, 약 50 마이크론, 약 51 마이크론, 약 52 마이크론, 약 53 마이크론, 약 54 마이크론, 약 55 마이크론, 약 56 마이크론, 약 57 마이크론, 약 58 마이크론, 약 59 마이크론, 또는 약 60 마이크론 등의, 약 0.5 마이크론 내지 약 60 마이크론 범위의 크기를 포함한, 임의의 적절한 크기를 가질 수 있다.
여기서 설명된 전기 전도성 조성물들은, 표면 산화물/합금 계면의 전단 혼합에 의해, 공융 갈륨 합금의 표면 상에 형성된 표면 산화물들을 공융 갈륨 합금의 벌크로 블렌딩하는 것을 포함하는 방법을 포함한, 임의의 적절한 방법에 의해 제작될 수 있다. 이러한 조성물의 전단 혼합은 표면 산화물들에서 가교된 마이크로구조물을 유도할 수 있다; 이로써 전도성 전단 담화 겔 조성물을 형성한다. 마이크로구조물들의 콜로이드 현탁액은, 공융 갈륨 합금/갈륨 산화물 혼합물 내에서, 예를 들어 갈륨 산화물 입자들 및/또는 시트들로서 형성될 수 있다.
표면 산화물들은, 약 59.9%(중량) 내지 약 99.9%의 공융 갈륨 합금 대 약 0.1%(중량) 내지 약 2.0% 갈륨 산화물의 비율 등의, 임의의 적절한 비율로 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 갈륨 산화물과 블렌딩된 갈륨 합금의 중량 백분률은 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82% , 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 또는 약 99.9% 등의 그 이상의 공융 갈륨 합금인 반면, 갈륨 산화물의 중량 백분률은, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5 %, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%, 약 1.3%, 약 1.4%, 약 1.5%, 약 1.6%, 약 1.7%, 약 1.8%, 약 1.9% 및 약 2.0%의 갈륨 산화물이다. 실시예들에서, 공융 갈륨 합금은 갈륨-인듐 또는 갈륨-인듐-주석을 기재된 원소들의 임의의 비율로 포함할 수 있다. 예를 들어, 공융 갈륨 합금은 갈륨과 인듐을 포함할 수 있다.
갈륨-인듐 합금에서 갈륨의 중량 백분률은, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 또는 약 95% 등의, 약 40% 내지 약 95%일 수 있다.
대안으로서 또는 추가로, 갈륨-인듐 합금에서 인듐의 중량 백분률은, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 또는 약 60% 등의, 약 5% 내지 약 60%일 수 있다.
공융 갈륨 합금은, 갈륨, 인듐, 및 주석을 포함할 수 있다. 갈륨-인듐-주석 합금에서 주석의 중량 백분률은, 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.05%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 또는 약 50% 등의, 약 0.001% 내지 약 50%일 수 있다.
갈륨-인듐-주석 합금에서 갈륨의 중량 백분률은, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 또는 약 95% 등의, 약 40% 내지 약 95%일 수 있다.
대안으로서 또는 추가로, 갈륨-인듐-주석 합금에서 인듐의 중량 백분률은, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 또는 약 60% 등의, 약 5% 내지 약 60%일 수 있다.
하나 이상의 마이크로입자 또는 서브마이크론 규모 입자는, 공융 갈륨 합금 및 갈륨 산화물과 블렌딩될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 입자는 그 조성에서 약 0.001% 내지 약 40.0%의 중량 백분률, 예를 들어, 약 0.001%, 약 0.005%, 약 0.01%, 약 0.05%, 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1%, 약 1.5%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 또는 약 40%의 중량 백분률(wt %)의 마이크로 입자들의 혼합물과 블렌딩될 수 있다. 실시예들에서, 입자들은, 소다 유리, 실리카, 붕규산 유리, 석영, 산화된 구리, 은 코팅된 구리, 비산화된 구리, 텅스텐, 과포화 주석 과립들, 유리, 흑연, 은 코팅된 구리 구면체 등의 은 코팅된 구리, 은 코팅된 구리 플레이크들, 구리 플레이크들, 또는 구리 구면체들, 또는 이들의 조합, 또는 갈륨에 의해 습윤화될 수 있는 기타 임의의 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 규모 입자는, 회전 타원체들, 막대들, 튜브들, 플레이크들, 플레이트들, 입방체들, 프리즘형, 피라미드형, 케이지들, 및 덴드리머들의 형상일 수 있다. 소정의 실시예들에서, 하나 이상의 마이크로 입자 또는 서브마이크론 규모 입자는, 그 크기가, 약 0.5 마이크론, 약 0.6 마이크론, 약 0.7 마이크론, 약 0.8 마이크론, 약 0.9 마이크론, 약 1 마이크론, 약 1.5 마이크론, 약 2 마이크론, 약 3 마이크론, 약 4 마이크론, 약 5 마이크론, 약 6 마이크론, 약 7 마이크론, 약 8 마이크론, 약 9 마이크론, 약 10 마이크론, 약 11 마이크론, 약 12 마이크론, 약 13 마이크론, 약 14 마이크론, 약 15 마이크론, 약 16 마이크론, 약 17 마이크론, 약 18 마이크론, 약 19 마이크론, 약 20 마이크론, 약 21 마이크론, 약 22 마이크론, 약 23 마이크론, 약 24 마이크론, 약 25 마이크론, 약 26 마이크론, 약 27 마이크론, 약 28 마이크론, 약 29 마이크론, 약 30 마이크론, 약 31 마이크론, 약 32 마이크론, 약 33 마이크론, 약 34 마이크론, 약 35 마이크론, 약 36 마이크론, 약 37 마이크론, 약 38 마이크론, 약 39 마이크론, 약 40 마이크론, 약 41 마이크론, 약 42 마이크론, 약 43 마이크론, 약 44 마이크론, 약 45 마이크론, 약 46 마이크론, 약 47 마이크론, 약 48 마이크론, 약 49 마이크론, 약 50 마이크론, 약 51 마이크론, 약 52 마이크론, 약 53 마이크론, 약 54 마이크론, 약 55 마이크론, 약 56 마이크론, 약 57 마이크론, 약 58 마이크론, 약 59 마이크론, 또는 약 60 마이크론 등의, 약 0.5 마이크론 내지 약 60 마이크론 범위일 수 있다.
본 명세서의 몇몇 부분은 머신 메모리(예를 들어, 컴퓨터 메모리) 내에 비트 또는 2진 디지털 신호로서 저장된 데이터에 관한 동작의 알고리즘 또는 심볼 표현의 관점에서 제시된다. 이들 알고리즘 또는 심볼 표현은 데이터 처리 분야의 통상의 기술자가 다른 통상의 기술자에게 그들의 작업의 본질을 전달하기 위해 이용되는 기술의 예이다. 본 명세서에서 사용될 때, "알고리즘"은 원하는 결과로 이어지는 일관성 있는 동작 시퀀스 또는 유사한 처리이다. 이 문맥에서, 알고리즘 및 동작은 물리량의 물리적 조작을 수반한다. 반드시는 아니지만 전형적으로, 이러한 수량은, 머신에 의해 저장, 액세스, 전송, 결합, 비교, 또는 기타의 방식으로 조작될 수 있는 전기, 자기, 또는 광학 신호의 형태를 취할 수 있다. 주로 일반적 이용 때문에, 이러한 신호를, "데이터", "콘텐츠", "비트", "값", "요소", "심볼", "캐릭터", "항", "숫자", "수치" 등의 단어를 이용하여 지칭하는 것이 때때로 편리하다. 그러나, 이들 단어는 편리한 라벨일 뿐이고 적절한 물리량과 연관될 것이다.
특별히 달리 언급되지 않는 한, "처리", "컴퓨팅", "계산", "결정", "프리젠팅", "디스플레이" 등의 단어를 이용한 여기서의 논의는, 하나 이상의 메모리(예를 들어, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 그 임의의 적절한 조합), 레지스터, 또는 정보를 수신, 저장, 전송, 또는 디스플레이하는 다른 머신 컴포넌트 내의 물리적(예를 들어, 전자적, 자기적, 또는 광학적) 양으로서 표현된 데이터를 조작 또는 변환하는 머신(예를 들어, 컴퓨터)의 동작 또는 프로세스를 지칭할 수 있다. 더욱이, 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "a" 또는 "an"은, 특허 문헌에서 공통적으로 사용되는 바와 같이, 하나 또는 하나보다 많은 인스턴스를 포함하는 것으로서 본 명세서에서 사용된다. 마지막으로, 본 명세서에서 사용될 때, 접속사 "또는"은, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 비배타적인 "또는"을 지칭한다.
예들
예 1은, 매트릭스 재료의 복수의 층으로 형성된 구조물; 상기 매트릭스 재료의 복수의 층 중 인접한 층들 사이에 고정되고, 상기 구조물을 통해 전기 신호를 전파하도록 구성된 전도성 겔을 포함하는 버스를 포함하는 시스템이다.
예 2에서, 예 1의 주제는, 상기 버스가 적어도 부분적으로 상기 매트릭스 재료에 의해 캡슐화된다는 사항을 포함한다.
예 3에서, 예 1 및 예 2 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 전도성 겔이 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들과 접촉한다는 사항을 포함한다.
예 4에서, 예 1 내지 예 3 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 버스가 상기 전도성 겔을 캡슐화하는 수지를 더 포함한다는 사항을 포함한다.
예 5에서, 예 1 내지 예 4 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 수지가 상기 전도성 겔을 포함하는 트레이스를 형성한다는 사항을 포함한다.
예 6에서, 예 1 내지 예 5 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 수지가 시트(sheet)를 형성한다는 사항을 포함한다.
예 7에서, 예 1 내지 예 6 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들이 상기 시트와 접촉한다는 사항을 포함한다.
예 8에서, 예 1 내지 예 7 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 수지가 상기 전도성 겔을 캡슐화하도록 구성된 복수의 시트를 형성한다는 사항을 포함한다.
예 9에서, 예 1 내지 예 8 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들이 상기 복수의 시트 중 적어도 2개와 접촉한다는 사항을 포함한다.
예 10에서, 예 1 내지 예 9의 주제는, 상기 버스는 상기 전도성 겔에 전기적으로 결합된 접점들을 더 포함하고, 상기 접점들은 상기 구조물 외부 환경에 노출된다는 사항을 포함한다.
예 11에서, 예 1 내지 예 10 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 버스가 보드(board)를 더 포함하고, 상기 접점들은 상기 보드 상에 포함되며, 상기 보드는 적어도 부분적으로 상기 구조물의 외부로 연장된다는 사항을 포함한다.
예 12에서, 예 1 내지 예 11 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 접점들이 상기 구조물의 상기 매트릭스 재료에 형성된 적어도 하나의 홀을 통해 상기 구조물 외부 환경에 노출된다는 사항을 포함한다.
예 13에서, 예 1 내지 예 12 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 버스가 상기 구조물의 상태를 결정하도록 구성된 센서라는 사항을 포함한다.
예 14에서, 예 1 내지 예 13 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 구조물의 상태가, 온도 변화, 또 다른 물체와의 접촉, 가해진 힘, 자기장, 및 전기장으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나라는 사항을 포함한다.
예 15는 구조물을 제조하는 방법으로서, 적어도 부분적으로 미경화된 경화성 매트릭스 재료의 적어도 제1 층을 제공하는 단계; 상기 도체가 적어도 하나의 트레이스를 형성하도록 상기 제1 층 상에 도체를 퇴적하는 단계; 상기 도체를 덮고 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에서 상기 도체를 둘러싸는 상기 경화성 매트릭스 재료의 제2 층을 제공하는 단계; 및 상기 매트릭스 재료를 경화시키는 단계를 포함하는 방법이다.
예 16에서, 예 15의 주제는, 상기 제1 층 상에 도체를 퇴적하는 단계가 상기 도체를 캐리어 상에 퇴적하는 단계 및 상기 캐리어가 상기 도체를 포함하도록 상기 캐리어를 제1 층 상에 퇴적하는 단계를 포함한다는 사항을 포함한다.
예 17에서, 예 15 및 예 16 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 도체는 전도성 겔을 포함한다는 사항을 포함한다.
예 18에서, 예 15 내지 예 17 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 제1 층 및 상기 제2 층의 매트릭스 재료가 섬유로 강화된다는 사항을 포함한다.
예 19에서, 예 15 내지 예 18 중 어느 하나 이상의 주제는, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 상기 제1 및 상기 제2 층이 상기 매트릭스 재료로 함침된 섬유 재료의 시트들이라는 사항을 포함한다.
예 20에서, 예 15 내지 예 19 중 어느 하나 이상의 주제는, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 상기 제1 및 상기 제2 층이 미경화 수지이고, 상기 수지에는 섬유들이 분산되어 있다는 사항을 포함한다.
예 21에서, 예 15 내지 예 20 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 캐리어가, 적어도 제1 시트, 제2 시트를 포함하는 라미네이트 구조물이고, 상기 도체는 상기 제1 시트와 상기 제2 시트 사이에 배치된다는 사항을 포함한다.
예 22에서, 예 15 내지 예 21 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 라미네이트 구조물이, 소정의 두께 및 상기 두께를 통해 완전히 관통하여 연장되는 개구를 갖는 제3 시트를 더 포함하고, 상기 개구는 상기 트레이스의 형상을 가지며, 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에는 제3 층이 개재되고, 상기 도체는 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 시트들에 의해 포함되도록 상기 개구를 실질적으로 채운다는 사항을 포함한다.
예 23에서, 예 15 내지 예 22 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 캐리어가 부분적으로 경화된 상태인 적어도 하나의 경화성 재료 시트를 포함한다는 사항을 포함한다.
예 24에서, 예 15 내지 예 23 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 적어도 하나의 경화성 재료 시트가 상기 매트릭스 재료와 유사하다는 사항을 포함한다.
예 25에서, 예 15 내지 예 24 중 어느 하나 이상의 주제는, 상기 매트릭스 재료를 경화시키는 단계가 상기 적어도 하나의 경화성 재료 시트를 경화시키는 단계를 포함한다는 사항을 포함한다.
예 26은, 처리 회로에 의해 실행될 때 상기 처리 회로로 하여금 예 1-25 중 어느 하나를 구현하는 동작들을 수행하게 하는 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 머신-판독가능한 매체이다.
예 27은 예들 1-25 중 어느 하나를 구현하는 수단을 포함하는 장치이다.
예 28은 예들 1-25 중 어느 하나를 구현하는 시스템이다.
예 29는 예들 1-25 중 어느 하나를 구현하는 방법이다.
본 특허 개시내용의 발명적 원리들은 본 발명적 개념들을 벗어나지 않고 배열 및 상세사항에서 수정될 수 있으므로, 이러한 변경들 및 수정들은 이하의 청구항들의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
Claims (25)
- 시스템으로서,
매트릭스 재료의 복수의 층으로 형성된 구조물;
상기 매트릭스 재료의 복수의 층 중 인접한 층들 사이에 고정되고, 상기 구조물을 통해 전기 신호를 전파하도록 구성된 전도성 겔을 포함하는 버스
를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 버스는 적어도 부분적으로 상기 매트릭스 재료에 의해 캡슐화되는, 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 전도성 겔은 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들과 접촉하는, 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 버스는 상기 전도성 겔을 캡슐화하는 수지를 더 포함하는, 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 수지는 상기 전도성 겔을 포함하는 트레이스를 형성하는, 시스템.
- 제5항에 있어서, 수지는 시트(sheet)를 형성하는, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들은 상기 시트와 접촉하는, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 수지는 상기 전도성 겔을 캡슐화하도록 구성된 복수의 시트를 형성하는, 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 매트릭스 재료의 인접한 층들은 상기 복수의 시트 중 적어도 2개와 접촉하는, 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스는 상기 전도성 겔에 전기적으로 결합된 접점(contact point)들을 더 포함하고, 상기 접점들은 상기 구조물 외부 환경에 노출되는, 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 버스는 보드(board)를 더 포함하고, 상기 접점들은 상기 보드 상에 포함되며, 상기 보드는 적어도 부분적으로 상기 구조물의 외부로 연장되는, 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 접점들은 상기 구조물의 상기 매트릭스 재료에 형성된 적어도 하나의 홀(hole)을 통해 상기 구조물 외부 환경에 노출되는, 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스는 상기 구조물의 상태를 결정하도록 구성된 센서인, 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 구조물의 상태는, 온도 변화, 또 다른 물체와의 접촉, 가해진 힘, 자기장, 및 전기장으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나인, 시스템.
- 구조물을 제조하는 방법으로서,
적어도 부분적으로 미경화된 경화성 매트릭스 재료의 적어도 제1 층을 제공하는 단계;
도체가 적어도 하나의 트레이스를 형성하도록 상기 제1 층 상에 상기 도체를 퇴적하는 단계;
상기 도체를 덮고 상기 제1 층과 제2 층 사이에서 상기 도체를 둘러싸는 상기 경화성 매트릭스 재료의 제2 층을 제공하는 단계; 및
상기 매트릭스 재료를 경화시키는 단계
를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서, 상기 제1 층 상에 도체를 퇴적하는 단계는 상기 도체를 캐리어 상에 퇴적하는 단계 및 상기 캐리어가 상기 도체를 포함하도록 상기 캐리어를 제1 층 상에 퇴적하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 도체는 전도성 겔을 포함하는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 제1 층 및 상기 제2 층의 매트릭스 재료는 섬유로 강화되는, 방법.
- 제18항에 있어서, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 상기 제1 및 상기 제2 층은 상기 매트릭스 재료로 함침된 섬유 재료의 시트들인, 방법.
- 제19항에 있어서, 섬유 강화된 매트릭스 재료의 상기 제1 및 상기 제2 층은 미경화 수지이고, 상기 수지에는 섬유들이 분산되어 있는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 캐리어는 적어도 제1 시트, 제2 시트를 포함하는 라미네이트 구조물이고, 상기 도체는 상기 제1 시트와 상기 제2 시트 사이에 배치되는, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 라미네이트 구조물은, 소정의 두께 및 상기 두께를 통해 완전히 관통하여 연장되는 개구를 갖는 제3 시트를 더 포함하고, 상기 개구는 상기 트레이스의 형상을 가지며, 상기 제1 층과 상기 제2 층 사이에는 제3 층이 개재되고, 상기 도체는 상기 제1, 상기 제2, 및 상기 제3 시트들에 의해 포함되도록 상기 개구를 실질적으로 채우는, 방법.
- 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어는 부분적으로 경화된 상태인 적어도 하나의 경화성 재료 시트를 포함하는, 방법.
- 제23항에 있어서, 상기 적어도 하나의 경화성 재료 시트는 상기 매트릭스 재료와 유사한, 방법.
- 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 매트릭스 재료를 경화시키는 단계는 상기 적어도 하나의 경화성 재료 시트를 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
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