(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈する強誘電性セラミック材料を含有する静電容量感知組成物を含む静電容量感知素子を備え、
前記静電容量感知組成物が、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈し、
前記強誘電性セラミック材料は、ＢａＭｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、ＭはＺｒ又はＳｎであり、かつ０．１≦ｘ≦０．８）からなる群から選択される材料を含む、受動的温度感知装置。
【請求項２】
前記静電容量感知素子が、前記静電容量感知組成物及び導電性材料の交互層を備える多層セラミックコンデンサを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記静電容量感知組成物が、ポリマーマトリックス中に分散された前記強誘電性セラミック材料の粒子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性材料及び熱硬化性材料からなる群から選択される、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記ポリマーマトリックスが、シリコーン；エポキシ；エチレン−プロピレン−ジエン；ポリオレフィン；ポリウレタン；エピクロロヒドリン；フルオロエラストマー；並びにこれらのコポリマー、ブレンド、及び／又は混合物からなる群から選択されるポリマーを含む、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
高電圧電力ケーブルの一部分の温度を監視する方法であって、
前記高電圧電力ケーブルの一部分と熱的に連通している静電容量感知素子を備えるＬ−Ｃ回路の共振周波数を検出することを含み、
前記静電容量感知素子が、３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈する強誘電性セラミック材料を含有する静電容量感知組成物を含み、
前記静電容量感知組成物が、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈し、
前記強誘電性セラミック材料は、ＢａＭｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、ＭはＺｒ又はＳｎであり、かつ０．１≦ｘ≦０．８）からなる群から選択される材料を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［背景技術］
高電圧電力ケーブルの温度は、ケーブルによって伝送される電流が増大するにつれて増大し得る。したがって、このようなケーブルの温度を監視することは、とりわけ、例えば接続点及び合流点において、しばしば有用である。しかし、多くの電力ケーブル並びにそれらの接続点及び合流点は、いくつかの絶縁層及び／又は半導電層によって保護されており、一般に地中に埋設されているか、又は地上高くに架設されている。
【０００２】
［概要］
大まかな概要として、本明細書に開示されるのは、３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈する強誘電性セラミック材料を含有する静電容量感知組成物であり、この静電容量感知組成物は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈する。更に開示されるのが、このような組成物を含む素子及び装置、並びに使用方法である。これらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明により明らかになるであろう。しかしながら、そのような主題が、出願当初の願書にて請求項の中で、又は補正後の請求項の中で提示されたか、又はさもなければ特許審査中に提示されたかには関係なく、如何なる場合にも、この大まかな概要を、請求可能な主題を限定するものとして解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】本明細書に開示される静電容量感知素子及び組成物を備える装置を、一般的表現において表す。
【図２】本明細書に開示される例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された相対静電容量を、温度の関数として表す。
【図３】図２の例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された静電容量を、昇温状態での保持時間の関数として表す。
【図４】本明細書に開示される例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された静電容量を、温度の関数として表す。
【図５】図４の例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された誘電損失正接を、温度の関数として表す。
【図６】本明細書に開示される別の例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された静電容量を、温度の関数として表す。
【図７】図６の例証的な静電容量感知組成物に関して、実験で観察された誘電損失正接を、温度の関数として表す。
【０００４】
［詳細な説明］
上記したように、電気ケーブル、例えば高電圧（例えば＞１０ｋＶ）の電力ケーブルの温度を監視することは、有用であり得る。内部電源（例えばバッテリー）を必要とせず、かつ外部電源に物理的に接続する必要がない装置を意味する、「受動的」装置を用いてこのような監視を実行することは、とりわけ有用であり得る。このような用途において使用され得る受動的装置のうちの１種類は、Ｌ−Ｃ回路（すなわち、誘導−静電容量回路）に依存する。当業者であれば理解するであろうように、適切に設計されたＬ−Ｃ回路は、共振周波数を呈し得、この共振周波数は、装置とのいかなる物理的な（例えば、電気的な）接続も必ずしも必要とすることなしに監視することができる（連続的か不連続的かにかかわらず）。このような装置が、温度に感応する静電容量素子（本明細書において「静電容量感知素子」と呼ぶ）を使用し、かつその静電容量素子が、高電圧電力ケーブルの一部分と熱的に連通する状態に置かれる場合、高電圧電力ケーブルの当該部分の熱変化は、それに見合うだけ静電容量感知素子の温度を変化させることになる。これは、Ｌ−Ｃ回路の共振周波数を変化させることになり、それを検知及び使用して高電圧電力ケーブルの当該部分の温度を推測することができる。
【０００５】
このような静電容量感知素子２１は、素子２１が熱的に連通している高電圧電力ケーブル３１の一部分と共に、一般的表現において図１に示される。「熱的に連通」は、素子２１が高電圧電力ケーブルの導電性材料と直接かつ密接に熱接触している場合だけでなく、素子２１の温度によって高電圧電力ケーブルの導電性材料の温度を判定又は推定することが十分可能になるほど熱エネルギーが中間層又は層を十分に通過できる限り、素子２１が何らかの中間層（例えば、半導電層）と密接に熱接触している場合も包含する。Ｌ−Ｃ回路を提供するために静電容量感知素子２１が電気的に接続される（例えば、配線によって）少なくとも１つの静電容量感知素子２１及び少なくとも１つの誘導素子４１（一般的表現において図１に示される）は、所望されるような任意の他の付随的コンポーネント（例えば、増幅器、発振器、コネクタ等）と共に、装置１を構成する。別個のデバイス（例えば、誘導アンテナを備える携帯型読取器）を使用して、装置１のアクティベーション及び／又は装置１のＬ−Ｃ回路の共振周波数の問い合わせを実行することができる。もちろん、このようなデバイスは、この機能を実行するために必ずしもＬ−Ｃ回路に物理的に接続されている必要がないことがある。
【０００６】
静電容量感知素子２１は、静電容量感知組成物１１（一般的に図１に示される）を含み、静電容量感知組成物１１は、任意の好適な構成又は幾何形状で提供され得る。静電容量感知素子２１は、２つ以上の電極（図１に示さず）も収容し、これらは、相互から離隔され、静電容量感知組成物１１の少なくとも一部分に近接し（例えば、静電容量感知組成物１１の一部分によって相互から離隔され）、かつ静電容量感知組成物１１と組み合わせて作用して静電容量感知素子２１を形成する。このような電極は、任意の好適な導電性材料から作製できる。一部の実施形態では、このような電極は、指を組むように互いに組み合わせた電極（例えば、静電容量感知組成物１１の層の表面上に提供される、かみ合わせた櫛形金属コーティング）として提供され得る。しかし、多くの実施形態では、よく知られているような平行板コンデンサを形成するために、静電容量感知組成物１１を電極間の層として提供するのが便利であり得る。この種類の特定の実施形態では、いわゆる多層セラミックチップコンデンサ、すなわちＭＬＣＣを提供するために、静電容量感知組成物１１の複数の層が、導電性材料（例えば、金属）の層間に挿入されて提供され得る。ＭＬＣＣは、任意の便利な方法で、例えば、好適なセラミック粒子の懸濁液を流延させてシートを形成し、導電性材料（例えば、導電性インク）をシート上に被着させ、シートを積み重ねて貼り合わせ多層積重物を形成し、必要に応じてセラミック粒子を焼成することによって、生産することができる。一部の実施形態では、好適なセラミック粒子を、本明細書で後に詳細に開示されるようなポリマーマトリックス中に分散させて、静電容量感知組成物１１を形成することができる。静電容量感知組成物１１を、次に導電層（電極）の間に位置決めして静電容量感知素子２１を形成することができる。
【０００７】
静電容量感知組成物１１は、極性／強誘電性（用語「強誘電性」は、本明細書において便宜上使用される）セラミック材料に依存する。強誘電性材料は、特定の電気（誘電）特性に基づいて他の材料から容易に区別することができる。比較のため、ある材料が電界にさらされるとき、その材料中に誘導される分極は、本質的には印加された電界に比例する。すなわち、材料の誘電率（比誘電率）は定数であるため、材料中に誘導される分極は、印加電界の線形関数である。このような材料は、多くのありふれた誘電材料を含む。強誘電性材料として知られている他の材料は、より高い分極能力を示し、分極は、印加電界の非線形関数である。（すなわち、強誘電性材料では、誘電「定数」は、定数ではなく、印加電界の関数である。）更に、強誘電性材料は、印加電界がなくても自発的な電気分極を呈し、分極は、外部電界の印加によって反転することができる。しかし、強誘電性材料は、特定の温度において、具体的には当該材料のいわゆる電気キュリー温度未満の温度においてのみ、この自発的な分極を呈する。（当業者は、電気キュリー温度が、よく知られている磁気キュリー温度に類似するが、必ずしもそれと同じではないことを認識するであろう）。すなわち、強誘電性材料は、定義上、測定可能なキュリー温度を呈することになる。この温度未満では、材料は、強誘電性の挙動を呈し、この温度を超えると、材料は、常誘電性の挙動を呈する。
【０００８】
本明細書に開示されるように、静電容量感知組成物１１に使用されるようなセラミック強誘電性材料は、３０℃未満の電気キュリー温度を呈する。このような材料は、したがって、例えば、３０℃から例えば１５０℃までの範囲の温度（すなわち、高電圧電気ケーブルの温度を監視する際にしばしば対象となる範囲）を監視するのによく適している。
【０００９】
この要件を超えると、本明細書において開示されるようなセラミック強誘電性材料は、静電容量感知組成物１１に、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を付与する。負の傾斜が意味することは、静電容量感知組成物１１が、３０℃〜１５０℃の範囲内の少なくともどこかにおいて、温度の関数として、１０℃当たり少なくとも−１％の大きさの、相対静電容量変化（δｃ／Ｃ、すなわち静電容量の変化は、基準静電容量との比）を呈することである。本発明者らは、このような組成物及びそれらから作製される静電容量感知素子が高温老化に耐える高い能力を呈し得ることを見出した。すなわち、それらが呈する静電容量の例えば時間における漂動量は、例えば１００℃以上に接近する温度に長時間さらされる場合に、例えばそのような温度範囲において静電容量の正の傾斜を表示する組成物と比較して、より少なくなり得る（本明細書の実施例の図３において立証されるように）。その上、このような組成物及びそれらから作製された静電容量感知素子は、高電圧ケーブルの温度を監視するために使用される場合等、高強度電界において長期間維持される場合でさえ、Ｌ−Ｃ回路において改良された性能を提供し得る（例えば、老化の効果に耐え得る）。（もちろん、このような検討事項は、例えば、実質的に電界が存在しない機械コンポーネント及びリンク機構の温度を監視する際には発生しない）。
【００１０】
図２は、約３０〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈する材料（実施例１）に関して、実験で観察された相対静電容量を表示する（比較用に、この温度範囲にわたって正の傾斜を表示する比較例材料と共に）。計算される相対静電容量変化は、基準点として使用される温度及び静電容量により、幾分変動することになることが理解されるであろう（図２において容易に明らかであるように、温度に伴う静電容量の変化は、この温度範囲にわたって必ずしも一定にはならないことも留意の上で）。計算される相対静電容量変化は、したがって、使用される基準静電容量並びに計算に使用される温度範囲（及び対応する静電容量範囲）の幅により幾分変動することになる。具体的な例として、図２の実施例１の静電容量感知素子の相対静電容量変化は、６０℃〜８０℃の増加幅を使用して計算される場合、１０℃当たり約−１７％である。（このような計算における便宜上、基準温度／静電容量をその増加幅のうちのより低い方の温度、例えばこの例の場合は６０℃、にするという慣行に従ってもよい）。８０℃〜１２０℃の増加幅を使用する場合、計算される相対静電容量変化は、図２の実施例１の静電容量感知素子については、１０℃当たり約−１１％である。このような変動にかかわらず、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈する本明細書に定義されるような静電容量感知組成物は、この範囲内に（完全に）収まる任意の２０℃の温度増加幅に基づいて計算される場合、１０℃当たり少なくとも−１％の大きさの相対静電容量変化を呈するものである。特定の実施形態では、本明細書に列挙される相対静電容量変化（例えば、少なくとも約−１、−２、−４、−８％等の大きさの）は、８０℃〜１００℃の温度増加幅（及び基準温度８０℃）に基づいて計算することができる。
【００１１】
様々な例証的な実施形態では、静電容量感知組成物１１は、任意の基準温度及び３０℃〜１５０℃の範囲内の２０℃増加幅に基づいて計算される場合、１０℃当たり少なくとも−１．５、−２、−４、−８、−１２、−１６、又は−２４％の大きさの相対静電容量変化を呈し得る。このような相対静電容量変化は、静電容量感知組成物１１が単層として設けられているか（例えば、２つの電極の間にあるか、若しくは指を組むように互いに組み合わせた電極がその上に設けられているか）、又は上述したＭＬＣＣの場合のような多層として設けられているかにかかわらず、測定及び計算できることが理解されるであろう。（図２中のデータは、ＭＬＣＣ形態の静電容量感知組成物に関して取得されたものである一方、図４及び６中のデータは、本明細書に記載の実施例において詳細に論じられるように、単層形態の静電容量感知組成物に関して取得された）。
【００１２】
３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈し、かつ３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量感知組成物１１に静電容量対温度比の負の傾斜を付与する、任意の好適なセラミック強誘電性材料を使用することができる。様々な実施形態では、潜在的に好適な材料は、ドープされた及び／又は変性のＢａＴｉＯ３、ＢａＳｎＴｉＯ３、ＢａＨｆＴｉＯ３、ＢａＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＦｅ１２Ｏ１９、Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ（１−ｘ）］Ｏ３、及びｘ［Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３］−（１−ｘ）［ＰｂＴｉＯ３］、並びにこれらの組み合わせ及び混合物からなる群から選択することができるが、そのような組成物が上に列挙した要件を満たすことを条件とする。（上に列挙した組成物に属する材料はすべて、必ずしも３０℃未満の電気キュリー温度及び／又は３０〜１５０℃の温度範囲にわたる負の傾斜を呈すものではないことを、当業者は、認識するであろう。）
【００１３】
一部の実施形態では、潜在的に好適な強誘電性セラミック材料を、置換チタン酸バリウムの一般的なグループから選択することができる。とりわけ、電気キュリー温度を例えば約１２０℃（多くの未置換チタン酸バリウムが呈する近似値）から低下させる原子を、チタン酸バリウム中に組み込んで（すなわち、例えばバリウム又はチタン原子と置換して）もよい。このような方法で好適に組み込むことができるドーパントとしては、例えば、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｐｂ、及びＳｒが挙げられる。特定の実施形態では、セラミック強誘電性材料は、ＢａＭｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、ＭはＺｒ又はＳｎであり、かつ０．１≦ｘ≦０．８）からなる群から選択される材料を含んでもよい（すなわち、ジルコニウム置換又はスズ置換のチタン酸バリウム。）他の実施形態では、潜在的に好適な材料は、ジルコン酸チタン酸鉛（しばしばＰＺＴと呼ばれる）から選択することができる。この種類のいくつかの例証的な材料は、例えば、ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、０＜ｘ＜１である）及び似た組成の材料を含む。このような材料は、所望される場合は、例えばランタンによってドープしてもよい（いわゆるＰＬＺＴを形成するために）。他の潜在的に好適な材料は、上記したように、マグネシウムニオブ酸鉛−チタン酸鉛から選択することができる。しかし、特定の実施形態では、強誘電性セラミック材料及び結果として得られる組成物は、鉛及び鉛化合物（例えば、酸化物）を実質的に含まない。もちろん、任意のこのような潜在的に好適な材料は、それが上に開示した基準を満たすことを確認するために、評価される必要があることがある。分類Ｙ５Ｖに属する特定のＭＬＣＣ（例えば、Ｙ５Ｖ分類を意味する誘電コード「Ｖ」を有し、Ｖｉｓｈａｙ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＣＴ）から入手可能な商品呼称（ＶＪ．．．．Ｗ１ＢＣ）の特定のＭＬＣＣ）は、とりわけ好適な候補になり得る（かつ、有利に低い損失正接もまた呈し得る）。
【００１４】
所望される場合は、特定の組成物の強誘電性セラミック材料及び結果として得られる特性が、所望されるように配合されてもよい（例えば、完成したＭＬＣＣの形態で入手可能な特定の組成物に依存するのではなく）。例えば、本明細書に開示されるように、特定のスズ置換チタン酸バリウムは、例えば所望されるとおりに選択されたスズとチタンの比率によって合成することができる。このような強誘電性セラミック材料（任意の所望される組成物の）は、以下で詳細に論じられるようなポリマーマトリックス中に分散させることができ、得られる組成物は、静電容量感知素子へと形成することができる（例えば、その上への電極の配設によって）。
【００１５】
強誘電性セラミック材料は、任意の好適な粒径（例えば、それを所望されるポリマーマトリックス中に許容可能に分散し、本明細書に開示されるような組成物を形成することを可能にするような）を含んでもよい。様々な実施形態では、強誘電性セラミック材料は、約２００、１００、４０、又は２０マイクロメートル以下の平均粒径を含んでもよい。更なる実施形態では、強誘電性セラミック材料は、少なくとも約０．１、０．２、１、２、４、８、又は１６マイクロメートルの平均粒径を含んでもよい。所望される場合は、強誘電性セラミック材料の粒子は、所望されるポリマーマトリックス中への粒子の分散能力を高める任意の好適な表面処理等を含んでもよい。例えば、粒子は、例えば疎水基、界面活性剤等によって処理又はコーティングされてもよい。
【００１６】
ポリマーマトリックス中に分散される場合、様々な実施形態では、強誘電性セラミック材料の粒子は、得られる組成物の（すなわち、ポリマーマトリックス及び強誘電性セラミック材料、並びに存在する場合は任意の他の添加剤の合計の）少なくとも約３０、４０、５０、６０、６５、又は７０重量％を構成してもよい。更なる実施形態では、強誘電性セラミック材料の粒子は、組成物の最大約９０、８０、７０、６０、５０、４０、又は３０重量％を構成してもよい。特定の実施形態では、強誘電性セラミック材料の粒子は、パーコレーションしきい値（組成物の絶対静電容量及び／又は温度によるその静電容量の変化がそこで著しく上昇し得る点）に接近又は超過する重量（及び体積）パーセントでポリマーマトリックス中に提供されてもよい。
【００１７】
一部の実施形態では、静電容量感知組成物の全損失正接（ｔａｎ  δ）は、３０〜１５０℃の温度範囲にわたって、かつ１ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの周波数において、約０．０５以下であってもよい。特定の実施形態では、損失正接は、約１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で測定してもよい。
【００１８】
所望される場合に強誘電性セラミック材料の粒子をその中に分散してもよいポリマーマトリックスは、任意の好適なポリマー材料を含んでもよい。一部の実施形態では、このようなポリマーマトリックスは、熱可塑性組成物を含んでもよく、これを、例えば、強誘電性セラミック材料の粒子が十分にその中へ混和され得るような十分な高い温度へ昇温させ、次に冷却させて固体物品を形成することができる。又は、このようなポリマーマトリックスは、強誘電性セラミック材料をその中に分散することができる熱硬化性材料、例えば液体又は半固体の材料を含んでもよく、これを次に硬化させて（任意の好適な手段、例えば熱エネルギー、照射、触媒、及び／又は反応開始剤の添加等によって）固体物品を形成することができる。得られる組成物は、堅く剛性であってもよく、又は比較的弾性であってもよい。しかし、得られる組成物が固体であることは、厳密には必要でないことがある。むしろ、それは、所望される場合は、半固体、グリース、ゲル、ワックス、漆喰、又は接着剤でさえあってもよい（例えば、感圧接着剤）。
【００１９】
様々な実施形態では、ポリマーマトリックスは、例えば、ウレタン系ポリマー；シリコーン系ポリマー；ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）系ポリマー；ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）；例えばポリエチレン又はポリプロピレン等のオレフィン性ポリマー；エポキシ樹脂；フッ素含有ポリマー（例えば、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ヘキサフルオロプロピレン単位を含むポリマー、並びにそれらのコポリマー及びブレンド）、任意の他のハロゲン含有ポリマー（例えば、塩素化及び／又は臭素化ポリマー）、ポリエーテル、（メタ）アクリル系ポリマー等を含んでもよい。これらは、単に例証的な大まかなカテゴリーであり、任意の好適な高分子材料、コポリマー、又はそれらのブレンドを使用してもよいことが強調される。（しかし、好適な高分子材料は、一般に非導電性材料であり得、しばしば自然状態では本質的に電気絶縁性であり得る。）組成物は、例えば加工性、耐候性等を改善するために、任意の他の好適な添加剤も含んでもよい。潜在的に有用な添加剤としては、したがって、加工助剤、離型剤、安定剤、酸化防止剤、及び可塑剤等が挙げられ得る。
【００２０】
静電容量感知組成物１１を配合する場合（例えば、ＭＬＣＣ等の既存の静電容量素子の形態で得るのではなく）、この組成物は、任意の好適な形態の物品として提供されても（例えば、形作られても）よい。しばしば、それを平板へと形作るのが便利であり得る。
【００２１】
本明細書に開示される組成物、素子、及び装置は、高電圧電力ケーブル及び配線の監視における使用に好適であり得る。そのため、静電容量感知組成物１１に依存する素子である静電容量感知素子２１を備える装置１（これらはすべて、一般的表現において図１に示される）は、そのような使用に所望されるような任意の付随的コンポーネントを含んでもよい。そのような使用及びコンポーネントの更なる詳細は、２０１３年５月３日に提出され「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＯＦ  ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ  ＣＯＮＤＵＣＴＯＲ」と題された係属中のＰＣＴ出願中国第２０１３／０７５１３５号（代理人整理番号７１２９０ＷＯ００２）に記載されており、これは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。しかし、本明細書に開示される組成物、素子、及び装置は、任意の所望される品目若しくは装置又はそれらの部分の温度（３０〜１５０℃範囲の）の監視のために使用できることが理解されるであろう。
【００２２】
例証的実施形態の一覧
実施形態１は、３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈する強誘電性セラミック材料を含有する静電容量感知組成物を含む静電容量感知素子を備え、静電容量感知組成物が、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈する、受動的温度感知装置である。実施形態２は、静電容量感知素子が、静電容量感知組成物及び導電性材料の交互層を備える多層セラミックコンデンサを備える、実施形態１の装置である。実施形態３は、静電容量感知組成物が、ポリマーマトリックス中に分散された強誘電性セラミック材料の粒子を含む、実施形態１の装置である。実施形態４は、ポリマーマトリックスが、熱可塑性材料及び熱硬化性材料からなる群から選択される、実施形態３の装置である。実施形態５は、ポリマーマトリックスが、シリコーン；エポキシ；エチレン−プロピレン−ジエン；ポリオレフィン；ポリウレタン；エピクロロヒドリン；フルオロエラストマー；並びにこれらのコポリマー、ブレンド、及び／又は混合物からなる群から選択されるポリマーを含む、実施形態３〜４のいずれかの装置である。実施形態６は、強誘電性セラミック材料が、静電容量感知組成物の約１５重量％〜約９０重量％を構成する、実施形態１及び３〜５のいずれかの装置である。
【００２３】
実施形態７は、強誘電性セラミック材料が、ドープされたＢａＴｉＯ３、ＢａＳｎＴｉＯ３、ＢａＨｆＴｉＯ３、ＢａＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＦｅ１２Ｏ１９、Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ（１−ｘ）］Ｏ３、及びｘ［Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３］−（１−ｘ）［ＰｂＴｉＯ３］、並びにこれらの組み合わせ及び混合物からなる群から選択される、実施形態１〜６のいずれかの装置である。実施形態８は、強誘電性セラミック材料が、ＢａＭｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、Ｍ＝Ｚｒ又はＳｎであり、かつ０．１≦ｘ≦０．８である）からなる群から選択される、実施形態１〜７のいずれかの装置である。実施形態９は、強誘電性セラミック材料が、ＢａＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、０．１≦ｘ≦０．３である）からなる群から選択される、実施形態１〜８のいずれかの装置である。実施形態１０．強誘電性セラミック材料が、ＢａＳｎｘＴｉ１−ｘＯ３（式中、０．１≦ｘ≦０．３である）からなる群から選択される、実施形態１〜８のいずれかの装置。
【００２４】
実施形態１１は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−１．５％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。実施形態１２は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−２％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。実施形態１３は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−４％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。実施形態１４は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−８％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。実施形態１５は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−１２％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。実施形態１６は、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたる静電容量対温度比の負の傾斜が、１０℃当たり約−１６％よりも大きい、実施形態１〜１０のいずれかの装置である。
【００２５】
実施形態１７は、静電容量感知組成物が、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって１ｋＨＺ〜２０ＭＨｚの周波数で約０．０５以下の損失正接を呈する、実施形態１〜１６のいずれかの装置である。実施形態１８は、静電容量感知素子が、Ｌ−Ｃ回路の静電容量素子である、実施形態１〜１７のいずれかの装置である。実施形態１９は、静電容量感知素子が、高電圧電力ケーブルの一部分と熱的に連通している、実施形態１８の装置である。実施形態２０は、Ｌ−Ｃ回路の共振周波数を検出するように構成されたユニットを更に備える、実施形態１８〜１９のいずれかの装置である。実施形態２１は、高電圧電力ケーブルの一部分の温度を監視する方法であって、高電圧電力ケーブルの一部分と熱的に連通している静電容量感知素子を備えるＬ−Ｃ回路の共振周波数を検出することを含み、静電容量感知素子が、３０℃未満の測定可能な電気キュリー温度を呈する強誘電性セラミック材料を含有する静電容量感知組成物を含み、静電容量感知組成物が、３０℃〜１５０℃の温度範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈する、方法である。実施形態２２は、実施形態１〜２０のいずれかの装置を使用して実行される、実施形態２１の方法である。
【実施例】
【００２６】
本発明の理解を助けるために、以下の実施例を提供するが、これは、本発明の範囲を限定するものと解釈するべきではない。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
（実施例１）
Ｖｉｓｈａｙ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＣＴ）から、商品呼称（部品番号）ＶＪ１２０６Ｖ１０３ＺＸＡＰＷ１ＢＣ（メーカーの命名法によると、部品番号の２番目の「Ｖ」は、このＭＬＣＣがＹ５Ｖ分類に属することを表す）の、Ｙ５Ｖ分類の（かつ、ドープされた及び／又は変性のチタン酸バリウム材料に基づくと考えられる）ＭＬＣＣ系チップコンデンサを入手した。供給会社によって提供された情報は、このＭＬＣＣが、１０ｎＦの公称静電容量及び５０ボルトの定格電圧を有することを表示していた。
【００２９】
ＭＬＣＣの実施例１の試料を、対流式オーブン（ＤＫＮ６００機械式対流式オーブン、Ｙａｍａｔｏ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ））の内部に配置した。ＭＬＣＣの温度を監視できるように、熱電対検出器をＭＬＣＣに近接して及び／又は接触して位置決めし、読取器（ＮＩ  ９２１１、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ））に接続した。データ取得は、カスタマイズされたＬａｂｖｉｅｗプログラム（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸ））を使用して行った。電線（ＰＴＦＥ高温撚線）を使用して、ＭＬＣＣをインピーダンスアナライザ（Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ（Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ，ＵＫ）から入手可能なＳｏｌａｒｔｒｏｎインピーダンス／ゲイン−フェーズアナライザモデル１２６０）に接続した。測定配線及び計器の静電容量を相殺するために開回路の静電容量を測定した。印加交流電圧は、約２００ｍＶであり、測定周波数は、約６０ｋＨｚであった。加えて、交流２００ｍＶを印加することによって、１００ｋＨｚから１００Ｈｚまで周波数掃引を行った。この周波数範囲における実部及び虚部のインピーダンス応答は、試料が連続的に位相角−９０度の抵抗−コンデンサ直列回路構成にあることを明らかに示した。静電容量は、連続抵抗−コンデンサ直列回路構成に基づいて計算した。
【００３０】
オーブンを、約１５０℃に加熱し、そこから約３０℃へ、約０．７℃／分の範囲にあると概算される冷却速度で冷却した。温度及び静電容量は、約１０秒毎に測定した。代表的な実施例１（Ｗ．Ｅ．１）のＭＬＣＣ試料の相対静電容量を（９０℃での静電容量を（任意に）基準静電容量として選定して）温度の関数として図２に示す。実施例１は、試験範囲にわたって静電容量対温度比の負の傾斜を呈することが分かる。対照的に、この温度範囲において負の傾斜を有さないであろうセラミック材料をベースとすると考えられる代表的なＭＬＣＣである比較例（Ｃ．Ｅ．）は、図２から明らかなように、実際は正の傾斜を呈した。
【００３１】
実施例１のＭＬＣＣ試料はまた、高温老化試験にも供された。試料を、最大約５００時間又はそれ以上の期間にわたって昇温状態℃でオーブン内に保持し、定期的に（上述したものとおおむね同様の方法で）静電容量を測定した。代表的な試料の結果（高温曝露の開始時点の静電容量値からの静電容量変化率として示す）を図３に示す。図３には、比較例のＭＬＣＣの代表的な試料（及びこの比較例の組成に幾分同様の組成のセラミック材料をベースとすると考えられるＭＬＣＣである第２の比較例（Ｃ．Ｅ．２））の結果もまた、示されている。図３のデータはすべて、（各例について）８０、１１０、及び１３０℃で保持した試験試料から得られた平均化結果を示す。
【００３２】
（実施例２及び３）
高純度ＢａＣＯ３、ＳｎＯ２及びＴｉＯ２粉末の化学量論的当量を、約２４時間湿式ボールミルで粉砕し、懸濁液を作製した。懸濁液を、オーブン中で約１００℃で約３時間乾燥させ、次に炉内で約１１００℃で約４時間仮焼した。この方法で、以下の一般的組成の強誘電性粉末のバッチを作製した。ＢａＳｎｘＴｉ１−ｘＯ３（ｘ＝０．１）
【００３３】
液状シリコーン（Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４シリコーンエラストマーベース）及び硬化剤（Ｓｙｌｇａｒｄ  １８４シリコーンエラストマー硬化剤）の混合物を、誘電性粉末の様々な充填画分と共に、小型プラスチック容器に入れ、高速撹拌機（ＤＡＣ  １５０  ＦＶＺ、Ｓｉｅｍｅｎｓ）を使用して成分を混合した（高速撹拌機を使用して約２５００ｒｐｍで１５０秒回転した）。次に、この混合物をアルミニウム鍋に注ぎ、約１００℃の温度で約２時間硬化させた。結果として得られた様々なシート試料は、典型的には厚さ２〜４ｍｍ、直径１２〜１６ｍｍであった。各シート試料の第１及び第２の主面に銅テープを適用し、静電容量感知素子を形成した。次に、静電容量感知素子を、ガラススライドで裏打ちされたシリコーンゴムシートで挟んだ。電気配線を銅テープに接続し、実施例１とおおむね同様の方法で温度の関数としての静電容量を判定した（一部の場合では、若干異なる温度範囲にわたってデータをとった）。
【００３４】
２つの代表的な試料（セラミックコンデンサ材料の充填量が約７２重量％の実施例２及び充填量が約６０重量％の実施例３）の結果を図４に示す。（図２で使用された相対静電容量ではなく、絶対静電容量を示す）。誘電性セラミック粉末を含有しないことを除いて同様に作製されたシリコーンシートを、参考例として試験した（Ｒ．Ｅ．と標識された、図４の最下部のグラフ）。実施例３及び４並びに純シリコーン試料についても、温度の関数としての誘電損失正接を得た。上述したものと同じ一般的な構成及び試験手順を使用し、連続抵抗コンデンサ直列回路構成に基づいて損失係数を計算した。これらの結果を図５に示す。
【００３５】
（実施例４）
実施例２及び３について記載された一般的な方法で、以下の一般的組成の誘電性粉末のバッチを作製した。ＢａＳｎｘＴｉ１−ｘＯ３（ｘ＝０．１５）粉末試料をシリコーン液の中へ混合し、実施例２及び３と同様の方法で硬化シートを形成した。結果として得られたシート試料は、典型的には厚さ２〜６ｍｍ、直径３．０〜４．５ｃｍであった。代表的な試料（セラミック材料の充填量が約６０重量％の）を実施例２及び３とおおむね同様の方法で試験し、その結果を図６及び７に示す。純シリコーンの参考例（上述したとおりの）で得られた試験結果もまた、示されている。
【００３６】
上述の実施例は、理解の明確性のみのために提供されたものである。それらから不必要な限定を理解するべきではない。実施例において記載された試験及び試験結果は、予測的ではなく、むしろ単に例示的であることを意図したものであり、試験手順の変更は、異なる結果をもたらすと予想することができる。実施例の項における定量的な値はすべて、用いられる手順に関連する一般的に知られた許容誤差を考慮した近似的な値であるものと理解される。
【００３７】
本明細書に開示される特定の例証的な要素、構造、特徴、詳細、構成等を、多くの実施形態において修正及び／又は組み合わせることができることは、当業者には自明であろう。（とりわけ、代替物として本明細書に明確に記載されているいずれの要素も、任意の所望される組み合わせにおいて、請求項に明示的に含めても、又は請求項から除外してもよい。）このような変形例及び組み合わせはすべて、発明者によって、例証的な説明としての役割を果たすべく選択された代表的な設計としてだけではなく、想到される発明の境界内にあるものと考えられるものである。したがって、本発明の範囲は、本明細書に記載される特定の例示的構造に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の文言によって述べられる構造及びこうした構造の均等物にまで少なくとも敷衍されるものである。本明細書で使用する用語「実質的に含有しない」及び似た文言は、例えば、日常的な洗浄手順に供される大規模な生産設備を使用する場合に生じ得るように、ごくわずかな量を意味し、きわめて少量（例えば、０．１重量％以下）の材料がある程度存在するのを排除しないことを、当業者は理解するであろう。記載されたとおりの本明細書と、参照によって本明細書に組み込まれるいずれかの文書の開示内容との間に矛盾又は食い違いが存在する場合、記載されたとおりの本明細書が優先するものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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