(57)【要約】  方法は、ユーザーデバイスからアプリケーションをダウンロードする要求を受信するステップと、要求に応答してアプリケーションへのアクセスを提供するステップと、を含む。アプリケーションは、第１電磁放射を伝送し、製品パッケージングに取り付けられた電磁状態センシングデバイス（ＥＭＳＳＤ）から、第１電磁放射リターン信号を受信するように構成される。第１電磁放射リターン信号は、ＥＭＳＳＤによって変換され、製品識別コードを含む第１情報をエンコードする電磁放射信号を生成する。アプリケーションは、製品識別コードに基づいて選択されたルールを適用し、ルールに基づいて調整される第２電磁放射ピンを伝送し、ＥＭＳＳＤから、製品パッケージ内の内容に関する第２情報をエンコードする第２電磁放射リターン信号を受信し、ユーザーデバイスから、第２情報の少なくとも一部をアップストリームコンピューティングデバイスに送信するように構成される。
2021533376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイテムを格納するように構成された容器であって、
前記容器の容積を画定する表面と、
前記容器の前記表面に印刷された１つ以上の共振部分を含む電磁状態センシングデバイスであり、各共振部分は、ユーザーデバイスから発せられる電磁放射ピン検出し、電磁放射ピンに応答して電磁放射リターン信号を生成し、前記電磁放射リターン信号は、印刷された前記共振部分の近位にある前記容器の対応する部分における前記アイテムの状態を示すように構成された三次元炭素含有構造（３Ｄ炭素含有構造）のアセンブリを含む、電磁状態センシングデバイスと、
を備える容器。
【請求項２】
前記共振部分は、前記アイテムが第１状態にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して第１周波数において共振するように構成されているとともに、前記アイテムが第２状態にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して第２周波数において共振するように構成されている、
請求項１記載の容器。
【請求項３】
３Ｄ炭素含有構造の前記アセンブリの共振周波数は、少なくとも部分的に、前記アイテムの１つ以上の物理的特性に基づく、
請求項１記載の容器。
【請求項４】
３Ｄ炭素含有構造の前記アセンブリの共振周波数は、少なくとも部分的に、前記容器の透磁率に基づく、
請求項１記載の容器。
【請求項５】
前記アイテムの状態は、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの存在を含む、
請求項１記載の容器。
【請求項６】
前記共振部分は、前記電磁放射ピンに応答して第１電磁放射リターン信号を生成することによって、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの存在を示すように構成されているとともに、前記電磁放射ピンに応答して第２電磁放射リターン信号を生成することによって、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの不在を示すように構成されている、
請求項５記載の容器。
【請求項７】
前記第１電磁放射リターン信号は、第１周波数を有し、前記第２電磁リターン信号は、前記第１周波数と異なる第２周波数を有する、
請求項６記載の容器。
【請求項８】
前記アイテムの状態は、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの変形を含む、
請求項１記載の容器。
【請求項９】
前記共振部分は、前記電磁放射ピンに応答して第１電磁放射リターン信号を生成することによって、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの変形を示すように構成されているとともに、前記電磁放射ピンに応答して第２電磁放射リターン信号を生成することによって、前記容器の前記対応する部分における前記アイテムの変形の不在を示すように構成されている、
請求項８記載の容器。
【請求項１０】
前記第１電磁放射リターン信号は、第１周波数を有し、前記第２電磁放射リターン信号は、前記第１周波数と異なる第２周波数を有する、
請求項９記載の容器。
【請求項１１】
前記アイテムは、流体を含み、３Ｄ炭素含有構造の前記アセンブリは、前記容器内の前記流体の閾値充填レベルと関連して前記容器の前記表面のエリアに印刷されている、
請求項１記載の容器。
【請求項１２】
前記電磁放射リターン信号は、前記容器内の前記流体の量が前記閾値充填レベルを超えるかどうかを示す、
請求項１１記載の容器。
【請求項１３】
前記共振部分は、前記閾値充填レベルを超える前記容器内の前記流体の量に基づいて、第１共振周波数において前記電磁放射リターン信号を生成するように構成されているとともに、前記閾値充填レベルを超えない前記容器内の前記流体の前記量に基づいて、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数において前記電磁放射リターン信号を生成するように構成されている、
請求項１１記載の容器。
【請求項１４】
前記ユーザーデバイスはスマートフォン、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダ、又は近距離無線通信（ＮＦＣ）デバイスである、
請求項１記載の容器。
【請求項１５】
前記アイテムの前記状態を表示するように構成された電気泳動インクディスプレイをさらに備える、
請求項１記載の容器。
【請求項１６】
アイテムを格納するように構成された容器であって、
前記容器の容積を画定する表面と、
前記容器の前記表面に印刷された三次元炭素含有構造（３Ｄ炭素含有構造）のアセンブリを含む電磁状態センシングデバイスであり、前記電磁状態センシングデバイスは、前記容器の第１表面エリアに第１共振部分を有し、ユーザーデバイスから発せられる電磁放射ピンに応答して、第１電磁放射リターン信号を生成するように構成されており、前記第１電磁放射リターン信号は、前記第１表面エリアの近位にある前記容器の第１部分における前記アイテムの存在を示し、前記容器の第２表面エリアに第２共振部分を有し、前記ユーザーデバイスから発せられる前記電磁放射ピンに応答して、第２電磁放射リターン信号を生成するように構成されており、前記第２電磁放射リターン信号は、前記第２表面エリアの近位にある前記容器の第２部分における前記アイテムの存在を示す、電磁状態センシングデバイスと、
を備える容器。
【請求項１７】
前記アイテムは流体であって、前記第１共振部分及び前記第２共振部分は、前記電磁放射ピンに応答して前記容器内の前記流体の量を示すように構成されている、
請求項１６記載の容器。
【請求項１８】
前記第１共振部分は、前記容器の前記流体の充填レベルが前記容器の前記第１部分の上方にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して第１周波数において共振するように構成されているとともに、前記容器の前記流体の充填レベルが前記容器の前記第１部分の下方にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して第２周波数において共振するように構成されている
前記第２共振部分は、前記容器の前記流体の前記充填レベルが前記容器の前記第２部分の上方にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して第１周波数において共振するように構成されているとともに、前記容器の前記流体の充填レベルが前記容器の前記第２部分の下方にある場合に、前記電磁放射ピンに応答して前記第２周波数において共振するように構成されている、
請求項１７記載の容器。
【請求項１９】
３Ｄ炭素含有構造の前記アセンブリの共振周波数は、少なくとも部分的に、前記アイテムの１つ以上の物理的特性に基づく、
請求項１６記載の容器。
【請求項２０】
３Ｄ炭素含有構造の前記アセンブリの共振周波数は、少なくとも部分的に、前記容器の透磁率に基づく、
請求項１６記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１８年８月９日に出願された米国特許出願第６２／７１６，７４１号「ＰＲＯＤＵＣＴ  ＳＥＮＳＩＮＧ（製品センシング）」の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
センサは、店内の在庫を追跡するため及び／又は製造及び注文処理チェーンを通してコンポーネントをエンドツーエンドで監視するためなど、多くの目的に広く使用されている。センシングデバイスは、典型的には、情報を受信及び送信するために電磁信号を利用する。例えば、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、ＲＦＩＤリーダに情報を送信し、パッシブＲＦＩＤタグの場合、タグは、問い合わせ信号からのエネルギを利用して、タグに電力を供給し、信号をリーダに送り返す。電磁センシングデバイスの使用のための従来の技術は、多くの欠点を示し、したがって、必要とされるのは、かかる欠点に対処する１つ以上の技術である。
【発明の概要】
【０００３】
いくつかの実施形態では、方法は、アプリケーションをダウンロードするための、ユーザーデバイスからのリクエストを受信するステップと、ユーザーデバイスからのリクエストに応答してアプリケーションへのアクセスを提供するステップと、を含む。アプリケーションは、第１電磁放射を伝送し、製品パッケージに取り付けられた第１電磁状態センシングデバイス（ＥＭＳＳＤ）から、第１電磁放射リターン信号を受信するように構成される。第１電磁放射リターン信号は、第１電磁放射ピンに応答して、第１電磁放射状態センシングデバイスによって変換され、製品識別コードを含む少なくとも第１情報をエンコードする電磁放射信号を生成する。また、アプリケーションは、少なくとも部分的に製品識別コードに基づいて選択されるルールを適用し、少なくとも部分的にルールに基づいて調整される第２の電磁放射ピンを伝送し、第１電磁状態センシングデバイスから、製品パッケージ内の内容に関する第２情報をエンコードする第２電磁放射リターン信号を受信し、ユーザーデバイスから、第２情報の少なくとも一部をアップストリームコンピューティングデバイスに送信するように構成される。
【０００４】
技術的実施形態の態様、目的、及び利点のさらなる詳細は、本明細書、及び、図面並びに特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下に説明する図面は、説明のためのものに過ぎない。
図面は、本開示の範囲を限定することを意図しない。
【図１】図１は、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスが展開されることができる環境を示す。
【図２】図２は、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスが展開されることができる処理フローを示すフローチャートを示す。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスの概略図である。
【図３Ｂ１】図３Ｂ１は、一実施形態による、流体内容物の第１状態が測定される展開シナリオを示す。
【図３Ｂ２】図３Ｂ２は、一実施形態による、流体内容物の第２状態が測定される展開シナリオを示す。
【図３Ｂ３】図３Ｂ３は、一実施形態による、流体内容物の状態が測定され、表示される展開シナリオを示す。
【図３Ｂ４】図３Ｂ４は、一実施形態による、製品の内容物の状態を示すための印刷されたディスプレイの断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスのダイナミックレンジを決定するための選択チャートである。
【図４Ａ】図４Ａ１及び図４Ａ２は、一実施形態による、第１環境及び第２環境における電磁状態センシングデバイスの等価回路モデルである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態による、異なる環境における電磁状態センシングデバイスを較正するために使用されるような経験的データ捕捉技術を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態による、電磁状態センシングのために使用されるシグネチャ捕捉技術を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態による、電磁状態センシングのために使用されるシグネチャ解析技術を示す。
【図６】図６は、一実施形態による、補充システムのハブとして使用される仮想アシスタントを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システムで使用されるルールコード化技術を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システムで使用されるルール実行技術を示す。
【図８】図８は、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システムで使用される例示的なプロトコルを示す。
【図９】図９は、システムコンポーネントを、本明細書で開示された実施形態の特定のものを実施するために相互接続された計算モジュールの配置として示す。
【図１０Ａ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｃ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｄ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｅ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｆ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｇ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｈ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｉ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｊ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｋ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｌ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｍ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｎ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｏ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｐ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｑ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｒ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｓ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｔ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｕ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｖ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｗ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｘ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【図１０Ｙ】図１０Ａ〜図１０Ｙは、いくつかの実施形態による、構造化カーボン、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボンベースの凝集体、及び他の材料上に成長される種々の三次元カーボン含有アセンブリを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示の態様は、どのように状態センサを安価に展開するかに関連する問題を解決する。いくつかの実施形態は、識別情報だけでなく、製品状態情報も発することができるセンシングデバイスを印刷するためのアプローチに関する。
【０００７】
概要
パッケージされた製品を識別するための様々な方法が、ｅコマースの開始以来、使用されている。しかし、特定の場所及び時間における製品の存在の単なる識別は、消費者の居住地、自動車、ボートなど又はその近くにある製品に関する進行中の自動的状態チェックに対する消費者のニーズに対処することができない。
【０００８】
残念ながら、従来の無線周波数識別子（ＲＦＩＤ）も、従来の近接場ラベルもこの情報を提供することはできない。必要なのは、識別情報だけでなく、モバイルリーダや固定式スキャナによって読み取ることのできる方法で製品の状態情報も発することのできる新しいタイプのセンシングデバイスである。
【０００９】
パッケージされた状態で配送される製品が存在する限り、そのパッケージされた製品を識別するための様々な方法が使用されてきた。バーコードの初期の時代には、「マークとスペース」記号がパッケージに印刷された。そして、シンボルリーダ（例えば、バーコードリーダ／スキャナ）を使用することによって、特定の製品を識別することができるようになった。そのようなシンボルをパッケージ上に印刷することは非常に安価であり、シンボルリーダは、例えばキャッシュレジスタと共に展開され（ｄｅｐｌｏｙｅｄ）、統合されるのに十分に安価である。そのようなシンボルリーダ及び対応するキャッシュレジスタが中央コンピュータシステムとさらにインターフェースされる場合、独自に識別された製品のユニットの購入を集計する（ｔａｌｌｉｅｄ）ことができる。在庫勘定、発注、製品補充（ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）、及び進行中の取引のその他の機能は、場合によっては人の介入なしに、促進されることができる。
【００１０】
しかしながら、場合によっては、そのようなバーコードを製品パッケージ上に印刷することができない及び／又は都合が良くない、及び／又は、場合によっては、リーダを配置することができない及び／又は都合が良くない場合がある。このような場合、無線周波数識別子（ＲＦＩＤ）  は、製品又はそのパッケージに取り付けられるか、埋め込まれることができる。（ＲＦＩＤが取り付けられている又は埋め込まれている）製品がＲＦＩＤリーダの近位にある場合、存在を集計することができる。与えられたＲＦＩＤは、「ピン」によって励起されたときに固有の識別子を発するように製造されることができる。固有の識別子は、任意の数のビットを有することができ、そのため、固有の識別子は、特定の製品に関連付けられることができる。このように、製品補充やその他の取引機能を促進することができる。
【００１１】
残念ながら、単に製品を特定すること、又は単に特定された製品の特定の存在及び位置を特定することには、限界がある。例えば、キャッシュレジスタ又は出口における製品のセンシングは、（例えば、製品のユニットの購入を検出するため、又は製品のユニットの動きを検出するために）有益な情報であり得るが、時には、製品の特定のユニットに関するより多くの情報（例えば、状態）をセンシングすることは、有益である。
【００１２】
製品パッケージ上にセンシングデバイスを印刷し、センシングデバイスを「ピン」して内容物に関する情報を収集することによって、内容物の特徴をセンシングする試みがいくつかなされてきた。しかしながら、このようなセンシングデバイスは、湿度、温度等の環境変数のみを測定することに限定されてきた。したがって、製品の特定のユニットに関するより多くの情報（例えば、状態）をセンシングする必要性は、満たされないままである。
【００１３】
例えば、容器がどの程度充填されているか知ることは有用であり得る。あるいは、容器が漏れているかどうか、内容物が変質しているかどうか、腐敗しているかどうか、又はその他の理由でガスが滲出しているかどうかを知ることも有用であろう。この状況は、異なる製品の複数のユニットに関する状態情報（ｓｔａｔｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を定期的に更新する必要があるため、さらに複雑である。例えば、家庭の状況においては、消費者がその住居（又は車、ボートなど）を横断する際に遭遇するいくつかの又は全ての製品の状態情報（例えば、量、効力（ｐｏｔｅｎｃｙ）、古さ（ｓｔａｌｅｎｅｓｓ）など）を定期的に更新することが望ましい場合がある。
【００１４】
従来のＲＦＩＤも、従来の近接場ラベルも、必要な情報を提供することはできない。必要なのは、識別情報だけでなく、製品固有の状態情報も発することができる新しいタイプのセンシングデバイスからの収集を容易にするシステムである。
【００１５】
定義及び図面の使用
この説明で使用される用語のいくつかは、簡単な参照のために以下に定義される。提示された用語及びそれぞれの定義は、これらの定義に厳密に限定されるものではなく、用語は、本開示内での用語の使用によってさらに定義され得る。さらに、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、本明細書では、例、事例、又は具体例として役立つことを意味するために使用される。本明細書に「例示的」として記載される任意の態様又は設計は、必ずしも、他の態様又は設計よりも好ましく又は有利であると解釈されるものではない。むしろ、例示的の文言の使用は、概念を具体的な方法で提示することを意図している。本願明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、「又は」という用語は、排他的な「又は」ではなく、包括的な「又は」を意味することを意図している。すなわち、「Ｘは、Ａ又はＢを使用する」は、別段の規定がない限り、或いは文脈から明確でない限り、自然な包含的順列のいずれかを意味することを意図している。すなわち、ＸがＡを使用する場合、ＸがＢを使用する場合、または、ＸがＡ及びＢを使用する場合のいずれかの場合において、「ＸはＡ又はＢを使用する」は満足される。本明細書において使用される場合、Ａ又はＢのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つのＡ、少なくとも１つのＢ、又は、Ａ及びＢ両方の少なくとも１つを意味する。換言すれば、このフレーズは、分離性である。本願明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、別段の規定がない限り、又は文脈から単数形を指すことが明確でない限り、一般に「１つ又は複数」を意味すると解釈されるべきである。
【００１６】
ここでは、種々の実施形態が、図面を参照して説明される。図面は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではなく、また、類似の構造又は機能の要素は、時には、図面全体を通じて、同様の参照符号によって表されることに留意されたい。また、図面は、開示された実施形態の説明を容易にすることのみを意図したものであり、それらは、全ての可能な実施形態の網羅的な取扱いを表すものではなく、また、請求の範囲に関するいかなる限定も帰属させることを意図したものではないことに留意されたい。さらに、図示された実施形態は、任意の特定の環境における使用の全ての態様又は利点を示す必要はない。
【００１７】
特定の実施形態に関連して説明される態様又は利点は、必ずしもその実施形態に限定されるものではなく、そのように説明されていなくても、任意の他の実施形態において実施することができる。本明細書中の「いくつかの実施形態」又は「他の実施形態」への言及は、少なくとも１つの実施形態に含まれている実施形態に関連して記載された特定のフィーチャ、構造、材料又は特性に関連する。したがって、本明細書全体を通して、様々な箇所における「いくつかの実施形態において」又は「他の実施形態において」というフレーズの出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指しているわけではない。開示される実施形態は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１８】
例示的実施形態の説明
図１は、電磁状態センシングデバイスを展開することができる環境１００を示す。オプションとして、環境１００又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性の文脈で実装され得る。
【００１９】
図１は、識別情報だけでなく、製品状態情報も発することができる印刷されたセンシングデバイスに関連する態様を示す。具体的には、どのように安価に状態センサを展開するかという問題に取り組む上での寄与に関して図を提示している。より具体的には、図１は、定量値が電磁状態センシングデバイス（ＥＭＳＳＤ）によってセンシングされ、データ処理のために計算サイトに中継されることができる環境を示す。「電磁波」とは、比較的低い周波数（例えば、１２５ｋＨｚ）又はこれより高い無線周波数（１３．６ＭＨｚ）以上の周波数で伝搬する信号をいう。
【００２０】
図示のように、センサ（例えば、センサ１０１１、センサ１０１２およびセンサ１０１３）は、ピンによって刺激される。刺激されたセンサは、その対応する容器内にある製品の一つ以上の態様を特徴づける共振シグネチャを発する。いくつかの異なる容器タイプ及びいくつかの異なる容器態様が表される。
【００２１】
ピンは、例えば、スマートフォン（又は他のタイプのモバイルデバイス）によって立ち上げられることができる。具体的には、モバイルデバイス（例えば、スマートフォン）上のアプリケーション（「アプリ（ＡＰＰ）」、すなわち、ソフトウェアアプリケーション、コンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体）は、電磁エミッタデバイスドライバ（例えば、近接場通信（ＮＦＣ）デバイスドライバ）を制御することができ、これにより、電磁エミッタデバイスは、ピンを立ち上げることができる。このようにして、ピンの周波数、持続時間、及び形状を制御することができる。ピンによって励起されると、近傍のセンサが共振し、コンテナ内の製品の態様に関連する情報をエンコードする特徴を発する。容器内の製品に関連する情報は、再フォーマットされ、さらなる加工のために上流にリレーされる。いくつかの実施形態では、図示のように、再フォーマットされ、上流に中継される情報は、追加のセンサデータ処理のために、インターネット又はイントラネット１０８を介した通信のために経路指定することができる。
【００２２】
ＥＭＳＳＤの多くの異なるタイプ又は構成が、製品のパッケージに適用されることができる。図示のように、タイプ１のＥＭＳＳＤ１０１１をタイプ１の容器に適用し、タイプ２のＥＭＳＳＤ１０１２をタイプ２の容器に適用し、タイプ３のＥＭＳＳＤ１０１３をタイプ３の容器に適用することができる。かかる容器は、流体又は液体（例えば、洗剤、アルコール、燃料、ミルクなど）を保持する管体（ｖｅｓｓｅｌ）（例えば、プラスチック又はガラス製のジャグ又はボトルのようなタイプ１容器）であることができる。あるいは、容器は、任意の内容物を保持するためのカートン（例えば、プラスチック材料で被覆されていても、されなくてもよい、段ボール又は厚紙の箱等のタイプ２容器）であることができる。さらに、容器は、特殊な容器（例えば、ピルボトル、ヒンジ付きボックス、ドロッパーボトルなどのタイプ３容器）であることができ、これは、医薬品などの一部の特定の製品を収容するように設計されている。前述の容器のいずれも、任意のセッティングで提供することができる。
【００２３】
厳密には、一例として、前述の異なるタイプの容器は、家庭的セッティングにおいて見出され得る。したがって、消費者は、その住居を通って歩行する可能性があり、歩行の過程中に、モバイルデバイスは、電磁ピンを発し、電磁リターンを捕捉する。電磁放射を発するように制御されることができる任意の１つ以上のユーザーデバイス１１７は、ピンを発し、戻された信号を捕捉することができる。
【００２４】
図示されるように、ユーザーデバイス１１７は、タイプ１モバイルデバイス１３１（例えば、ｉＯＳフォン）であることができ、又はユーザーデバイス１１７は、タイプ２モバイルデバイス１３２（例えば、アンドロイド（登録商標）フォン）であることができ、又はユーザーデバイス１１７は、パントリー又は薬箱に配置され得るような、質問デバイス１３３（例えば、静止ＲＦＩＤリーダ）の静止インスタンスであることができる。任意のかかるユーザーデバイス又は変形例は、図示されたＮＦＣデバイス（ユーザーデバイス１１７）等の電磁放射デバイスを、直接的又は間接的に制御する実行可能コード（例えば、アプリ）で構成されることができる。任意の数のユーザーデバイスは、一般に、任意のＥＭＳＳＤの近位に存在することができ、各ユーザーデバイスは、ピンを発し、応答を捕捉する。もし、複数のピンと複数のリターンが、たまたま、互いに非常に接近した状態で同時に発生するならば、各アプリ（例えば、ＡＰＰ１３７１、ＡＰＰ１３７２、及びＡＰＰ１３７３）は、衝突を認識し、ピンを再試行することができ、したがって、衝突検出多元アクセスプロトコルを実装する。
【００２５】
本開示において、ピンは、人間の対話を必要とすることなく、システムによって識別される製品のタイプに基づいて、種々の目的のために種々の周波数に調整されることができる。ここに示された例では、ピン１０２１は、第１ＲＦＩＤ周波数に対応する第１周波数で発せられる。ＥＭＳＤ１０１１の第１部分は、製品及び／又は容器のタイプに対応する値（例えば、１及び０の文字列）をエンコードするリターン１０３１（すなわち、「ＰＩＤ１」などの電磁信号）で、そのピンに応答する。そのエンコード値が与えられると、ＡＰＰ１３７１は、後続のピン１０２２の特性を特定（例えば、調整、調節、カスタマイズ）することができる。リターン１０３２は、後続のピン１０２２に応答する。リターン１０３２は、示された容器タイプ１の内容に関する情報をエンコードする。ＥＭＳＳＤからのリターンは「シグネチャ」と称されることもある。いくつかの実施形態では、リターンは、ＡＰＰによって捕捉され、モバイルデバイス上でデコードされる。他の実施形態では、リターンはＡＰＰによって捕捉され、ネットワーク通信パケット内にパッケージされ、セルタワー１１４に転送され、セルタワー１１４は、その後、インターネットを介してネットワーク通信パケットをデータ処理ファシリティ（例えばセンサデータ処理もジュール１１０）へと中継する。データ処理ファシリティは、その後、ルールセット１２１を適用し、（補充、廃棄、修理などの）さらなる動作を特定する。
【００２６】
環境１００に示されるデバイス及びシステムは、一緒に動作して、注文処理システム（ｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）などの自律モニタリングシステムを形成する。図示のように、センサデータ処理モジュール１１０は、自律実行パス（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  ｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔ  ｐａｔｈ）１２９１上で配送サービスに通信し、配送サービスは、その後、自律実行パス１２９２をわたって（ｔｒａｖｅｒｓｅｓ）、補充製品をユーザに配達する。
【００２７】
上述のように、ＥＭＳＳＤは、特定の製品及び／又は容器タイプに対応するように構成されることができる。図１は、容器タイプ２として示されるカートンを示しており、その中にカートン製品が位置することができる。厳密に言えば、容器タイプ２は、腐りやすいもの（例えば、果物、野菜など）を保持し得る。対応するＥＭＳＳＤは、例えば、（１）容器内の製品のレベル又は容積、（２）腐りやすい食品又は食品の傷みに付随するガスの濃度、（３）温度のいずれか又は全てを感知するように構成することができる。
動作において、ＲＦＩＤ周波数におけるピン１０２３は、ＥＭＳＤ１０１２の一部を生じさせ、製品ＩＤをエンコードするリターン１０３３（例えば、「ＰＩＤ２」）で応答する。製品ＩＤは、ルールセット１２１が少なくとも１つのルール１２２を分離するためのインデックスとして使用され、そのルールの適用は、ダウンストリームメッセージ１２６１の形式でアプリに配信される調整データをもたらす。例えば、最初のピンから識別された製品に基づいて、選択されたルールは、製品上のセンサのタイプに対する信号周波数範囲及び／又はピン数をカスタマイズし、後続のピンが製品パッケージ中の内容に関する情報を収集するために送られるときに使用され得る。
【００２８】
環境１００のいつかのトポロジは、イントラネット１０８を含む。かかるトポロジのいくつかでは、ダウンストリームメッセージ１２６１は、アプリケーションにルーティングされる前にハブ１０６を通過する。このような場合、プロダクトＩＤに対応するプロダクトの検出の発生は、ログ１２７に記録され、そのログは、種々の目的のために使用され、そのいくつかについては、以下で論ずる。
【００２９】
前述のように、ダウンストリームメッセージ１２６１は、調整データを含み得る。調整データは、１つ以上のさらなるピン（例えば、ピン１０２４）を送信するためにアプリによって使用される情報を含む。さらなるピンは、特定の周波数に調整され得、その特定の周波数は、少なくとも部分的にＥＭＳＳＤの特性に基づいて特定される。より具体的には、プロダクトＩＤを１つ以上のルールを検索するキーとして使用することができ、これは、特定のピン周波数及びピンのタイミングについてアプリに通知することができる。厳密に１つの例として、ルールは、任意の期間にわたり、種々のタイミングシークエンスにおける、ピンの単純な組み合わせから複雑な組み合わせを含む、種々のピンのうちのいずれかにしたがって、ＥＭＳＤに質問する（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅ）ために、アプリによって処理され得る。このように、リターン１０３４は、種々のピンに応答して、いくつかのシグネチャから構成されてもよく、そのシグネチャのいずれかは、解析のために、メッセージ（例えば、アップストリームメッセージ１２５１、アップストリームメッセージ１２５２）として（例えば、インターネットを介して）センサデータ処理モジュール１１０に送られることができる。解析の結果、例えば（１）容器内の製品のレベル又は容積、（２）腐りやすい食品又は食品の傷みに付随する分析物（例えば、エチレン、アンモニア、その他のガス）の濃度、（３）温度、及び／又は容器中の内容物の状態に関するその他の情報の、一部又は全部が特定され得る。特定は、ダウンストリームメッセージ１２６２内のフォーマットされた内容としてハブ１０６に送られることができる。
【００３０】
いくつかのトポロジでは、ダウンストリームメッセージ１２６１は、アプリにルーティングされる前にハブ１０６を通過する。ハブは、音声起動コマンド１０５（例えば、音声アシスタント）によって実現することができる。音声アシスタントは、ダウンストリームのメッセージ１２６１を傍受し、おそらく通知１０７を発することによって、それを処理することができる。この通知は、自然言語の形式であり得、例えば、「そろそろ、もっとケールを注文する時が来ました。注文しましょうか？」、あるいは、「今日は暖かすぎます。ケールをもっと涼しい場所に移動しなくては。」、または、「ケールが悪くなってきています。コンポストしなくては。」等であり得る。いくつかのトポロジでは、通知１０７は、テキストメッセージや電子メールメッセージなどの、ただし、これらに限定されない、他の形式をとることができる。通知メッセージは、数量表示、有効期限（ｅｘｐｉｒａｔｉｏｎ  ｄａｔｅ）、再充填日、再充填カウント、ロット番号、化学組成、及び／又は濃度表示などの情報を含み得る。一部のトポロジは、製品パッケージの内容に関する情報の少なくとも一部をログに保持することができる。例えば、ログは、コンテンツに関する情報の少なくとも一部に対応するエントリを含み得る。ログは、ネットワークアクセスポイントによって維持されることができ、ここで、ネットワークアクセスポイントは、音声起動コマンドを受信することによってアクティブ化され得る。
【００３１】
いくつかの設定において、前述の通信及びデータ解析技術の全部又は一部を使用して、質問デバイス１３３は、ピン１０２５を発し、リターン１０３５（例えば、製品ＩＤ「ＰＩＤ３」）を受信し、次いで、さらなるピン１０２６を発し、このピンは、特に、容器タイプ３の特性及び／又は容器タイプ３に含まれる製品の特性について調整される。さらなるピン１０２６を発することは、結果としてリターン１０３６を発することとなる。
【００３２】
上述のように、モバイルデバイス（例えば、スマートフォン）上のアプリは、電磁エミッタデバイスドライバ（例えば、ＮＦＣデバイスドライバ）を制御することができ、その結果、電磁エミッタデバイスは、ピンを立ち上げることができる。１つの例示的な展開シナリオにおける処理フローを、図２に示す。
【００３３】
図２は、電磁状態センシングデバイスを展開することができる処理フロー２００を示すフローチャートを示す。オプションとして、処理フロー２００又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載の実施形態のアーキテクチャ及び機能のコンテキストで実装され得る。処理フロー２００又はその任意の態様は、任意の環境で実装され得る。
【００３４】
図示された展開シナリオでは、アプリケーション及びドライバソフトウェアエンジニアによってアプリが開発され、ウェブアクセス可能な位置に格納される（ステップ２０２）。ウェブアクセス可能な位置２５４は、アプリ２５２のダウンロード可能なインスタンスが格納され得る任意の位置であり得る。ダウンロードは、インターネットに接続された要求デバイス２５６によって要求されることができる。さらに、要求デバイスは、任意のタイプのモバイルデバイスであることができ、デスクトップコンピュータ、ハブ、又はデジタルアシスタントなどの任意のタイプの静止デバイスであることができる。このシナリオでは、要求デバイス２５６はスマートフォンとして示されているが、例えばスマートウォッチ、タブレット又はラップトップコンピュータであってもよい。
【００３５】
要求デバイスは、いつでも要求を発行することができ（例えば、統一リソース識別子（ＵＲＩ）へのインターネット呼び出しを介して）、要求によって、アプリがデバイス上にダウンロードされ、進行中の動作のために構成される（ステップ２０４）。構成は、ターゲットデバイス（すなわち、要求デバイス）及び／又はターゲットデバイス上でホストされる任意の監視ソフトウェア（例えば、オペレーティングシステム）の特性に固有であり得る。ダウンロード及び構成後のある時点で、アプリは処理ループに入る（ステップ２０６）。ループ２２０を介した反復は、任意のスケジュール、おそらく種々の電力節約技術を実施するスケジュールで実行することができる。ある場合には、ループで実行される操作の順序は、その時点に存在する条件に基づいて変化することができる。アプリ動作２０５は、動作の特定のフローを示すが、ある状況では、代替的順序付けが可能であり、ある場合には、動作の一部は、ループの所与の反復では実行されない。
【００３６】
図示のように、ループ２２０は、ＥＭＳＤの近位にあるときに第１ピン信号を発し（ステップ２０８）したがって、少なくともＥＭＳＤの識別部分２６１を刺激する動作を含み（ステップ２０８）、その後、識別信号から導出された識別コード（例えば、製品ＩＤ）に基づいて（ステップ２１０）、アプリは、適用可能なルールのすべて又は一部を適用する（ステップ２１２）。かかる識別コード（例えば、製品ＩＤ）は、ＥＭＳＳＤルール２０９及び実行ルール（ｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔ  ｒｕｌｅｓ）２１１を識別するために、ルールセット１２１内へのインデックスとして使用されることができる。特定のＥＭＳＳＤルール２０９の適用は、結果として、アプリに配信されるデータの同調をもたらす。実行ルール２１１の特定の適用は、結果として、液体レベルを読み取ること、異なる分析物の測定値を提供すること、又はその容器内の内容物の量を読み取ることなどの、製品内容物に関連するアクションをもたらす。次に、アプリは、少なくともＥＭＳＳＤの状態部分２６２を刺激するように、第２ピン信号を伝送する（ステップ２１４）。アプリは、第２ピンの時点における製品の状態に基づいて、第２ピン信号に応答して返されるリターン状態信号を受信する（ステップ２１６）。これらのリターン状態信号は、状態情報を特定するためにデコードされる。例えば、印刷された電磁状態センシングデバイスは、製品パッケージ内の内容物が第１状態にある場合には、第２電磁放射信号の第１変形例（例えば、第１共振周波数）を発することができ、製品パッケージ内の内容物が第２状態にある場合には、第２電磁放射信号の第２変形例（例えば、第２共振周波数）を発することができる。ある場合には、リターン状態信号は、要求デバイスによって（例えば、アプリによって）解析されるが、他の場合には、図示のように、要求デバイスは、アップストリームのネットワークデバイスにリターン状態信号を送信することによって要求側デバイスをオフロードする（ステップ２１８）。
【００３７】
この特定の実施形態では、アップストリームデバイスはハブ１０６のインスタンスであるが、アップストリームデバイスはイントラネットに接続されるか又はインターネットに接続される任意のデバイスであることができる。
【００３８】
前記処理は、少なくとも部分的には、ＥＭＳＳＤの応答特性に依存する。特に、アプリは、ＥＭＳＳＤが識別部分２６１及び少なくとも１つの状態部分２６２を含むという態様に依存する。ＥＭＳＳＤを形成するための種々の技術が示され、図３Ａに関連して説明される
【００３９】
図３Ａは、電磁状態センシングデバイス３Ａ００の概略図である。オプションとして、電磁状態センシングデバイス３Ａ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実装され得る。電磁状態センシングデバイス３Ａ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装され得る。図３Ａは、電磁状態センシングデバイス３Ａ００の概略図である。
【００４０】
ＥＭＳＳＤ  ３Ａ００は細長いセンサとして構成される。すなわち、ＥＭＳＳＤは、製品内の内容物が位置する長さにわたって（例えば、垂直方向などの特定の方向に長手方向に）またがる複数の部分を有する。図示のように、第１共振部分３０１は、ＲＦＩＤの機能を提供するように構成される。具体的には、所定の周波数においてピンすると、第１共振部分３０１が通電され、ビットストリングを発するようになり、このビットの一部は、一意の識別コードを形成するように連結される。図はまた、第２共振部分３０２、第３共振部分３０３、及び第Ｎ番目の共振部分３９９を示しており、第２〜第Ｎ共振部分は、製品に関する情報（すなわち、製品パッケージ内の内容物の状態）を伝達するために使用され得る。第Ｎ共振部分３９９の近位に（例えば、図示などの直線アレイで）並置された多くの共振部分が存在し得る。ＥＭＳＤ３Ａ００は、複数の共振部分を有するセンシングデバイスを表し、各共振部分は、インクから印刷され、印刷されたインクの材料特性及び／又は幾何学的形状によって特定される共振閾値を有する。共振部分は、パスに沿って配置されており、互いに隣接することもできるし、しないこともできる。いくつかの実施形態において、共振部分は、異なる炭素含有インクを用いて印刷され得る。いくつかの実施態様において、共振部分は、各々実質的に同一のサイズ及び形状である。いくつかの実施形態では、異なる共振部分は、同じ炭素含有インクを使用して印刷されることがあり、異なる共振部分は、異なる幾何学的形状を有する。識別部分２６１は、いずれの状態部分とも異なる周波数で共振するように調整されている。
【００４１】
前述の部分３０１〜３９９の全ては、炭素含有インクを用いて種々の幾何学的形状で印刷することができ、その幾何学的形状（例えば、直線／湾曲／螺旋パターン、線幅、形状ファクタ）及び炭素含有インク（例えば、種々の同素体の組成物）は、ＥＭＳＳＤ３Ａ００によって検出されるべきセンシング基準に基づいてＥＭＳＤの製造者又は設計者によって特定される。場合によっては、センシング基準には、「エチレンが存在するか？」や「ＥＭＳＳＤのこの部分は液体の存在によって変形しているか？」などの環境指標が含まれる。場合によっては、センシング基準及びそれぞれの共振は、「この位置での誘電率はいくつか？」などの環境指標に対応する。そのように、ＥＭＳＤの一連の共振部分は、容器上に印刷することができ、一連の共振部分は、検出されるべき特定の容器及び内容物に応答するように調整され、及び／又は容器上のその共振部分の特定の位置に基づいて調整され得る。例えば、容器内の液体内容物の量の変化は、ＥＭＳＳＤによってセンシングされる誘電率の変化を引き起こす。したがって、ＥＭＳＳＤは、その時点での（ｔｈｅｎ−ｃｕｒｒｅｎｔ）環境における特定の共振部分の誘電率に敏感であるように設計されることができる。その時点での環境における特定の共振部分の誘電率又は透磁率に対する感度を達成し及び／又は調整する技術は、特定のカーボンインク又はカーボンインクの組み合わせを選択すること、及び電極線の幾何学的形状（例えば、レイアウト及び／又は寸法）を調整することを含む。厳密には、一例として、容器が満充填の場合には、液体を保持する容器は第１誘電率を示すが、容器が例えばほぼ空の場合には、同じ容器が第２誘電率を示す。この現象は、容器内の液体のレベルを特定する際に使用することができる。実際、この現象は、単一の共振部分のみを使用する場合（例えば、特定の精度のアナログ信号として）にも観察され、又は共振部分の細長い線形アレイなどの一連の共振部分を使用する場合（例えば、任意の所望の精度で一連のデジタルビットに構成される）にも観察されることができる。単一共振部分の場合には、環境変化に対する周波数変化はアナログ信号を含むが、複数の共振部分の場合には、各共振部分からの戻りを閾値に対して解析し、「オン」又は「オフ」値を特定する。複数の共振部分の「オン」又は「オフ」値は、一連のデジタルビットから結合されることができる。
【００４２】
前述の例は、容器内の液体に特有のものであるが、本明細書に開示されているようなＥＭＳＳＤの展開は、容器の近位の環境における任意の変化を検出するために使用することができる。環境の変化の例として、ＥＭＳＳＤは、ガルバのスタティック変化（ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅ）及び／又はピエゾスタティック変化（ｐｉｅｚｏ−ｓｔａｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅ）、及び／又は、ポテンショスタティック変化（ｐｏｔｅｎｔｉｏ−ｓｔａｔｉｃ  ｃｈａｎｇｅ）のうちの任意の１つ以上を提示するものを検出することができる。任意のかかる変化又は近位環境における変化は、ＥＭＳＳＤの１つ以上の部分の共振応答又は応答の１つ以上の変化を引き起こす。例えば、ピエゾスタティック変化は、製品内容物の変形（例えば、存在する温度又は内容物の量による膨張）に起因し、ＥＭＳＳＤの共振部分に歪みを生じさせ、その結果、発せられる共振周波数を変化させることができる。異なるタイプの製品内容物は異なる密度を有し、したがって、異なる製品は、異なる程度の歪みを共振部分に生じされることができる。したがって、各製品及び各容器は、固有のＥＭＳＳＤを有することができ、その特定の製品及び容器の組み合わせに対して較正される。
【００４３】
容器内の液体のレベルをセンシングするための技術が示され、図３Ｂ１及び図３Ｂ２の展開シナリオに記載される。
【００４４】
図３Ｂ１は、液体内容物の第１状態が測定される展開シナリオ３Ｂ１００を示す。オプションとして、展開シナリオ３Ｂ１００又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実装され得る。展開シナリオ３Ｂ１００又はその任意の態様は、任意の環境で実装可能である。
【００４５】
この展開シナリオでは、ＥＭＳＳＤは液体容器の側面（例えば、外面）に印刷される。その他のデプロイメントでは、ＥＭＳＳＤはコンテナの内側に印刷される。その他のデプロイメントでは、ＥＭＳＳＤは、容器に貼り付けられるラベル上に印刷される。
【００４６】
（図示のように）液体が容量近くまで容器を満たすとき、共振部分３０３から共振部分３９９は、容器内に液体がある領域を覆い、一方、共振部分３０２は、容器内に液体がない位置にある。これら２つの位置における共振部分の周囲の環境の誘電率及び／又は透過率は、少なくとも容器内の液体のレベルに基づいて異なる。したがって、他のパラメータがＥＭＳＤの長さにわたって同じである場合、共振部分３０２によって放射される共振周波数は、共振部分３９９とは異なる。前述のパラメータは、内容物又はそのパッケージの密度、内容物又はそのパッケージの比誘電率、包装に貼付されるラベルの透磁率、容器の形状、容器の厚さの変化などの材料及び環境特性を含む。
【００４７】
ＥＭＳＤのいくつかの共振部分からのいくつかのピンリターンが与えられると、いくつかのピンリターンの差は液体レベルに対応する。より具体的には、異なる周波数の複数のピンがユーザーデバイスによって発せられる。これらの異なる周波数は、ＥＭＳＳＤの異なる共振部分からのピンリターンの形態で応答をトリガする。次に、これらのピンリターンを構成する信号を解析し、中心周波数の振幅を識別する。
【００４８】
図３Ｂ２の展開シナリオにおいて、ほぼ空の液体レベルが示され、説明される。ある状況では、液体の有無が特定の共振部分の共振を支配するが、ＥＭＳＤの一端における液体の有無は、ＥＭＳＤの反対端に配置された異なる共振部分の共振周波数に変化を引き起こす可能性がある。この効果は、容器の幾何学的形状によってもたらされる他の効果と同様に、較正手順の間に測定することができる。
【００４９】
印刷されたセンサ及び共振コンポーネントに関するさらなる詳細は、
「Ａｎｔｅｎｎａ  ｗｉｔｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ（周波数選択素子を有するアンテナ）」と題する米国特許第１０，２１８，０７３号、２０１７年２月２１日出願の「Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ２Ｄ／３Ｄ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ（２Ｄ／３Ｄパッケージングを使用した環境発電）」と題する米国特許仮出願第６２／４６１，６９３号、２０１７年８月３１日出願の「Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（印刷された電気コンポーネント）」と題する米国特許仮出願第６２／５５２，５２２号、及び２０１７年１１月２２日出願の「Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒ（印刷された化学センサ）」と題する米国特許仮出願第６２／５８９，８９３号、に記載されており、これらは全て、本願の譲受人によって所有され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００５０】
図３Ｂ２、図３Ｂ３、及び図３Ｂ４は、それぞれ、展開シナリオ３Ｂ２００、３Ｂ３００、及び３Ｂ４００を示し、液体内容物の第２状態が測定され、任意に容器上に表示される。オプションとして、展開シナリオ３Ｂ２００、３Ｂ３００、又は３Ｂ４００、又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のインスタンスで実装され得る。展開シナリオ３Ｂ２００、３Ｂ３００、又は３Ｂ４００、又はその任意の態様は、任意の環境で実装され得る。
【００５１】
容器内の液体がほとんど空の場合（図３Ｂ２に示すように）、共振部分３０２から共振部分３９８は、容器内に液体が存在しない位置にあり、共振部分３９９は、容器内に液体が存在する位置にある。これら２つの位置における環境の誘電率及び／又は透磁率は、少なくとも製品のレベルに基づいて異なる。したがって、他のパラメータがＥＭＳＤの長さにわたって同じである場合、共振部分３０２によって発せられる共振周波数は、共振部分３９９とは異なる。ＥＭＳＤのいくつかの共振部分からのいくつかのピンリターンが与えられると、いくつかのピンリターンの差は液体レベルに対応する。精度（例えば、満充填、１／２充填〜±１／４充填、１／４充填〜±１／８充填、など）は、共振部分の数、長さ及び／又は間隔によって、ＥＭＳＳＤ内に構成することができる。
【００５２】
いくつかの実施形態において、容器の状態は、図３Ｂ３に示されるように、状態ディスプレイ３９９０上のプリント視覚的状態表示パターンを用いて、容器上に表示され得る。状態ディスプレイは、例えば、炭素含有インクを用いて印刷され得る。この図では、状態ディスプレイ３９９０は、容器内の液体のレベルが満充填であることを示す「満タン」を表示する。状態ディスプレイ３９９０は、容器の外面に直接印刷されることがあり、又は基板（例えば、ラベル）に印刷されて、容器に取り付けられることもある。状態ディスプレイ３９９０は、この図では、ＥＭＳＤの下端に位置するが、状態ディスプレイ３９９０は、ＥＭＳＤの上端など、容器内の他の場所、又はＥＭＳＤとは別の場所に位置することもある。状態ディスプレイ３９９０は、量、鮮度、又は提案された動作（例えば、「再注文の時間」）など、製品内容の種々のタイプの状態を示すために用いられることができ、テキスト及び／又はグラフィックス（例えば、アイコン）を使用することができる。
【００５３】
図３Ｂ４は、いくつかの展開シナリオによる、印刷された状態ディスプレイ３９９０の断面図を示す。状態ディスプレイ３９９０は、いくつかの実施形態による、炭素マトリクス３９９１（すなわち、電気泳動ディスプレイマトリクス）を使用する電気泳動視覚ディスプレイデバイスである。ディスプレイ３９９０は、基板３９９２、基板３９９２上の第１電極層３９９３、基板３９９２上の炭素マトリクス層３９９１、炭素マトリクス３９９１内の電気泳動インク３９９４、及び炭素マトリクス３９９１上の第２電極層３９９５を含む。電極層３９９３及び３９９５が通電されると、インク３９９４は、層３９９５に向かって、又は層３９９５から離れて移動して、眼のアイコンによって示されるように、層３９９５から視認されるべき像（例えば、パターン、グラフィックス、テキスト）を形成する。炭素マトリクス３９９１は、ポリマーによって連結された炭素粒子３９９６からなり、多孔質ネットワークを形成する。基板３９９２は、ポリマーフィルム又は紙材料（例えば、ダンボール、紙、ポリマー被覆紙、及びポリマーフィルム）などの可撓性材料であってもよい。
【００５４】
炭素マトリクス３９９１層の厚さは、従来の電気泳動ディスプレイ材料より薄くすることができる（すなわち、電極層３９９３と３９９５との間のより短い距離）。マトリクス自体内の電極接続を可能にする、炭素マトリクス３９９１の導電性の性質のためである。例えば、炭素マトリクス３９９１の厚さは、１０μｍ〜４０μｍ又は１０μｍ〜１００μｍであり得る。炭素マトリクス３９９１の電気伝導率は、２０，０００Ｓ／ｍ超、又は５，０００Ｓ／ｍ超、又は５００Ｓ／ｍ超、又は５０Ｓ／ｍ超であり得る。より薄い不動相（炭素マトリクス３９９１）を有することは、インク３９９４を移動させるのにより少ないエネルギしか必要とせず、ディスプレイ３９９０を低電力にし、したがって、環境発電方法（ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄｓ）のみによって電力供給されやすくする。例えば、状態ディスプレイ３９９０は、環境発電アンテナ３９９７によって電力供給されることがあり、アンテナ３９９７は、ユーザーデバイスによって発せられる電磁信号から環境発電し得る。
【００５５】
炭素マトリクス３９９１は、インク３９９４が炭素マトリクス３９９１を通って移動することを可能にする、炭素粒子３９９６内又は間に孔を有する多孔質導電層である。第２電極層３９９５に向かって移動するインクは、可視像を生成し、一方、層３９９５から離れるように移動するインクは、観察される像内に空白スペースを生成する。いくつかの実施形態において、インク３９９４は、白色の電気泳動インクであり得、炭素マトリクス３９９１の暗色とコントラストする。
【００５６】
炭素マトリクス３９９１は、重合可能な共有結合を形成するポリマー（例えば、セルロース、セルロースアセテートブチレート、スチレンブタジエン、ポリウレタン、ポリエーテル−ウレタン）又は架橋可能な樹脂（例えば、アクリレート、エポキシ、ビニル）などの結合剤によって一緒に保持される炭素粒子３９９６から作られる。結合剤は、炭素粒子３９９６を互いに連結するが、炭素粒子間の空間の全てを取り囲まず、孔（すなわち、空間、空隙）が炭素マトリクス３９９１内に存在する。炭素粒子３９９６は、導電性であり、グラフェン、カーボンナノオニオン（ＣＮＯ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、又はこれらの任意の組み合わせなどの同素体を含んでもよい。炭素粒子３９９６の一部又は全部は、これらの同素体のサブ粒子の凝集体であり得る。いくつかの実施形態において、炭素マトリクス３９９１の大部分は、グラフェンであり得、例えば、炭素マトリクス３９９１内の炭素粒子の５０％超、８０％超、又は９０％超であり得る。いくつかの実施形態では、状態ディスプレイ３９９０は、ポリマーによって互いに架橋された複数の炭素粒子を含む電気泳動ディスプレイマトリクスであり、ここで、マトリクスは、ｉ）  炭素粒子間の平均距離が１０μｍまでの粒子間空隙率、又はｉｉ）  ２００ｎｍを超える平均空隙率を有する粒子内空隙率、のうちの少なくとも１つを含む空隙率を有する。プリント視覚ディスプレイのさらなる詳細は、２０１９年６月２５日に出願され「Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ（電気泳動ディスプレイ）」と題された米国特許仮出願第６２／８６６，４６４号に見出すことができ、これは、本願の譲受人によって所有され、その全体が参照により組み込まれる。
【００５７】
ＥＭＳＤの独立したセンサ部分の数に基づいて感度のダイナミックレンジを特定する技術が図３Ｃに示されている。
【００５８】
図３Ｃは、電磁状態センシングデバイスのダイナミックレンジを特定するための選択チャート３Ｃ００である。オプションとして、選択チャート３Ｃ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実装することができる。選択チャート３Ｃ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【００５９】
図示のように、細長いＥＭＳＤにおいて使用されるより多くのセンサ部分は、より正確な測定値を得ることができる。図において、３ｄＢのダイナミックレンジは、２の比率に対応し（１ビットは１つのセンサ部分に対応）、６ｄＢは、４の比率に対応し（２ビットは２つのセンサ部分に対応）、９ｄＢは、８の比率に対応する（３ビットは３つのセンサ部分に対応）。例として、独立したセンサが１つのみである場合、読み取り値（ｒｅａｄｉｎｇ）は、大きなプラス又はマイナス誤差を有する｛空又は満充填｝であり得るが、一方、３つのセンサ部分（例えば、製品内容物がどのように減少するかの方向において等しい間隔で配置された３つの部分）がある場合、３つのセンサの各々からの読み取り値の組み合わせは、約１／１６のプラス又はマイナス誤差を有する｛満充填，７／８，３／４，５／８，１／２，３／８，１／４，１／８，又は空｝を示すことができる。すなわち、種々の表示は、製品内容物が種々の共振部分を完全にカバーするか、部分的にカバーするか、又はカバーしないかに対応する環境条件から生じる。
【００６０】
これまでに説明された実施形態は、少なくとも部分的には、ＥＭＳＳＤ部分からの読み取りに依存しており、ここで、異なる環境で各部分は、異なるそれぞれのリターンシグネチャでピンに応答する。異なるそれぞれのリターンシグネチャは、種々の環境内で測定されることができ、図４Ａ１及び図４Ａ２に示されるように、リターンシグネチャの読み取り値を較正点として使用することができる。
【００６１】
図４Ａ１及び図４Ａ２は、それぞれ、第１環境（例えば、粉末がほぼ満充填のカートン）及び第２環境（例えば、ほぼ空のカートン）における電磁状態センシングデバイスの等価回路モデル４Ａ１００及び４Ａ２００である。オプションとして、等価回路モデル又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。等価回路モデル又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【００６２】
例示的実施形態では、ＥＭＳＤの各部分に使用される各炭素含有材料（すなわち、インク）は、異なる同調周波数（ｔｕｎｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）で共振するように、別様に調製されている。材料共振の物理的現象は、対応する分子及び／又は形態学的組成に関して説明されることができる。具体的には、第１分子構造を有する材料は、特定の環境中では第１周波数で共振するが、異なる第２分子構造を有する材料は、同じ特定の環境中では異なる第２周波数で共振する。同様に、第１分子構造を有する材料は、特定の環境下では第１周波数で共振するが、同一の分子構造を有する同一の材料は、異なる環境下では異なる第２周波数で共振する。多くの場合、前述の共振周波数は、特定の環境内に位置する場合、組成に固有の特徴を形成する。例えば、第１の炭素含有インクは、主にグラフェンで調製され得る。第２炭素含有インクは、第１インクと類似であってもよいが、分子構造が第１炭素含有インクとは異なり、例えば、異なる組成（例えば、多層球状フラーレン又は他の同素体を添加したもの）又は構造（例えば、第１のインクよりも層数が少ないか、又は層数が多いグラフェン）を有する。
【００６３】
この現象は、本明細書に記載の技術を用いて制御可能である。より詳細には、（１）材料を、選択された周波数で自然に共振するように調整することができ、（２）異なる環境における材料の応答を測定し、較正に使用することができる。
【００６４】
図４Ａ１及び４Ａ２に示すように、かつ本明細書の中で述べられるように、第１環境における第１共振部分からの第１ピンリターン測定値と、第２環境における同じ共振部分からの第２ピンリターン測定値との間の差は、共振周波数の差に対応する。さらに、他のパラメータが等しい場合、第１環境と第２環境との間の差異は、製品センシング状態（例えば、製品が存在するか、製品が存在しないか）に対応し得る。製品センシング状態（例えば、状態＝製品の存在又は状態＝製品の非存在）間の共振周波数の差は、その場で（ｉｎ  ｓｉｔｕ）測定することができる。場合によっては、製品センシング状態間の共振周波数の差を計算することができる。製品センシング状態間の共振周波数の差が経験的に測定される（例えば、較正のため）か、製品センシング状態間の共振周波数の差が計算されるかにかかわらず、この現象は、センサ内の材料の原子構造又は分子構造によって、及び／又は測定時に存在する環境条件によって起こる。以下段落では、この現象を段階的に説明する。
【００６５】
当該技術分野で知られているように、原子は、特定の元素に対して固有周波数において電磁放射を発する。すなわち、特定の元素の原子は、その原子の構成の特性に対応する固有振動数を有する。例えば、セシウム原子が刺激されると、価電子はより低いエネルギ状態（例えば基底状態）からより高いエネルギ状態（例えば励起エネルギ状態）へとジャンプする。電子がエネルギの低い状態に戻ると、光子の形で電磁放射を発する。セシウムについては、放出される光子は９．１９２６３１７７０ＴＨｚのマイクロ波周波数範囲である。
【００６６】
複数の原子から形成された分子のように、原子よりも大きい構造体もまた、予測可能な周波数で共振（すなわち、電磁放射）する。例えば、バルク中の液体水は１０９．６ＴＨｚで共振する。張力のある（ｉｎ  ｔｅｎｓｉｏｎ）水（例えば、バルクの表面、表面張力の種々の状態）は、１１２．６ＴＨｚ又はその付近で共振する。
【００６７】
炭素原子と炭素構造はまた、構造に依存する固有振動数を示す。例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の固有共振周波数は、ＣＮＴのチューブの直径及び長さに依存する。制御された条件下でＣＮＴを成長させる（例えば、チューブの直径と長さを制御する）ことは、構造の固有共振周波数を制御することにつながる。したがって、ＣＮＴを成長させることは、所望の共振周波数に同調するための１つの方法である。
【００６８】
炭素から形成された他の構造は、制御された条件下で作製することができる。かかる構造には、カーボンナノオニオン（ＣＮＯ）、炭素格子、グラフェン、グラフェンベースの他の炭素含有材料、工学的ナノスケール構造など、及び／又はそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。かかる構造は、特定の同調周波数で共振するように形成することができ、及び／又は、かかる構造は、後処理において所望の特性又は性質を得るように変更されることができる。例えば、ポリマーと混合された場合の高い補強値などの所望の特性は、材料の選択及び特定の組み合わせの比率、及び／又は他の材料の添加によってもたらされることができる。
【００６９】
さらに、かかる複数の構造のコロケーションは、さらなる共振効果を導入する。例えば、２枚のグラフェンシートは、シートの長さ、幅、間隔、間隔の形状、及び／又は他の物理的特性、及び／又は互いに並置することに依存する周波数で、互いに共振し得る。
【００７０】
前記材料は、特定の測定可能な特性を有する。これは、自然界に存在する材料や、工学的に作製された炭素同素体にも当てはまる。こなどの操作された炭素同素体は、物理的特性を示すように調整することができる。例えば、炭素同素体は、（ａ）構成一次粒子の特定の配置、（ｂ）凝集体の形成、及び（ｃ）凝集体の形成に対応する物理的特性を示すように設計することができる。これらの物理的特性の各々は、対応する特定の炭素同素体を用いて形成される材料の特定の共振周波数に影響を及ぼす。
【００７１】
特定の共振周波数に対応する特定の物理的構成に対して特定の炭素ベースの構造を調整することに加えて、炭素含有化合物は、特定の共振周波数又は一組の共振周波数に調整することができる。一組の共振周波数は「共振プロファイル」と呼ばれる。特定の炭素ベースの構造を一組の共振周波数を発するように調整するための１つの可能な技術が、以下のように開示されている。
【００７２】
周波数同調材料の形成
炭素含有共振材料は、特定の電気インピーダンスを有するように材料を構成する特定の化合物を調整することによって、特定の共振プロファイルを示すように調整することができる。異なる電気インピーダンスは、したがって、異なる周波数応答プロファイルに対応する。
【００７３】
インピーダンスは、交流電流が素子を通って流れることがどれくらい難しいかを記述する。周波数領域では、インピーダンスは、インダクタとして挙動する構造に起因する実数成分と虚数成分を有する複素数である。虚数成分は、特定の構造の周波数ｆ及びインダクタンスＬに基づく誘導性リアクタンス成分ＸＬである：
【数１】
2021533376.tif 000003
【００７４】
受信周波数が増加するにつれて、リアクタンスも増加し、その結果、ある周波数閾値において、共振応答が減衰する。インダクタンスＬは、材料の電気インピーダンスＺの影響を受け、ここでＺは、次の関係によって、透磁率μ及び誘電率εの材料特性に関係する：
【数２】
2021533376.tif 000004
【００７５】
したがって、材料特性の調整は電気インピーダンスＺを変化させ、これはインダクタンスＬに影響を及ぼし、結果としてリアクタンスＸＬに影響を及ぼす。
【００７６】
本実施形態は、異なるインダクタンスを有する炭素含有構造が異なる周波数応答を有することを観察する。すなわち、（電気インピーダンスＺに基づく）高いインダクタンスＬを有する炭素含有構造は、より低いインダクタンスを有する別の炭素含有構造よりも低い周波数である特定のリアクタンスに到達する。
【００７７】
さらに、本実施形態は、特定の製品状態センサの要件に従って調整されるべき炭素含有化合物を調製する際に、透磁率、誘電率、及び導電率の材料特性を利用する。
【００７８】
第１炭素含有構造は第１周波数で共振するが、同じ構造は、その構造が異なる環境にあるとき（例えば、炭素含有構造が環境の構造と物理的に接触しているとき）、第２周波数で共振することが観察される。
【００７９】
図示のように、共振周波数は、コンデンサＣ１及びインダクタＬ１を含む等価電気回路に相関させることができる。周波数ｆ１は、次式で与えられる：
【数３】
2021533376.tif 000005
【００８０】
容器内の液体がもはやセンサに接触していない場合、又はセンサが取り付けられている容器の壁に隣接していない場合のように、環境がわずかに変化すると、環境変化によって、構造全体のインダクタンス及び／又はキャパシタンスが変化する。この変化は、コンデンサＣ２及びインダクタＬ２を含む等価電気回路と相関させることができる。周波数ｆ２は、次式で与えられる：
【数４】
2021533376.tif 000006
【００８１】
量ｆ１−ｆ２は、２つの読み取り値を比較するとき、又は読み取り値を較正点と比較するときに使用されるので、量ｆ１−ｆ２の大きさが感度を決定する。したがって、ＥＭＳＤの印刷部分の幾何学的形状（例えば、導線の長さ、導線の幅、曲率など）及び炭素含有インクに使用される炭素の選択は、ＥＭＳＤの感度を特定する際に、しばしば支配的な要因である。ＥＭＳＳＤの一部の共振周波数は（例えば、前述の方程式を用いて）計算することができるが、多くの展開シナリオは、較正点を形成するために経験的データ捕捉技術に依存する。多くの場合、測定される較正点が多いほど、正確に測定される。種々の較正シナリオでは、容器及び／又は意図された内容の各バリエーションに対して、多くのセットの較正点が取られ、保存される。
【００８２】
図４Ｂは、異なる環境における電磁状態センシングデバイスを較正するために使用されるような経験的データ捕捉技術４Ｂ００を示す。オプションとして、経験的データ捕捉テクニック４Ｂ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。経験的データ捕捉テクニック４Ｂ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【００８３】
この経験的データ捕捉技術の実際的な使用は、複数部分ＥＭＳＳＤの各特定部分の実際の測定値の捕捉をもたらす。例示的な使用シナリオでは、図４Ｂに示されるような３列のテーブルが、一連の経験的測定を取得することによって構築される。具体的には、ＥＭＳＳＤの各独立部分について、刺激に対する応答を２つの異なる環境条件下で測定する。ＥＭＳＳＤの特に調整された独立部分の経験的応答は、第１環境（ＲＥＮＶ１と称される）で測定され、記録される。次に、ＥＭＳＳＤの特に調整された独立部分の経験的応答が、第２環境（ＲＥＮＶ２と称される）で測定され、記録される。厳密に言えば、第１環境は、容器が満充填又はほぼ満充填の場合であり、第２の環境は、容器が空の場合又はほぼ空の場合である。
【００８４】
図示のように、
ＲＥＮＶ１は、（１）ＥＭＳＳＤの非依存部分を形成する材料の透磁率、及び（２）局所環境の誘電率という２つの主要変数の関数であることが分かる。かかる、その場測定は、各独立部分に対して、第１環境について及び第２環境について取得される。
【００８５】
ＥＭＳＳＤが多数の非依存部分（例えば、部分ＩＤ＃２  ３０２、部分ＩＤ＃３  ３０３、部分ＩＤ＃９９  ３９９など）で構成されている場合、内容の非常に正確なアセスメントを行うことができる。図４Ｂの描写は、経験的測定シナリオ４６０、すなわち、ＳｔａｔｅＦｕｌｌシナリオ４６１、Ｓｔａｔｅ  Ｎｅａｒ  Ｅｍｐｔｙシナリオ４６２、及びＳｔａｔｅＨａｌｆシナリオ４６３を含む。この例では、環境１は、容器が満杯の場合の一組の条件に対応し、一方、環境２は、容器が空の場合の一組の条件に対応する。したがって、容器が完全に満充填である状況では、ＥＭＳＤの各独立部分は、ＲＥＮＶ１に対応する応答と共振する。比較のために、容器がほぼ空の状態では、「底部」部分（部分ＩＤ＃９９）以外のＥＭＳＤの各独立部分は、ＲＥＮＶ２に対応する応答と共振する。ただし、「底部」部分（部分ＩＤ＃９９）は、ボトム部分＃９９の近くに残るコンテンツのため、ＲＥＮＶ１に対応する応答と共振する。
【００８６】
（１）ＥＭＳＳＤのうち、容器を横切って垂直に積層された４個の独立した部分（例えば、容器内の内容物の量を検出するために、容器の上部から下部にかけて延在する）と、（２）上部の２個の部分がＲＥＮＶ１に対応する応答と共振し、（３）下部の２個の部分がＲＥＮＶ２に対応する応答と共振する場合には、容器の容量は半分であると考えられる。
【００８７】
いくつかの実施形態は、周波数領域で広く分離された（ｗｉｄｅｌｙ  ｓｅｐａｒａｔｅｄ）異なる中心周波数で共振するように、異なる炭素含有インクを調整することを含み得る。そうすることにより、特定の独立部分を刺激するために使用されるピン周波数もまた、広く分離され得ることになる。ＥＭＳＤの複数の独立した部分は、「チャープ」技術を用いて連続的に刺激することができ、そこでは、異なる周波数における連続したピンが、ＥＭＳＤの所与の非依存部分からの応答シグネチャが、ＥＭＳＤの他の部分からの任意の高調波応答よりもはるかに高い振幅であるように、時間スライスにわたって分離される。１つの可能なシグネチャ捕捉技術が示され、図５Ａに関連するように説明される
【００８８】
図５Ａは、一実施形態による、電磁状態センシングのために使用されるシグネチャ捕捉技術５Ａ００を示す。オプションとして、シグネチャ捕捉技術５Ａ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実装され得る。シグネチャ捕捉技術５Ａ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【００８９】
図５Ａは、炭素含有同調共振材料から形成されたＥＭＳＤの独立部分がチャープ信号によって刺激された後に、戻された信号シグネチャを捕捉し、解析するための技術に関して示されている。具体的には、図は、近傍の容器上のＥＭＳＳＤから取得される測定５５０を示す。チャープ信号シークエンスでＥＭＳＳＤを刺激する結果として、ＥＭＳＳＤは応答する（例えば、共振発光を介して）。リターン応答（例えば、リターン信号５１２１、リターン信号５１２２）は、各ＥＭＳＳＤから捕捉される。より具体的には、容器上の第１ＥＭＳＳＤ５０４１が、ピン（例えば、チャープ信号５１０１のチャープシーケンスからのピン）によって刺激されると、リターン信号５１２１が受信され、処理される。同様に、容器上の第２ＥＭＳＳＤ５０４２が、ピン（例えば、チャープ信号５１０２のチャープシーケンスからのピン）によって刺激されると、リターン信号５１２２が受信され、処理される。
【００９０】
図示のように、特定の容器は、複数のＥＭＳＳＤを含み得、各ＥＭＳＳＤは、それぞれの識別部分及び状態部分、並びに別個のＲＦＩＤを有する。一例として、容器は、薬剤（例えば、喘息治療用）をディスペンスするためのディスペンサ（例えば、吸入器）の形態である可能性があり、ディスペンサは、任意のＥＭＳＳＤとは別個に、それ自身のＲＦＩＤを有する可能性がある。ＲＦＩＤは、例えば、製品識別又は在庫管理の目的で、ディスペンサの製造時にディスペンサに適用されている可能性がある。ＥＭＳＳＤは、特定の患者のための量及び投薬情報を追跡するためのように、処方箋を履行する時に調合者又は薬局によって、おそらく接着剤ラベルを用いて、適用される可能性がある。種々の理由により、ＥＭＳＳＤの識別部分は、異なる周波数で動作するように構成され得る。例えば、第１ＥＭＳＳＤの識別部分は１２５ｋＨｚで動作し、第２ＥＭＳＳＤの識別部分部分は１３．６ＭＨｚで動作する可能性がある。
【００９１】
前述のチャープ／ピン信号は、トランシーバ５１４によって送信されることができる。また、リターン信号は、同じ（又は異なる）トランシーバ５１４によって受信することができる。図示されるように、チャープ信号は、チャープの反復シークエンス（例えば、チャープシグナル５１０１、チャープシグナル５１０２）で生じ得る。例えば、チャープ信号シーケンスは、１ＧＨｚのピン、２ＧＨｚのピン、３ＧＨｚのピンなどを含むパターンを繰り返すピン制御ユニット５１６によって管理されることができる。チャープシークエンス全体を連続的に繰り返すことができる。ある場合には、各ピンの間に短い周期があり、共振材料（リターン信号５１２１、リターン信号５１２２）からのリターン信号が、ピンの終了の直後に（例えば、シグネチャ解析モジュール５５４において）解析され得る。他の場合には、ピン刺激に対応する信号とリターン応答のシグナルが同時に存在する。トランシーバ５１４、ピン制御ユニット５１６、及びシグネチャ解析モジュール５５４は、全て、ユーザーデバイス及びソフトウェアアプリケーション（例えば、移動又は固定デバイス）上に存在することができるか、又は、ユーザーデバイス及びサーバなど、ユーザーデバイスと通信する複数のデバイス上に分散してもよい。デジタル信号処理技術を用いて、リターン応答の信号を、ピン信号と区別することができる。例えば、リターン応答が多くの異なる周波数（例えば、上音（ｏｖｅｒｔｏｎｅｓ）、サイドローブなど）にわたるエネルギを含む状況では、ノッチフィルタが、刺激の周波数をフィルタリングするために用いられることができる。
【００９２】
単一の容器が２つ以上のＥＭＳＳＤをホストする場合、各個々のＥＭＳＳＤは、異なる環境条件下で異なる共振応答を発するように調整され得る。例えば、いくつかのＥＭＳＳＤは、容器の内容物の変化に応答するように調整され、一方、他のＥＭＳＳＤは、環境中の微粒子又はガスの存在に応答するように調整される。
【００９３】
ガスの存在を検出するために、ＥＭＳＳＤは、分析物（ａｎａｌｙｔｅ）にセンシティブである検知材料（例えば、酸化還元メディエータ）を含むように構成され、その結果、ＥＭＳＳＤが分析物に曝露されると、ＥＭＳＳＤの構成要素の１つ又は複数のキャパシタンスが変化する。したがって、分析物の存在下での応答は、分析物の不存在下での応答とは異なる。より具体的には、センシング材料の誘電率及び／又は透磁率は、分析物への曝露に伴って変化し、次に、ＥＭＳＳＤの１つ以上の構成要素（例えば、容量要素）の容量が変化し、これは、分析物の存在を示す。
【００９４】
分析物をセンシングするための一般的アプローチに関するさらなる詳細は、２０１９年１月３日出願の米国特許出願第１６／２３９，４２３号「ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＧＡＳ  ＳＥＮＳＯＲ（共振ガスセンサ）」に記載されており、その全体は、参照により本明細書に組み込まれているいる。
【００９５】
図５Ｂは、一実施形態による、電磁状態センシングのために使用されるシグネチャ解析技術５Ｂ００を示す。オプションとして、シグネチャ解析技術５Ｂ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。シグネチャ解析技術５Ｂ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【００９６】
図５Ｂは、識別情報だけでなく、製品状態情報も発することができるセンシングデバイスに関連する態様を示す。図５Ｂに図示されるとともに記載された状況を含む多くの状況において、製品状態情報は、所定の較正点と比較される測定に基づいて特定される。
【００９７】
図示のように、システムフローはステップ５７０で開始する。選択されたピン周波数のピン信号は、ピン制御ユニット５１６によって伝送される。ピン信号生成機構及びピン信号伝送機構は、任意の公知の技術を使用することができる。厳密には、一例として、送信器モジュールは、選択された周波数（例えば、３ＧＨｚ）を生成することができ、アンテナ又は複数のアンテナを使用してその信号を放射することができる。同調アンテナの設計及び位置は、ピンの強度が近傍のＥＭＳＤに通電し及び／又は近傍のＥＭＳＳＤにおいて共振を誘起するのに十分であるように、任意の同調アンテナの幾何学的形状及び／又は材料及び／又は位置に対応することができる。いくつかの実施形態では、複数の同調アンテナが、対応するＥＭＳＳＤに近接する構造部材の上又は内部に配置される。そのようにして、ＥＭＳＳＤがピンによって刺激されると、それはシグネチャと再び共振する（ｒｅｓｏｎａｔｅｓ  ｂａｃｋ）。そのシグネチャは、受信され得（ステップ５７４）、受信されたシグネチャ５７６を含むデータセットに記憶され得る。ピンの伝送シーケンスと、その後のシグネチャの受信は、ループ内で繰り返されることができる。
【００９８】
例えば、図示されるように、反復パスの過程で、ピン周波数が変更される（ステップ５７２）（すなわち、判断５８０の「はい」分岐を参照）。ステップ５７４が実行され、受信シグネチャ５７６が処理されると、第１シグネチャ５７８１、第２シグネチャ５７８２、第Ｎシグネチャ５７８Ｎなどが記憶される。反復の数は、判断５８０によって制御することができる。判断５８０の「いいえ」分岐が取られると（例えば、伝送すべき追加のピンがない場合）、受信されたシグネチャは、シグネチャ解析モジュール５５４内のデジタル信号処理モジュールに提供され得る（ステップ５８２）。デジタル信号処理モジュールは、シグネチャを一組の較正点５８６に対して分類する（ステップ５８４）。較正点は、特定のピン周波数に対応し、及び／又は較正点は、その場環境（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）内で測定された特定のシグネチャに対応し得る。例えば、第１較正点５８８＿１は、ディスペンサ内の薬剤の「満充填」状態を示すものとして分類される第１リターンシグネチャを特徴付けることができ、第２較正点５８８２は、ディスペンサ内の薬剤の「半充填」状態を示すものとして分類される第２リターンシグネチャを特徴付けることができ、同様に、第Ｎ較正点についても同様である。
【００９９】
ステップ５９０において、分類された信号は、アップストリームのネットワークデバイスに送信される。いくつかの実施形態では、分類された信号は、次に、機械学習データベースをホストするアップストリームリポジトリに分類された信号を伝送するネットワークハブによって中継される。かかる機械学習データベースは、所与のセットのセンシングされた測定値が特定の製品状態と相関するように訓練され得る。
【０１００】
図６は、補充システムのハブ１０６として使用される仮想アシスタント６００を示す。オプションとして、仮想アシスタント６００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。仮想アシスタント６００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【０１０１】
再び図１を参照すると、ハブ１０６は、ネットワーク通信を実施する任意のデバイスであり得る。場合によっては、ハブは、人間のユーザと自然言語通信する能力を含む。図示の例では、ハブ１０６は仮想アシスタントによって実装されている。仮想アシスタントは、「アマゾンＥＣＨＯＲ（Ｒ）」、「ＧＯＯＧＬＥ  ＨＯＭＥＲ（Ｒ）」、「ＮＥＳＴ  ＨＵＢＴＭ」などのデバイスに例示されるような任意のデバイスであることができます。本明細書で使用される仮想アシスタントは、（１）ネットワーク接続され、（２）音声入力トランスデューサ（例えば、マイクロホン）及び音声出力トランスデューサ（例えば、スピーカ）を使用して、人間のユーザと自然言語通信を行うことができる、任意のデバイスである。
【０１０２】
図１に示されるような環境内で使用される場合、仮想アシスタントは、自然言語会話の結果と組み合わされたＥＭＳＤ読み取りに基づく補充を容易にすることができる。あるシナリオでは、ＥＭＳＳＤ値は腐りやすい製品がその有効期限に達したことを示す。デジタルアシスタントは、「ケールが悪くなっています。今、もう一度注文したいですか？」という音対話を話す可能性がある。かかるシナリオでは、ユーザは、可聴の「はい」で応答することができ、それは、仮想アシスタントに１つ以上のアップストリームメッセージ１２５（例えば、ユーザの信用証明書を含む可能性がある）を伝送させる可能性があり、アップストリームメッセージは補充オーダー６２０を含み得る。その後、デジタルアシスタントから上流にある動作要素（例えば、サーバ）は、ダウンストリームメッセージ１２６を伝送し、ダウンストリームメッセージは補充状態６２２を含み得る。
【０１０３】
場合によっては、例えば、図１に示されるような環境内で使用される場合には、仮想アシスタントは、ＥＭＳＳＤによって発せられた信号の処理を容易にすることができる。特に、仮想アシスタントは、タイプ１モバイルデバイス１３１及び／又はタイプ２モバイルデバイス１３２及び／又は質問デバイス１３３との通信を実行することができる。かかる通信は、仮想アシスタントのＮＦＣユニット６０２（図６）、仮想アシスタントのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（Ｒ）低エネルギユニット（ＢＬＥ）６０４、又は仮想アシスタントのＷｉ−Ｆｉユニット６０６を使用して実行することができる。さらに、種々のプロトコルのいずれかを実装することができ、その結果、製品識別、及び／又は製品状態センシング、及び／又はルールの適用のために必要な任意の動作は、モバイルデバイス、及び／又は質問デバイス、及び／又は仮想アシスタント、及び／又は任意の他のネットワーク接続デバイスによる、任意の組み合わせで実行されることができる。
【０１０４】
以下の図は、ルールを形成し実行するための技術に関するものであり、論理的な動作の流れを示すのに役立つ。上述のように、任意のルール若しくはその一部の適用に対応する処理、及び／又は任意の個々の動作の実行に対応する処理は、任意の動作要素で実行可能である。
【０１０５】
図７Ａは、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システムで使用されるルールコード化技術（ｒｕｌｅ  ｃｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を示す。オプションとして、ルールコード化技術７Ａ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。ルールコード化技術７Ａ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【０１０６】
前記に基づいて容易に理解されるように、所与の設定（例えば、住居、自動車、船舶等）に位置し得る多くの製品が存在し、故に、前記のＥＭＳＳＤが、多くの異なるタイプの状態を有する多くの異なるタイプの製品、及び特定の状態タイプの多くの異なる状態に適用され得るので、したがって、特定の製品の１つ以上状態の特定は、製品識別に基づく特定の処理によって容易にされ得る。例えば、ＥＭＳＤの識別部分へのピンの結果として、製品が特定のブランドの６４オンスの洗剤ボトルとして識別され得る場合、ＥＭＳＳＤの残りの部分の特定の構成は、データベースのルックアップによって知ることができる。例えば、データベース内のルックアップから戻されたデータは、その製品及びその特定の容器（すなわち、６４オンスの洗剤ボトル）に対するＥＭＳＳＤ構成が、８つの異なる刺激周波数に応答する８つの異なる共振部分を含むことを示し得る。
【０１０７】
さらに、データベース内のルックアップから戻されたデータは、その製品及びその特定の容器（すなわち、６４オンスの洗剤ボトル）に対するＥＭＳＳＤ構成が３２の異なる較正点を含むことを示し得る。このように、製品が特定されると、ＥＭＳＳＤ構成に関する多くの情報を既知とすることができる。さらに、製品が特定されると、製品状態のために実行すべきさらなるステップが特定される。図７Ａに示されているようなフローは、任意のルールを実行するために任意のデバイスに送ることができるように、ルールコード化技術を実装する。
【０１０８】
図に示すように、フローはイベント７０１によって開始され、このイベントはスマートフォンなどのユーザーデバイス上のアプリから発生する可能性があります。ユーザーデバイスは、ピン周波数を発することによって、イベントに応答する（ステップ７０２）。ピンの特定の周波数は、最初に、ピン周波数テーブル７２０から既知であり得、このテーブルは、ユーザーデバイスにアクセス可能なデータ構造として実装される。出力ピン又はピンの結果として、少なくとも１つの識別信号７０３が、ＲＦＩＤ又はＥＭＳＤの識別部分から発せられる。識別信号７０３は、受信され（ステップ７０４）、その識別信号は、任意の既知の信号処理技術を使用してバイナリ表現に変換される（ステップ７０６）。このバイナリ表現は、１つ以上のルールセット１２１から１つ以上のルールをルックアップするために使用される（ステップ７０８）。１つ以上のルールは、任意の位置の任意の記憶デバイスを使用して記憶されることができ、デバイス間通信のための任意の既知の方法を使用することによって検索することができる。多くの場合、１つ以上のルールは、（１）対応するＥＭＳＳＤタイプ、（２）較正点の位置、（３）閾値、及び（４）追加のピン命令、に関する情報を含む。
【０１０９】
各ルールは、ルールのオペランドに対応するデータをルックアップすることによって（ステップ７１０）、及びルールのオペランドに適用するための動作をルックアップすることによって（ステップ７１２）、コード化（ｃｏｄｉｆｉｅｄ）されることができる。厳密には、一例として、ルールは、「エラーの場合、再試行＞Ｔ（Ｒｅｔｒｙ  ｉｆ  ｅｒｒｏｒ  ＞Ｔ）」を示すことができ、ステップ７１０は、例えば５０％の数値を決定するために「Ｔ」をルックアップすることができ、ステップ７１２は、「再試行」の動作に関連する詳細をルックアップすることができ、これは、例えば、再試行の前に待機する時間を含むことができる。場合によっては、ルールが実行される特定のプラットフォームでオペランドの数値が特定される。
【０１１０】
ルールがステップ７１０及びステップ７１２を通して処理されると、フローはプラットフォームに依存しないルール表示７１５を発し、それがその後実行のためにデバイス（例えば、ハブ又はスマートフォン）に伝送される。
【０１１１】
図７Ｂは、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システムで使用されるルール実行技術７Ｂ００を示す。
オプションとして、ルール実行技術７Ｂ００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。
ルール実行技術７Ｂ００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【０１１２】
図示のように、ルール実行技術７Ｂ００は、デバイス（例えば、ハブ又はスマートフォン）がプラットフォームに依存しないルール表現を受信したときに開始される（ステップ７５２）。プラットフォームに依存しないルール表現の各々は、デコードされ（ステップ７５４）、デバイス上の対応するエントリポイントを特定する。また、各プラットフォームに依存しないルール表現は、オペランドを識別するためにデコードされる（ステップ７５６）。フォーマットテーブル７５７は、特定のプラットフォームに依存しないオペランド表現をプラットフォーム固有のオペランド表現に変換するために使用され得る。その後、各エントリポイントに対して、オペランドは、プラットフォームのコンピュータハードウェア及びソフトウェアアーキテクチャに対応するようにフォーマットされ（ステップ７５８）、プラットフォームに依存しないルールがデバイス上で実行される（ステップ７６０）。場合によっては、オペランドが数値表現にデコードされないことがあるが、むしろ、オペランドはさらにエントリポイント又はサブルーチンにデコードされる。一例として、フォーマットテーブル７５７に示されるオペランド「スイープ」は、周波数スイープ動作における多くの範囲をカバーするサブルーチンを参照することができる。
【０１１３】
図８は、一実施形態による、電磁状態センシングデバイスに基づく補充システム（ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）で使用される例示的なプロトコル８００を示す。オプションとして、プロトコル８００又はその任意の態様の１つ以上の変形例を、本明細書に記載する実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実施し得る。プロトコル８００又はその任意の態様は、任意の環境で実装することができる。
【０１１４】
図示されたプロトコルは、
（１）近位ＥＭＳＤ８０１、（２）ユーザーデバイス８０２、（３）ネットワークハブ８０３、及び（４）アップストリーム処理ユニット８０４の４つのデバイスを含む。図示のように、プロトコルは、ユーザーデバイスによって開始される。具体的には、ユーザーデバイス８０２は、第１ピン（放射８０６）を発する。第１ピンからのエネルギにより、近位ＥＭＳＤ８０１は、信号（放射８０７）を発し、この信号は、識別信号（放射８０８）として解釈される部分を含む。識別信号は、製品ＩＤにデコードされ（動作８１０）、識別信号は、ネットワークハブに送信される（メッセージ８１２）。
【０１１５】
ネットワークハブ８０３は、放射８０７の全部又は一部を処理するための第１ローカル処理を実行し（動作８１４）、その後、放射８０７の全部又は一部をアップストリーム処理ユニット８０４に送信する（ペイロードメッセージ８１６）。アップストリーム処理ユニット８０４（すなわち、例えば、ＲＦＩＤリーダを有する質問デバイスを含み得るアップストリームコンピューティングデバイス）は、ルールセット１２１からＥＭＳＳＤルールにアクセスし、第１アップストリーム処理８１８を実行する。ＥＭＳＳＤルールは、プラットフォームに依存しないルールとして符号化され、ネットワークハブに送信され（メッセージ８２０）、ネットワークハブは、その後、プラットフォームに依存しないルールの全部又は一部をユーザーデバイスに中継する（メッセージ８２２）。
【０１１６】
プロトコルのこの時点で、ユーザーデバイスは、近位ＥＭＳＤの特性に関する十分な情報（例えば、第２〜第Ｎピン信号特性８２４を特定することによってメッセージの処理から生じる）を有し、したがって近位ＥＭＳＤの任意の１つ以上の共振部分をピンすることによってＥＭＳＳＤの状態部分を質問することができる。このプロトコルでは、第２ピン（放射８２６）しか示されていないが、大抵の場合、近位ＥＭＳＤの多くの共振部分が存在し、これらの部分の一部又は全部が、ユーザーデバイスによって（例えば、連続して）質問される。
【０１１７】
第２ピンに応答して、近位ＥＭＳＤの共振部分は、状態信号（放射８３０）を発する方法で共振（放射８２８）する。状態信号は、１つ以上のルールを適用することによって、ユーザーデバイスで処理される（動作８３２）。この実施形態では、状態信号及び／又は状態信号の処理からの任意の派生物（ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ）の全て又は一部が、ネットワークハブに送信され（メッセージ８３４）、ネットワークハブは第２ローカル処理を実行する（動作８３６）。第２ローカル処理は、アップストリーム処理ユニットに送られるメッセージのペイロードを形成することを含む（メッセージ８３８）。アップストリーム処理ユニットは、順に、第２アップストリーム処理８４２を実行する。
【０１１８】
プロトコルのこの時点で、少なくともアップストリーム処理ユニットは、特定の製品の特定のユニットの特定の状態に関する情報を有する。このようにして、アップストリーム処理ユニットは、注文処理（ｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔ）に関連する追加のルールを利用することができる。例えば、注文処理ルールは、「この製品の別のユニットが今注文されるべきかどうかをユーザに尋ねる」という意味（ｓｅｍａｎｔｉｃｓ）を持つことがある。かかる追加ルールは、さらなる処理のためにネットワークハブに中継される（メッセージ８４４）。場合によっては、図示のように、ネットワークハブは、追加ルールの全部又は一部をユーザーデバイスに中継する（メッセージ８４６）。
【０１１９】
ユーザーデバイスにおけるかかる追加のルールは、ユーザーデバイスのユーザインターフェース内に確認質問（ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ  ｑｕｅｓｔｉｏｎ）を形成し、提示することを含み得る。場合によっては、ユーザーデバイスにおいて適用されるいくつかの追加ルールがある（動作８４７）。ユーザ応答、例えば「はい、今注文してください。」は、さらなる処理のため及び／又は応答又はその一部を中継するために、ネットワークハブに送信され（メッセージ８４８）、アップストリーム処理ユニットに送信されることがある（メッセージ８５０）。次いで、アップストリーム処理ユニットは、ステップを完了して（動作８５２）、ユーザが確認した注文処理要求を達成することができる。
【０１２０】
ＥＭＳＳＤを用いた製品状態特定の結果、隠れた補充の必要性がユーザに通知された。ユーザの補充の要望を確認し、補充を開始した。場合によっては、明示的なユーザの確認がなくても、実行ルールによって実行開始が許可された。
【０１２１】
追加の実用的な適用実施例
図９は、システム９００を、本明細書で開示された実施形態のうち特定のものを実施するために協働的に動作するように相互接続されたコンピューティングモジュールのアレンジメントとして示す。この実施形態及び他の実施形態は、個別に又は組み合わせて、状態センサを安価に展開する方法に対処する改善された技術プロセスを形成するのに役立つ要素の特定のアレンジメントを提示する。システム９００の分割は、単に例示的なものであり、他の分割が可能である。オプションとして、システム９００は、本明細書に記載される実施形態のアーキテクチャ及び機能性のコンテキストで実装されてもよい。しかしながら、当然のことながら、システム９００又はその中の任意の動作は、任意の所望の環境で実行され得る。
【０１２２】
システム９００は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを含み、メモリは、システムの動作に対応するプログラム命令を格納するように機能する。図示のように、モジュールによってアクセス可能なプログラム命令を使用して、操作の全体又は一部を実施することができる。モジュールは通信パス９０５に接続され、任意の動作は通信パス９０５を介して任意の他の動作と接続されることができる。システムのモジュールは、個々に又は組み合わせて、システム９００内で方法動作を実行することができる。システム９００内で実行される任意の動作は、請求項に明記されない限り、任意の順序で実行され得る。
【０１２３】
図示された実施形態は、システム９００として表されるコンピュータシステムの一部を実装し、システムは、一組のプログラムコード命令を実行する１つ以上のコンピュータプロセッサ（モジュール９１０）と、プログラムコード命令を保持するメモリにアクセスするモジュールとを備え、以下のステップを実行する：アプリをダウンロードするためのユーザーデバイスからの要求に応答するステップであって、応答するステップは、ユーザーデバイスからの要求を受信するステップ、及び、要求に応答してアプリへのアクセスを提供するステップを含み、アプリケーションは、ユーザーデバイスにステップシークエンスを行わせるように構成されている、ステップ（モジュール９２０）；ユーザーデバイスから第１電磁放射ピンを伝送するステップ（モジュール９３０）；製品パッケージに取り付けられた電磁状態センシングデバイス（ＥＭＳＳＤ）から第１電磁放射リターン信号を受信するステップであって、第１電磁放射リターン信号は、第１電磁放射ピンに応答して電磁状態センシングデバイスによって変換され、製品識別コードを含む少なくとも第１情報をエンコードする電磁放射信号を生成する、ステップ（モジュール９４０）；少なくとも部分的に製品識別コードに基づいて選択されたルールを適用するステップ（モジュール９５０）；ルールの適用に応答して第２電磁放射ピンを伝送するステップであって、したがって、第２電磁放射ピンはルールに基づいて調整される（モジュール９６０）；電磁状態センシングデバイスから、製品パッケージ内の内容物に関係する第２情報をエンコードする第２電磁放射リターン信号を受信するステップ（モジュール９７０）；及び、ユーザーデバイスからアップストリームコンピューティングデバイスへ、第２情報の少なくとも一部を送信するステップ（モジュール９８０）。ユーザーデバイスは、例えば、スマートフォンであり得、任意で、静止ＲＦＩＤリーダを含み得る。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、電磁的状態センシングデバイスは、印刷された電磁的状態センシングデバイスであり、これは、第１炭素含有インク及び任意に第２炭素含有インクを含み得る。例えば、印刷された電磁状態センシングデバイスは、製品パッケージ内の内容物が第１状態にある場合には、第２電磁放射信号の第１変形例（例えば、第１リターン信号）を発することができ、製品パッケージ内の内容物が第２状態にある場合には、第２電磁放射信号の第２変形例（例えば、第２リターン信号）を発することができる。いくつかの実施形態において、印刷された電磁状態センシングデバイスは、製品パッケージング上に長手方向に印刷され得る。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、電磁放射リターン信号は、複数の周波数にわたって分布されたエネルギを有し、ユーザーデバイスによって放射され、ユーザーデバイスは、モバイルデバイスである。電磁放射リターン信号は、移動デバイスの電磁放射デバイスによって、又は不動デバイスの電磁放射デバイスによって放射されることができる。厳密には、一例として、電磁放射デバイスは近接場通信デバイスであり得る。
【０１２６】
いくつかの実施形態では、アプリケーションは、製品パッケージ内の内容物に関する第２情報に応答して補充オーダーを発注するようにさらに構成される。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、製品パッケージ内の内容物に関する第２の情報に応答して通知メッセージを送信するようにさらに構成される。通知メッセージは、数量表示、有効期限、再充填日、再充填カウント、ロット番号、化学組成、及び／又は濃度表示のうちの少なくとも１つを含み得る。
【０１２７】
いくつかの実施形態では、アプリケーションは、製品パッケージ内の内容物に関する第２情報の少なくとも一部のログを維持するようにさらに構成される。ログは、ネットワークアクセスポイントによって維持されることができ、ここで、ネットワークアクセスポイントは、音声起動コマンドを受信し得る。ログは、第２情報の少なくとも一部に対応するエントリを含み得る。
【０１２８】
いくつかの実施形態では、アプリケーションは、製品パッケージングに取り付けられた第２電磁気状態センシングデバイス（ＥＭＳＤ）から、電磁放射リレー信号を受信するようにさらに構成され、電磁放射リレー信号は、第２電磁状態センシングデバイスによって変換される。
【０１２９】
前述の変形例は、より多くの又はより少ない図示されたモジュールを含み得る。特定の変形例は、より多く又はより少ない（又は異なる）ステップを実行し得るか、及び／又は特定の変形例はより多くの又はより少ない又は異なる同祭でデータ要素を使用し得る。
【０１３０】
さらに、いくつかの実施形態は、実行される動作の変形例を含み、いくつかの実施形態は、動作で使用されるデータ要素の態様の変形例を含む。
【０１３１】
図１０Ａ〜図１０Ｙは、本発明のいくつかの実施形態による、他の材料上に成長する、構造化炭素、種々のカーボンナノ粒子、種々のカーボン含有凝集体、及び種々の三次元カーボン含有構造を示す。
【０１３２】
ＥＭＳＳＤのいくつかの実施形態では、特定の構成でカーボンナノ粒子及び凝集体を使用する。いくつかの実施形態では、カーボンナノ粒子及び凝集体は、従来のシステム及び方法で達成可能な低均一性、低規則性、低純度の粒子とは対照的に、高い「均一性（ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）」（すなわち、高い所望の炭素同素体の質量分率）、高度の「規則性（ｏｒｄｅ）」（すなわち、低い欠陥濃度）、及び／又は高度の「純度」（すなわち、低い元素不純物濃度）によって特徴づけられる。これは、ＥＭＳＳＤの共振部分の高度の同調性をもたらす。
【０１３３】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される方法を用いて製造されるナノ粒子は、多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）又は連結されたＭＷＳＦを含み、高い均一性（例えば、ＭＷＳＦに対するグラフェンの比が２０％〜８０％）、高度の規則性（例えば、０．９５〜１．０５のＩＤ／ＩＧ比を有するラマンシグネチャ）、及び高度の純度（例えば、（水素以外の）他の元素に対する炭素の比が９９．９％を超える）を有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載される方法を用いて製造されるナノ粒子は、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含み、ＭＷＳＦは、炭素以外の不純物元素からなるコアを含まない。場合によっては、本明細書に記載された方法を用いて製造される粒子は、大きな直径（例えば、直径１０μｍを超える）を有する上記のナノ粒子を含有する凝集体である。
【０１３４】
従来の方法は、高度の規則性を有する（ｗｉｔｈ  ａ  ｈｉｇｈ  ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｏｒｄｅｒ）多層球状フラーレンを含有する粒子を製造するために使用されてきたが、従来の方法は、種々の欠点を有する炭素生成物をもたらす。例えば、高温合成技術は、多くの炭素同素体の混合物を有する粒子をもたらし、したがって、均一性が低く（例えば、他の炭素同素体に対して２０％未満のフラーレン）及び／又は粒径が小さい（例えば、１μｍ未満、又は場合によっては１００ｎｍ未満）をもたらす。触媒を使用する方法は、触媒要素を含む生成物をもたらし、従って、低い純度（例えば、他の元素に対して９５％未満の炭素）を有する。これらの望ましくない特性はまた、しばしば、得られた炭素粒子の望ましくない電気特性（例えば、１０００Ｓ／ｍ未満の導電率）をもたらす。
【０１３５】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、構造の高度の規則性及び均一性を示すラマン分光法によって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される均一、規則的（ｏｒｄｅｒｅｄ）及び／又は純粋なカーボンナノ粒子及び凝集体は、以下に記載されるように、比較的高速、低コストの改良された熱リアクタ及び方法を用いて製造される。さらなる利点及び／又は改善も、以下の開示から明らかになる。
【０１３６】
本開示において、用語「グラフェン」は、１つの原子が各頂点を形成する二次元原子スケールの六方晶格子の形態の炭素の同素体を指す。グラフェン中の炭素原子はｓｐ２結合している。さらに、グラフェンは、（５３２ｎｍの励起レーザーを使用した場合、）約１５８０ｃｍ−１におけるＧモードと、約１３５０ｃｍ−１におけるＤモードの２つの主ピークを有するラマンスペクトルを有する。
【０１３７】
本開示において、「フラーレン」という用語は、中空球体、楕円体、チューブ、又は他の形状の炭素の分子を指す。球状フラーレンは、バックミンスターフラーレン又はバッキーボールとも呼ばれる。円筒状フラーレンは、カーボンナノチューブとも称される。フラーレンの構造は積層されたグラファイトに似ており、六角形の環が結合した、積層されたグラフェンシートで構成されている。ラーレンはまた、五角形（又はときに七角形）の環を含むこともある。
【０１３８】
本開示において、「多層フラーレン」という用語は、複数の同心層を有するフラーレンを意味する。例えば、多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）は、グラフェンの複数の圧延層（ｒｏｌｌｅｄ  ｌａｙｅｒｓ）（同心管）を含む。多層球状フラーレン（ＭＷＳＦｓ）はフラーレンの多重同心球を含む。
【０１３９】
本開示において、用語「ナノ粒子」とは、１ｎｍ〜９８９ｎｍの大きさの粒子を指す。ナノ粒子は、１つ以上の構造特性（例えば、結晶構造、欠陥濃度など）、及び１つ以上のタイプの原子を含むことができる。ナノ粒子は、球状、回転楕円体形状、ダンベル形状、円筒形状、細長い円筒形状、矩形プリズム形状、ディスク形状、ワイヤ形状、不規則的な形状、密な形状（すなわち、ボイドが少ない）、多孔質形（すなわち、多数のボイドを有する）などを含むが、これらに限定されない任意の形であり得る。
【０１４０】
本開示において、「凝集体」という用語は、ファンデルワールス力、共有結合、イオン結合、金属結合、又は他の物理的若しくは化学的相互作用によって互いに連結される複数のナノ粒子を指す。凝集体のサイズはかなり変化し得るが、一般に約５００ｎｍより大きい。
【０１４１】
いくつかの実施態様において、カーボンナノ粒子は、本明細書に記載されるように、２つ以上の連結された多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）と、連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェンの層とを含む。いくつかの実施態様において、カーボンナノ粒子は、本明細書に記載されるように、２つ以上の連結された多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）と、連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェンの層とを含み、ここで、ＭＷＳＦは、炭素以外の不純物元素からなるコアを含まない。いくつかの実施形態において、カーボンナノ粒子は、本明細書に記載されるように、２つ以上の連結された多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）と、連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェンの層とを含み、ここで、ＭＷＳＦは、中心にボイド（すなわち、約０．５ｎｍを超える、又は約１ｎｍを超える炭素原子を含まない空間）を含まない。いくつかの実施態様において、連結されたＭＷＳＦは、不規則で不均一な非晶質炭素粒子の球とは対照的に、ｓｐ２混成炭素原子の同心で良好にルール化された球から形成される。
【０１４２】
いくつかの実施態様において、連結されたＭＷＳＦを含有するナノ粒子は、５ｎｍ〜５００ｎｍ、又は５ｎｍ〜２５０ｎｍ、又は５ｎｍ〜１００ｎｍ、又は５ｎｍ〜５０ｎｍ、又は１０ｎｍ〜５００ｎｍ、又は１０ｎｍ〜２５０ｎｍ、又は１０ｎｍ〜１００ｎｍ、又は１０ｎｍ〜５０ｎｍ、又は４０ｎｍ〜５００ｎｍ、又は４０ｎｍ〜２５０ｎｍ、又は４０ｎｍ〜１００ｎｍ、又は５０ｎｍ〜５００ｎｍ、又は５０ｎｍ〜２５０ｎｍ、又は５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の平均直径を有する。
【０１４３】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子は、凝集体を形成し、ここで、多くのナノ粒子は、より大きな単位を形成するために一緒に凝集する。ある態様において、炭素凝集体は、複数のカーボンナノ粒子を含む。炭素凝集体の直径は、１０〜５００μｍ、５０〜５００μｍ、１００〜５００μｍ、２５０〜５００ｍμｍ、１０〜２５０μｍ、１０〜１００μｍ、１０〜５０μｍの範囲である。いくつかの態様において、凝集体は、上記で定義されるように、複数のカーボンナノ粒子から形成される。いくつかの実施態様において、凝集体は、連結されたＭＷＳＦを含む。いくつかの実施態様において、凝集体は、高い均一性メトリック（例えば、２０％〜８０％のグラフェン対ＭＷＳＦの比）、高度の規則性の程度（例えば、０．９５〜１．０５のＩＤ／ＩＧ比を有するラマンシグネチャ）、及び高度の純度（例えば、９９．９％超の炭素）を有する連結されたＭＷＳＦを含む。
【０１４４】
カーボンナノ粒子の凝集体を作製することの利点の１つは、特に上記の範囲で直径が１０μｍを超える粒子の凝集体は、５００ｎｍ未満の粒子の粒子又は凝集体よりも回収が容易であることである。収集の容易さは、カーボンナノ粒子の製造に使用される製造デバイスのコストを低減し、カーボンナノ粒子の収率を増加させる。さらに、サイズが１０μｍを超える粒子は、より小さなナノ粒子を取り扱うリスクと比較して、より小さなナノ粒子の吸入による潜在的な健康及び安全性のリスクなど、安全性に関する懸念が少ない。健康・安全リスクが低いため、製造コストがさらに低下する。
【０１４５】
いくつかの実施態様において、カーボンナノ粒子は、グラフェンとＭＷＳＦとの比率が、１０％〜９０％、又は１０％〜８０％、又は１０％〜６０％、又は１０％〜４０％、又は１０％〜２０％、又は２０％〜４０％、又は２０％〜９０％、又は４０％〜９０％、又は６０％〜９０％、又は８０％〜９０％である。いくつかの実施態様において、炭素凝集体は、グラフェン対ＭＷＳＦの比率が、１０％から９０％、又は１０％から８０％、又は１０％から６０％、又は１０％から４０％、又は１０％から２０％、又は２０％から４０％、又は２０％から４０％、又は４０％から９０％、又は４０％から９０％、又は６０％から９０％、又は８０％から９０％である。いくつかの実施態様において、カーボンナノ粒子は、１０％〜９０％、１０％〜８０％、又は１０％〜６０％、又は１０％〜４０％、又は１０％〜２０％、又は２０％〜４０％、又は２０％〜９０％、又は４０％〜９０％、又は６０％〜９０％、又は８０％〜９０％のグラフェン対連結されたＭＷＳＦの比を有する。いくつかの実施態様において、炭素凝集体は、グラフェンと連結されたＭＷＳＦとの比率が、１０％〜９０％、１０％〜８０％、又は１０％〜６０％、又は１０％〜４０％、又は１０％〜２０％、又は２０％〜４０％、又は２０％〜９０％、又は４０％〜９０％、又は６０％〜９０％、又は８０％〜９０％である。
【０１４６】
いくつかの態様において、ラマン分光法は、それらの分子構造を識別するために炭素同素体を特徴付けるために使用される。例えば、ラマン分光法を用いてグラフェンを特性化し、規則的／非規則的、端部及び粒界、厚さ、層数、ドーピング、歪み、及び熱伝導率などの情報を特定することができる。ＭＷＳＦｓの規則性の程度を特定するために、ラマン分光法を用いてＭＷＳＦｓを特徴付けた。
【０１４７】
いくつかの態様において、ラマン分光法は、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦの構造を特徴付けるために使用される。ラマンスペクトルの主なピークはＧモードとＤモードである。Ｇモードはｓｐ２混成炭素ネットワーク中の炭素原子の振動に起因し、Ｄモードは欠陥を有する六方晶炭素環のブリージングに関連する。場合によっては、欠陥が存在しても、ラマンスペクトルでは検出できないことがある。例えば、提示された結晶構造が基底面に対して直交する場合、Ｄ−ピークは増加を示す。他方、基底面に対して平行である完全に平坦な表面を有する場合、Ｄ−ピークはゼロである。
【０１４８】
５３２ｎｍ入射光を使用する場合、ラマンＧモードは、通常、平面グラファイトに対しては１５８２ｃｍ−１であるが、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦに対しては下方シフトすることができる（例えば、１５６５ｃｍ−１まで下方シフトするか、又は１５８０ｃｍ−１まで下方シフトする）。ＤモードはＭＷＳＦ又は連結したＭＷＳＦのＲａｍａｎスペクトルで、約１３５０ｃｍ−１で観察された。ＤモードピークのＧモードピークに対する強度の比（すなわち、ＩＤ／ＩＧ）はＭＷＳＦの次数に関係し、より低いＩＤ／ＩＧはより高い次数を示す。１付近又はそれ以下のＩＤ／ＩＧは比較的規則性の程度が高く、１．１より大きいＩＤ／ＩＧは規則性の程度低いことを示す。
【０１４９】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるように、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有するカーボンナノ粒子又は炭素凝集体は、５３２ｎｍ入射光を使用する場合、約１３５０ｃｍ−１に第１ラマンピーク及び約１５８０ｃｍ−１に第２ラマンピークを有するラマンスペクトルを有する。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるナノ粒子又は凝集体についての第２ラマンピーク（すなわち、ＩＤ／ＩＧ）の強度に対する第１のラマンピークの強度の比は、０．９５〜１．０５、０．９〜１．１、０．８〜１．２、０．９〜１．２、０．８〜１．１、０．５〜１．５、１．５未満、１．２未満、１．１未満、１未満、０．９５未満、０．９未満、０．８未満の範囲である。
【０１５０】
いくつかの実施態様において、上記で定義されるように、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する炭素凝集体は、高純度である。いくつかの実施態様において、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する炭素凝集体は、９９．９９％超、９９．９５％超、又は９９．９％超、又は９９．８％超、又は９９．５％超、又は９９％超の、炭素と金属との比率を有する。いくつかの実施態様において、炭素凝集体は、９９．９９％超、９９．９５％超、９９．９％超、９９．５％超、９９％超、９０％超、８０％超、７０％超、６０％超の、他の元素に対する炭素の比率を有する。いくつかの実施態様では、炭素凝集体は、９９．９９％超、９９．９５％超、９９．９％超、９９．８％超、９９．５％超、９９％超、９０％超、８０％超、７０％超、６０％超の、炭素と他の元素（水素を除く）との比率を有する。
【０１５１】
いくつかの実施態様において、上記で定義されるように、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する炭素凝集体は、高い比表面積を有する。いくつかの実施態様において、炭素凝集体は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）比表面積が１０〜２００ｍ２／ｇ、１０〜１００ｍ２／ｇ、１０〜５０ｍ２／ｇ、５０〜２００ｍ２／ｇ、５０〜１００ｍ２／ｇ、又は１０〜１０００ｍ２／ｇである。
【０１５２】
いくつかの実施態様において、上記で定義されるように、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する炭素凝集体は、高い電気伝導率を有する。いくつかの実施態様では、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含む炭素凝集体は、上述のように、ペレットに圧縮され、ペレットは、５００Ｓ／ｍ超又は１０００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、２０００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、３０００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、４０００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、５０００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、１００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、２００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、３００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、４００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、５００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、６００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、７００００Ｓ／ｍ／ｍ超又は、５００Ｓ／ｍ〜１０００００Ｓ／ｍ、５００Ｓ／ｍ〜１０００Ｓ／ｍ、５００Ｓ／ｍ〜１００００Ｓ／ｍ、５００Ｓ／ｍ〜２００００Ｓ／ｍ、５００Ｓ／ｍ〜１０００００Ｓ／ｍ、１０００Ｓ／ｍ〜１００００Ｓ／ｍ、１０００Ｓ／ｍ〜２００００Ｓ／ｍ、１００００〜１０００００Ｓ／ｍ、１００００Ｓ／ｍ〜８００００Ｓ／ｍ、５００Ｓ／ｍ〜１００００Ｓ／ｍの電気伝導率を有する。場合によっては、ペレットの密度は、約１ｇ／ｃｍ３、約１．２ｇ／ｃｍ３、約１．５ｇ／ｃｍ３、約２ｇ／ｃｍ３、約２．２ｇ／ｃｍ３、約２．５ｇ／ｃｍ３、又は約３ｇ／ｃｍ３である。さらに、炭素凝集体材料の圧縮ペレットが、２０００ｐｓｉ及び１２０００ｐｓｉの圧縮、及び８００℃及び１０００℃のアニール温度で形成される試験が実施されている。より高い圧縮及び／又はより高いアニール温度は、一般に、１２４１０．０Ｓ／ｍ〜１３１７３．３Ｓ／ｍの範囲を含む、より高い電気伝導度を有するペレットを生じさせる。
【０１５３】
熱処理システムを使用して製造された高純度炭素同素体
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、任意の適切な熱リアクタ及び／又は方法などの熱リアクタ及び方法を使用して製造される。熱リアクタ及び／又は使用方法に関するさらなる詳細は、２０１８年１月９日に発行された米国特許第９，８６２，６０２号「ＣＲＡＣＫＩＮＧ  ＯＦ  Ａ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＧＡＳ（プロセスガスの分解）」に見出すことができ、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。さらに、前駆体（例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及び天然ガスを含む）を、熱リアクタと共に使用して、本明細書に記載のカーボンナノ粒子及び炭素凝集体を製造することができる。
【０１５４】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、１ｓｌｍ〜１０ｓｌｍ、０．１ｓｌｍ〜２０ｓｌｍ、１ｓｌｍ〜５ｓｌｍ、５ｓｌｍ〜１０ｓｌｍ、１ｓｌｍを超える、又は５ｓｌｍを超えるガス流量の熱リアクタを使用して製造される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、ガス共振時間が、０．１秒から３０秒、又は０．１秒から１０秒、又は１秒から１０秒、又は１秒から５秒、５秒から１０秒、又は０．１秒を超える、又は１秒を超える、又は５秒を超える、又は３０秒未満の熱リアクタを使用して生成される。
【０１５５】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、生成速度が１０ｇ／ｈｒ〜２００ｇ／ｈｒ、３０ｇ／ｈｒ〜２００ｇ／ｈｒ、３０ｇ／ｈｒ〜１００ｇ／ｈｒ、３０ｇ／ｈｒ〜６０ｇ／ｈｒ、１０ｇ／ｈｒ〜１００ｇ／ｈｒ、１０ｇ／ｈｒ〜１００ｇ／ｈｒ、１０ｇ／ｈｒ以上、３０ｇ／ｈｒ以上、１００ｇ／ｈｒ以上の熱リアクタを使用して生成される。
【０１５６】
いくつかの実施形態では、熱リアクタ又は他の分解装置、熱リアクタ方法、又は他の分解方法は、原料プロセスガスをその成分へと、精製（ｒｅｆｉｎｉｎｇ）、熱分解（ｐｙｒｏｌｉｚｉｎｇ）、分離（ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｎｇ）、又は分解（ｃｒａｃｋｉｎｇ）して、本明細書に記載のカーボンナノ粒子及び炭素凝集体、ならびに他の固体及び／又は気体生成物（例えば、水素ガス及び／又は低次炭化水素ガス）を生成するために使用されることができる。原料プロセスガスは、一般に、例えば、水素ガス（Ｈ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、Ｃ１〜Ｃ１０炭化水素、芳香族炭化水素、及び／又は、天然ガス、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、飽和／不飽和炭化水素ガス、エテン、プロペンなどの他の炭化水素ガス、及びそれらの混合物を含む。カーボンナノ粒子及びカーボン凝集体は、例えば、多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）、連結されたＭＷＳＦ、カーボンナノスフェア、グラフェン、グラファイト、高度に秩序化された熱分解グラファイト、単層ナノチューブ、多層ナノチューブ、他の固体カーボン生成物、及び／又は本明細書に記載のカーボンナノ粒子及び炭素凝集体を含むことができる。
【０１５７】
本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及びカーボン凝集体を製造するためのいくつかの実施形態は、例えば、熱分解装置の細長いケーシング、ハウジング又は本体内に任意で封入された長手方向の細長い加熱要素を使用する熱分解方法を含む。本体は、一般に、例えば、ステンレススチール、チタン、グラファイト、石英などで作られた１つ以上のチューブ又は他の適切なエンクロージャを含む。いくつかの実施形態では、熱分解装置の本体は、ほぼ円筒形であり、中心の細長い長手軸が垂直に配置され、本体の頂部又はその近くに供給原料プロセスガス注入口が配置される。原料プロセスガスは、長手方向に、本体又はその一部を通って流れる。垂直配置では、ガス流と重力の両方が、熱分解装置の本体から固体生成物を除去することを補助する。
【０１５８】
加熱要素は、一般に、例えば、加熱ランプ、１つ以上の抵抗性ワイヤ又はフィラメント（又は撚りワイヤ）、金属フィラメント、金属ストリップ又はロッド、及び／又は他の適切な熱ラジカル発生器、又は原料プロセスガスの分子を熱的に分解するのに十分な特定の温度（すなわち、分子クラック温度）に加熱することができる要素を含む。加熱要素は、一般に、その中心長手軸に沿って熱分解装置の本体内の中心に延在するように配置、位置決め、又はアレンジされる。例えば、１つの加熱エレメントのみが存在する場合には、それは、中心長手軸に配置されるか、又は中心長手軸と同心状に配置され、複数の加熱エレメントが存在する場合には、それらは、中心長手軸に近接し、その周りの、平行な位置で、一般的に対称的に又は同心的に間隔を置かれるか又はオフセットされる。
【０１５９】
本願明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体を生成する熱分解は、一般に、原料プロセスガスを、加熱要素からの加熱によって生成され、熱分解装置の本体によって画定されて本体内に収容された長手方向に長細い反応ゾーン内で、加熱要素にわたって、又は加熱要素に接触させて、又は加熱要素の近傍で通過させて、原料プロセスガスを、特定の分子分解温度まで又は特定の分子分解温度で加熱することによって達成される。反応ゾーンは、加熱要素を取り囲む領域であって、その分子を熱的に分解するのに十分な熱を受け取るのに十分に加熱要素に近い領域と考えられる。
【０１６０】
かくして、反応ゾーンは、一般に、本体の中心長手軸と軸方向に整列するか、又は同心状である。いくつかの実施形態では、熱分解は、特定の圧力下で行われる。いくつかの実施形態では、原料プロセスガスを反応ゾーンに流す前に、容器又はチャンバを冷却し、原料プロセスガスを予熱するために、原料プロセスガスを、反応ゾーン又は加熱チャンバの容器の外表面の周囲又は外表面にわたって循環させる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体、及び／又は水素ガスは、触媒を使用せずに生成される。換言すると、このプロセスは触媒を含まない。
【０１６１】
熱分解装置及び方法を用いて本明細書に記載のカーボンナノ粒子及び凝集体を製造するいくつかの実施形態では、所望のように、異なる製造レベルに対して迅速にスケールアップ又はスケールダウンすることができるスタンドアロンシステムを提供する。例えば、いくつかの実施形態は、スタンドアロンの水素及び／又はカーボンナノ粒子生成ステーション、炭化水素源、又は燃料電池ステーションを提供するようにスケーラブルである。いくつかの実施形態は、例えば精製所（ｒｅｆｉｎｅｒｙ）等のためにより高い容量のシステムを提供するようにスケールアップすることができる。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体を製造するために原料プロセスガスを分解するための熱分解装置（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｒａｃｋｉｎｇ  ａｐｐａｒａｔｕｓ）は、本体、原料プロセスガス注入口、及び細長い加熱要素を含む。本体は、長手軸を有する内部容積を有する。内部容積は、長手軸と同心状の反応ゾーンを有する。原料プロセスガスは、熱分解動作の間、原料プロセスガス注入口を通して内部容積に流入する。細長い加熱要素は、長手軸に沿って内部容積内に配置され、反応ゾーンによって取り囲まれている。熱分解動作の間、細長い加熱エレメントは電力によって分子分解温度まで加熱され、反応ゾーンを生成し、原料ガスは細長い加熱要素からの熱によって加熱され、熱は、反応ゾーン内の原料プロセスガスの分子を分子の成分へと熱分解する。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、本願明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体を製造するために原料プロセスガスを分解する（ｃｒａｃｋｉｎｇ）方法は、（１）長手軸を有する内部容積と、長手軸に沿って内部容積内に配置された長細い加熱要素と、を備える熱分解装置を提供するステップと、（２）長細い加熱要素を電力によって分子分解温度まで加熱し、内部容積内に長手方向に長細い反応ゾーンを生成する、ステップと、（３）原料プロセスガスを長手方向に長細い反応ゾーンを通って内部容積内に流すステップ（例えば、原料ガスは長細い加熱要素からの熱によって加熱されている）と、（４）原料プロセスガスが長手方向に細長い反応ゾーンを通って流れるにつれて、長手方向に細長い反応ゾーン内において原料プロセスガスの分子をその成分（例えば、水素ガス及び１つ以上の固体生成物）へと熱分解するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体を製造するための原料プロセスガスは、炭化水素ガスを含む。クラッキングの結果は、水素（例えば、Ｈ２）及び本明細書に記載される種々の形態のカーボンナノ粒子及び凝集体を含む。いくつかの実施態様において、カーボンナノ粒子及び凝集体は、２つ以上のＭＷＳＦ及びＭＷＳＦをコーティングするグラフェン層、並びに／又は連結されたＭＷＳＦ及び連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェン層を含む。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、原料プロセスガスは、原料プロセスガスを内部容積に流す前に、加熱チャンバと熱分解装置のシェルとの間のガス予熱領域を通って原料プロセスガスを流すことによって、予熱（例えば、１００℃から５００℃まで）される。いくつかの実施形態では、内部にナノ粒子を有するガスが、長手方向に細長い反応ゾーンを通って内部容積に流入し、原料プロセスガスと混合し、固体生成物（例えば、グラフェンの層）のコーティングがナノ粒子の周囲に形成される。
【０１６５】
高純度構造化炭素の後処理
いくつかの実施態様において、本明細書に記載される多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）又は連結されたＭＷＳＦを含有するカーボンナノ粒子及び凝集体を生産及び収集し、後処理は行わない。他の実施形態では、本明細書に記載される多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）又は連結されたＭＷＳＦを含有するカーボンナノ粒子及び凝集体が、生産及び収集され、いくつかの後処理が行われる。電磁状態センシングデバイスに含まれる後処理のいくつかの例は、ボールミリング、研削、摩擦ミリング、マイクロ流動化、及びＭＷＳＦを損傷することなく粒子サイズを低減するための他の技術などの機械的処理を含む。後処理のさらなる例には、とりわけ、シーア混合、化学エッチング、酸化（例えば、ハマー法）、熱アニーリング、アニーリング中に元素を添加することによるドーピング（例えば、硫黄、窒素）、蒸気、濾過、及びリポリシングなどの剥離プロセスが含まれる。後処理のいくつかの例は、不活性ガス中で高圧及び温度で行うことができる、スパークプラズマ焼結（ＳＰＳ）、直流焼結、マイクロ波焼結、及び紫外線（ＵＶ）焼結などの焼結プロセスを含む。いくつかの実施形態において、複数の後処理方法を、一緒に又は連続的に使用することができる。いくつかの実施態様において、後処理は、多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）又は連結されたＭＷＳＦを含有する機能化されたカーボンナノ粒子又は凝集体を生成する。
【０１６６】
いくつかの実施態様において、材料は異なる組み合わせで混合されている。いくつかの態様において、本明細書に記載されるＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する異なるカーボンナノ粒子及び凝集体は、後処理の前に一緒に混合される。例えば、異なる特性（例えば、異なるサイズ、異なる組成、異なる純度、異なる処理工程など）を有するＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含有する異なるカーボンナノ粒子及び凝集体を一緒に混合することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含むカーボンナノ粒子及び凝集体は、混合物中のグラフェンに対する連結されたＭＷＳＦの比率を変化させるためにグラフェンと混合されることができる。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されるＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含む異なるカーボンナノ粒子及び凝集体は、後処理後に一緒に混合することができる。例えば、異なる特性及び／又は異なる後処理方法（例えば、異なるサイズ、異なる組成、異なる機能性、異なる表面特性、異なる表面積）を有する、ＭＷＳＦ又は連結されたＭＷＳＦを含む異なるカーボンナノ粒子及び凝集体を一緒に混合されることができる。
【０１６７】
いくつかの実施態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、生成及び収集され、その後、機械的研削、粉砕、及び／又は剥離によって処理される。いくつかの実施態様において、（例えば、機械的研削、粉砕、剥離などによる）処理は、粒子の平均サイズを減少させる。いくつかの態様において、（例えば、機械的研削、粉砕、剥離などによる）処理は、粒子の平均表面積を増加させる。いくつかの実施形態では、機械的研削、粉砕及び／又は剥離による処理は、炭素層の一部の破片を剪断し、カーボンナノ粒子と混合されたグラファイトのシートを生成する。
【０１６８】
いくつかの実施態様において、機械的研削又は粉砕は、ボールミル、プラネタリミル、ロッドミル、剪断ミキサ、高剪断造粒機、自家粉砕機、又は、研削（ｇｒｉｎｄｉｎｇ）、破砕（ｃｒｕｓｈｉｎｇ）又は切断（ｃｕｔｔｉｎｇ）によって固体材料をより小さな片に破壊するために使用される他のタイプの機械加工を使用して実施される。いくつかの実施態様において、機械的研磨、粉砕（ｍｉｌｌｉｎｇ）及び／又は剥離（ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ）は、湿式又は乾式で行われる。いくつかの実施形態では、機械的研削は、ある期間研削を実行し、その後、ある期間アイドリングし、研削及びアイドリングを数サイクル繰り返すことによって行われる。いくつかの実施形態では、粉砕期間は、１分から２０分、１分から１０分、３分から８分、約３分、又は約８分である。いくつかの実施形態では、アイドリング期間は１分〜１０分、約５分、又は約６分である。いくつかの実施態様において、研削及びアイドリングのサイクルの数は、１分から１００分、又は５分から１００分、又は１０分から１００分、又は５分から１０分、又は５分から２０分である。いくつかの実施形態では、研削及びアイドリングの全時間は、１０分〜１２００分、１０分〜６００分、１０分〜２４０分、１０分〜１２０分、１０分〜９０分、１０分〜６０分、約９０分、又は約１２０分である。
【０１６９】
いくつかの実施形態では、サイクルにおける研削工程は、第１サイクルのためにミルを一方向に（例えば時計回りに）回転させ、次のサイクルのために反対方向に（例えば反時計回りに）ミルを回転させることによって行われる。いくつかの実施形態では、機械的研削又は粉砕は、ボールミルを使用して行われ、研削工程は、１００〜１０００ｒｐｍ、１００〜５００ｒｐｍ、又は約４００ｒｐｍの回転速度を使用して行われる。いくつかの実施態様において、機械的研削又は粉砕は、直径が０．１ｍｍから２０ｍｍ、又は０．１ｍｍから１０ｍｍ、又は１ｍｍから１０ｍｍ、又は約０．１ｍｍ、又は約１ｍｍ、又は約１０ｍｍの粉砕媒体を使用するボールミルを使用して行われる。いくつかの実施態様において、機械的研削又は粉砕は、鋼などの金属、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、イットリア安定化酸化ジルコニウム、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウムなどの酸化物、又は炭化ケイ素若しくは炭化タングステンなどの他の硬質材料で構成される粉砕媒体を使用するボールミルを使用して行われる。
【０１７０】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、生成及び収集され、その後、熱アニーリング又は焼結などの昇温を用いて処理される。いくつかの実施形態では、昇温を使用する処理は、窒素又はアルゴンなどの不活性環境で行われる。いくつかの実施形態では、昇温を使用する処理は、大気圧、真空下、又は低圧で行われる。いくつかの実施形態では、昇温を使用する処理は、５００℃〜２５００℃、５００℃〜１５００℃、８００℃〜１５００℃、８００℃〜１２００℃、８００℃〜１０００℃、８００℃〜１０００℃、２０００℃〜２４００℃、約８００℃、約１０００℃、約１５００℃、約２０００℃、約２４００℃の温度で行われる。
【０１７１】
いくつかの態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、生成及び収集され、その後、後処理工程において、追加の元素又は化合物がカーボンナノ粒子に添加され、それにより、カーボンナノ粒子及び凝集体の固有の特性が、材料の他の混合物に組み込まれる。
【０１７２】
いくつかの態様において、後処理の前又は後のいずれかで、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、他の元素又は化合物の固体、液体又はスラリーに添加され、カーボンナノ粒子及び凝集体の固有の特性を組み込む材料の追加の混合物を形成する。いくつかの態様において、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、他の固体粒子、ポリマー又は他の材料と混合される。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、後処理の前又は後のいずれかで、本明細書に記載されるカーボンナノ粒子及び凝集体は、電磁状態センシングデバイスに関する用途以外の種々の用途で使用される。かかる用途には、輸送用途（例えば、自動車及びトラックのタイヤ、カップリング、マウント、エラストマーＯ−リング、ホース、シーラント、グロメットなど）及び工業用途（例えば、ゴム添加剤、ポリマー材料のための官能化添加剤、エポキシのための添加剤など）が含まれるが、これらに限定されない。
【０１７４】
図１０Ａ及び１０Ｂは、合成されたままのカーボンナノ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を示す。図１０Ａ（第１倍率）及び図１０Ｂ（第２倍率）のカーボンナノ粒子は、連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェン層１００４を有する連結された多層球状フラーレン１００２（ＭＷＳＦ）を含む。この例におけるグラフェン同素体に対するＭＷＳＦの比は、比較的短い共振時間のために約８０％である。図１０ＡにおけるＭＷＳＦは、直径が約５ｎｍ〜１０ｎｍであり、直径は、上述の条件を使用すると、５ｎｍ〜５００ｎｍであることができる。いくつかの実施態様において、複数のＭＷＳＦにわたる平均直径は、５ｎｍから５００ｎｍ、５ｎｍから２５０ｎｍ、又は５ｎｍから１００ｎｍ、又は５ｎｍから５０ｎｍ、又は５ｎｍから５０ｎｍ、又は１０ｎｍから５００ｎｍ、又は１０ｎｍから２５０ｎｍ、又は１０ｎｍから１００ｎｍ、又は１０ｎｍから５０ｎｍ、又は１０ｎｍから５０ｎｍ、又は４０ｎｍから５００ｎｍ、又は４０ｎｍから２５０ｎｍ、又は４０ｎｍから１００ｎｍ、又は５０ｎｍから５００ｎｍ、又は５０ｎｍから２５０ｎｍ、又は５０ｎｍから１００ｎｍの範囲である。このプロセスでは触媒が使用されていないため、汚染物質を含む中央シードは存在しない。この実施例で製造された凝集体粒子は、約１０μｍ〜１００μｍ、又は約１０μｍ〜５００μｍの粒子サイズを有した。
【０１７５】
図１０Ｃは、この実施例において、５３２ｎｍの入射光で取られた合成されたままの凝集体のラマンスペクトルを示す。この例で生成された凝集体のＩＤ／ＩＧは約０．９９〜１．０３であり、凝集体は高次の炭素同素体で構成されていることを示している。
【０１７６】
図１０Ｄ及び図１０Ｅは、ボールミルでの粉砕によるサイズ縮小後のカーボンナノ粒子の例示的なＴＥＭ画像を示す。ボールミル粉砕は、３分間の反時計回り研削工程、続いて６分間のアイドル工程、続いて３分間の時計回り研削工程、続いて６分間のアイドル工程を伴うサイクルで行った。研削工程は、４００ｒｐｍの回転速度を用いて行った。粉砕媒体はジルコニアであり、サイズは０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であった。総サイズ縮小処理時間は６０分から１２０分であった。サイズ縮小後、この実施例で製造された凝集体粒子は、約１μｍ〜５μｍの粒子サイズを有した。サイズ縮小後のカーボンナノ粒子は、連結されたＭＷＳＦと、連結されたＭＷＳＦをコーティングするグラフェンの層で連結される。
【０１７７】
図１０Ｆは、５３２ｎｍの入射光で取られたサイズ縮小後のこれらの凝集体からのラマンスペクトルを示す。この実施例におけるサイズ縮小後の凝集体粒子のＩＤ／ＩＧは、約１．０４である。さらに、サイズ縮小後の粒子は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）比表面積が約４０ｍ２／ｇ〜５０ｍ２／ｇであった。
【０１７８】
この試料中で生成された凝集体の純度を質量分析及びＸ線蛍光（ＸＲＦ）分光法を用いて測定した。１６の異なるバッチで測定した、水素を除く他の元素に対する炭素の比率は９９．８６％から９９．９８％であり、平均９９．９４％炭素であった。
【０１７９】
この実施例では、カーボンナノ粒子は、熱ホットワイヤ処理システムを用いて生成された。前駆体材料はメタンで、１ｓｌｍから５ｓｌｍで流された。これらの流速及び工具形状により、反応チャンバ内のガスの共振時間は約２０秒〜３０秒であり、炭素粒子の生成速度は約２０ｇ／ｈｒであった。
【０１８０】
かかる処理システムに関するさらなる詳細は、前述の、「ＣＲＡＣＫＩＮＧ  ＯＦ  Ａ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＧＡＳ（プロセスガスのクラッキング）」と題する米国特許第９，８６２，６０２号に見出すことができる。
【０１８１】
図１０Ｇ、図１０Ｈ及び図１０Ｉは、この実施例の合成されたままのカーボンナノ粒子のＴＥＭ像を示す。カーボンナノ粒子は、連結ＭＷＳＦのグラフェン層コーティングを有する連結多層球状フラーレン（ＭＷＳＦ）を含む。この実施例では、グラフェン同素体に対する多層フラーレンの比率は、より厚い又はより多くのグラフェン層がＭＷＳＦをコーティングすることができる比較的長い共振時間のために、約３０％である。このプロセスでは触媒が使用されていないため、汚染物質を含む中央シードは存在しない。この実施例で製造した合成したままの凝集体粒子は、約１０μｍ〜５００μｍの粒径を有した。図１０Ｊは、この実施例の凝集体からのラマンスペクトルを示す。この例における合成したままの粒子のラマンシグネチャは、合成したままの材料中のＭＷＳＦをコーティングするより厚いグラフェン層を示している。さらに、合成したままの粒子は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ  （ＢＥＴ）比表面積が約９０ｍ２／ｇ〜１００ｍ２／ｇであった
【０１８２】
図１０Ｋ及び図１０Ｌは、この実施例のカーボンナノ粒子のＴＥＭ像を示す。具体的には、像はボールミルでの粉砕によってサイズの縮小を行った後のカーボンナノ粒子を示す。サイズ縮小処理条件は、図１０Ｇから図１０Ｊに関連して説明したものと同じであった。サイズ縮小後、この実施例で製造された凝集体粒子は、約１μｍ〜５μｍの粒子サイズを有した。ＴＥＭ画像は、グラフェンコーティングに埋め込まれた連結されたＭＷＳＦが、サイズ縮小後に観察できることを示している。図１０Ｍは、サイズ縮小後のこの実施例の凝集体から、５３２ｎｍの入射光で取られたラマンスペクトルを示す。この例におけるサイズ縮小後の凝集体粒子のＩＤ／ＩＧは約１であり、合成されたままのグラフェンコーティングに埋め込まれた連結されたＭＷＳＦが、サイズ縮小後のラマンで検出可能となり、良好に秩序付けられたことを示した。サイズ縮小後の粒子は、Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｅｍｍｅｔｔ及びＴｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）比表面積が約９０ｍ２／ｇ〜１００ｍ２／ｇであった。
【０１８３】
図１０Ｎは、グラファイト及びグラフェンの同素体を第１倍率で示す炭素凝集体の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。図１０Ｏは、グラファイト及びグラフェンの同素体を第２倍率で示す炭素凝集体のＳＥＭ像である。層状グラフェンは、炭素の歪み（しわ）内に明確に示されている。炭素同素体の３Ｄ構造も見える。
【０１８４】
図１０Ｎ及び図１０Ｏの炭素粒子の粒度分布を図１０Ｐに示す。質量ベース累積粒度分布１００６は、グラフの左Ｙ軸（Ｑ３（ｘ）［％］）に対応する。質量粒子サイズ分布１００８のヒストグラムは、グラフの右軸（ｄＱ３（ｘ）［％］）に対応する。粒子径の中央値は約３３μｍである。１０パーセンタイル粒子サイズは約９μｍであり、９０パーセンタイル粒子サイズは約１０３μｍである。
粒子の質量密度は約１０ｇ／Ｌである。
【０１８５】
多段リアクタから捕獲された炭素粒子の粒度分布を図１０Ｑに示す。質量ベース累積粒子サイズ分布１０１４は、グラフの左ｙ軸（Ｑ３（ｘ）［％］）に対応する。質量粒子サイズ分布１０１６のヒストグラムは、グラフの右軸（ｄＱ３（ｘ）［％］）に対応する。捕獲された粒子サイズの中央値は約１１μｍである。１０パーセンタイル粒子サイズは約３．５μｍであり、９０パーセンタイル粒子サイズは約２１μｍである。また、図１０Ｑのグラフは、グラフの左ｙ軸に対応する数ベース累積粒度分布１０１８（Ｑ０（ｘ）［％］）を示す。個数基準による粒子サイズの中央値は、約０．１μｍ〜約０．２μｍである。収集された粒子の質量密度は約２２ｇ／Ｌである。
【０１８６】
図１０Ｐの議論に戻ると、グラフはまた、例示的な結果の第２のセットを示す。具体的には、この実施例では、粒子を機械的に粉砕することによってサイズを小さくし、次に、サイズを小さくした粒子を、サイクロンセパレータを用いて処理した。この実施例で捕獲されたサイズ還元型炭素粒子の質量基底累積粒子サイズ分布１０１０は、グラフ（Ｑ３（ｘ）［％］）の左ｙ軸に対応する。質量基準粒子サイズ分布１０１２のヒストグラムは、グラフ（ｄＱ３（ｘ）［％］）の右軸に対応する。
この実施例で捕獲されたサイズ還元型炭素粒子の粒子サイズの中央値は約６μｍである。１０パーセンタイル粒子サイズは１μｍ〜２μｍであり、９０パーセンタイル粒子サイズは１０μｍ〜２０μｍである。
【０１８７】
サイクロンセパレータの製造及び使用に関するさらなる詳細は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている「ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ  ＲＥＡＣＴＯＲ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＧＡＳ−ＳＯＬＩＤＳ  ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ」と題する２０１７年１０月５日出願の米国特許出願第１５／７２５，９２８号に見出すことができる。
【０１８８】
マイクロ波リアクタシステムを使用して製造された高純度炭素同素体
場合によっては、グラファイト、グラフェン及び非晶質炭素を含有する炭素粒子及び凝集体は、メタンを含有する、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含有する、又はエタノールを含有する、又は濃縮された炭化水素（例えば、ヘキサン）を含有する前駆体材料を使用するマイクロ波プラズマリアクタシステムを用いて生成され得る。いくつかの他の例において、炭素含有前駆体は、任意に供給ガス（例えば、アルゴン）と混合される。この実施例で製造された粒子は、グラファイト、グラフェン、非晶質炭素を含有し、シード粒子を含有しなかった。この実施例の粒子は、他の元素（水素以外）に対する炭素の比が約９９．５％以上であった。
【０１８９】
１つの特定の例では、炭化水素がマイクロ波プラズマリアクタの入力材料であり、分離されたリアクタ出力は、水素ガスと、グラファイト、グラフェン及び非晶質炭素を含む炭素粒子とを含んでいた。多段気体‐固体分離システムで炭素粒子を水素ガスから分離した。分離されたリアクタからの出力の固体装填量は０．００１ｇ／Ｌから２．５ｇ／Ｌであった。
【０１９０】
図１０Ｓ、及び、図１０Ｔ、合成されたままのカーボンナノ粒子のＴＥＭ像である。像はグラファイト、グラフェン及びアモルファス炭素同素体の例を示す。グラフェンや他の炭素材料の層が画像ではっきり見える。
【０１９１】
炭素粒子の粒子サイズ分布は図１０Ｕに示される。質量ベース累積粒度分布１０２０の質量は、グラフの左Ｙ軸（Ｑ３（ｘ）［％］）に対応する。質量粒子サイズ分布１０２２のヒストグラムは、グラフの右軸（ｄＱ３（ｘ）［％］）に対応する。この実施例では、サイクロンセパレータに捕捉された粒子サイズの中央値は約１４μｍであった。１０パーセンタイル粒子サイズは約５μｍ、９０パーセンタイル粒子サイズは約２８μｍであった。また、図１０Ｕのグラフは、グラフの左Ｙ軸（Ｑ０（ｘ）［％］）に対応する個数ベース累積粒度分布１０２４を示す。この実施例における個数ベースの粒子サイズの中央値は、約０．１μｍから約０．２μｍであった。
【０１９２】
図１０Ｖ、図１０Ｗ、及び図１０Ｘ、及び図１０Ｙは、他の三次元構造上に成長した三次元炭素含有構造を示す画像である。図１０Ｖは、炭素ファイバ上に成長させた三次元炭素構造の１００倍の倍率であり、図１０Ｗは、炭素ファイバ上に成長させた三次元炭素構造の２００倍の倍率である。図１０Ｘは、炭素ファイバ上に成長させた三次元炭素構造の１６０１倍の倍率である。ファイバ表面上の三次元炭素成長を示した。図１０Ｙは、炭素ファイバ上に成長させた三次元炭素構造の１００００倍の倍率である。画像は、基底面及び端面上の成長を描く。
【０１９３】
より具体的には、図１０Ｖから図１０Ｙは、マイクロ波プラズマリアクタからのプラズマエネルギ及び熱リアクタからの熱エネルギを使用してファイバ上に成長させた３Ｄ炭素材料の例示的なＳＥＭ画像を示す。図１０Ｖは、ファイバの表面上に成長した３Ｄ炭素材料１０３０を有する交差するファイバ１０３１及び１０３２のＳＥＭ画像を示す。図１０Ｗは、ファイバ１０３２上の３Ｄ炭素成長１０３０を示す、より高い倍率の画像である（スケールバーは、図１０Ｖのための５００μｍに対して、３００μｍである）。図１０Ｘは、ファイバ表面１０３５上の３Ｄ炭素成長１０３０を示す、さらなる拡大図（スケールバーは４０μｍ）であり、ここで、炭素成長１０３０の３Ｄの性質が明確に分かる。図１０Ｙは、炭素単独の拡大図（スケールバーは５００ｎｍ）を示し、ファイバ上に成長させた３Ｄ炭素材料の多数のサブ粒子の基底面１０３６と端面１０３４との間の相互接続を示す。図１０Ｖから図１０Ｙは、３Ｄ炭素ファイバ上に成長させた３Ｄ炭素成長など、いくつかの実施形態による、３Ｄファイバ構造上に３Ｄ炭素を成長させる能力を示す。
【０１９４】
いくつかの実施形態において、ファイバ上の３Ｄ炭素成長は、複数のファイバをマイクロ波プラズマリアクタに導入し、マイクロ波リアクタ内のプラズマを用いてファイバをエッチングすることによって達成することができる。エッチングは、核形成部位を生成する。そうすると、リアクタ中で炭化水素分離（ｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）によって炭素粒子及びサブ粒子が生成される場合、これらの核形成部位で３Ｄ炭素構造の成長が開始される。ファイバ上の３Ｄ炭素構造の直接成長は、それ自体が本質的に三次元であり、樹脂が浸透できる孔を有する高度に統合された３Ｄ構造を提供する。樹脂化合物用のこの３Ｄ強化マトリクス（高アスペクト比強化繊維と統合された３Ｄ炭素構造を含む）は、結果として、滑らかな表面を有し、通常その滑らかな表面が樹脂マトリクスから剥離する、従来のファイバと比較して、引張強さ及び剪断などの材料特性を拡張させる。
【０１９５】
炭素の機能化
いくつかの実施形態では、本明細書に記載される３Ｄ炭素材料などの炭素材料は、接着を促進し、及び／又は酸素、窒素、炭素、シリコン、又は硬化剤などの元素を添加するために機能化されることができる。いくつかの実施形態において、炭素材料は、その場で、すなわち、炭素材料が製造される同じリアクタ内で機能化され得る。いくつかの実施形態において、炭素材料は、後処理において機能化され得る。例えば、フラーレン又はグラフェンの表面は、樹脂マトリクスのポリマーと結合を形成する酸素又は窒素含有種で機能化することができ、したがって、複合材料の強度を高めるために、接着性を改善し、強力な結合を提供する。
【０１９６】
実施形態は、本明細書に記載されるプラズマリアクタ（例えば、マイクロ波プラズマリアクタ）を利用する炭素（例えば、ＣＮＴ、ＣＮＯ、グラフェン、３Ｄグラフェンなどの３Ｄ炭素材料）のための機能化表面処理を含む。種々の実施形態は、複合材料中のバインダー又はポリマーと組み合わせることができる炭素材料の生成中のその場表面処理を含むことができる。種々の実施形態は、炭素材料がまだリアクタ内にある間に、炭素材料の生成後の表面処理を含むことができる。
【０１９７】
上述の明細書において、本開示は、その特定の例示的な実施形態を参照して述べられた。しかしながら、本開示のより広い趣旨及び範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得ることは明らかであろう。例えば、上述のプロセスフローは、プロセス動作の特定の順序を参照して説明される。しかしながら、記載されたプロセス動作の多くの順序は、本開示の範囲または動作に影響を及ぼすことなく変更することができる。明細書及び図面は、限定的な意味ではなく、例示的な意味とみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ１】
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【図３Ｂ２】
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【図３Ｂ３】
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【図３Ｂ４】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１０Ｋ】
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【図１０Ｌ】
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【図１０Ｍ】
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【図１０Ｎ】
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【図１０Ｏ】
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【図１０Ｐ】
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【図１０Ｑ】
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【図１０Ｒ】
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【図１０Ｓ】
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【図１０Ｔ】
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【図１０Ｕ】
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【図１０Ｖ】
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【図１０Ｗ】
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【図１０Ｘ】
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【図１０Ｙ】
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【国際調査報告】
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