(57)【要約】      （修正有）【課題】電荷を逸らすための導電体経路システムを提供する。【解決手段】導電体経路システム３００は、第１の被印刷表面３０６ａを有し一以上の接地点３１８を有する基材３０４を含む。導電体経路システムは、第１の被印刷表面に直接描画印刷処理によって直接印刷された、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。直接描画導電性材料パターンは、一以上の接地点と相互に接続された一以上の電気的経路３３４を形成する。一以上の接地点と相互接続された一以上の電気的経路は、第１の被印刷表面からの電荷を一以上の接地点へ逸らす。【選択図】図１１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を逸らすための導電体経路システムであって、
第１の被印刷表面を有し一以上の接地点（３１８）を有する、基材（１０１）と、
直接描画印刷処理によって前記第１の表面上に直接印刷されて、前記一以上の接地点（３１８）と相互接続された一以上の電気的経路（３３４）を形成している、直接描画導電性材料パターン（３２０）と
を含み、
前記一以上の接地点（３１８）と相互接続された前記一以上の電気的経路（３３４）が、前記電荷を前記第１の表面から前記一以上の接地点（３１８）へと逸らす、システム。
【請求項２】
前記基材（１０１）が、下塗りされた表面を有する下塗りされた基材（１０１）を形成するために前記基材（１０１）の前記第１の表面上に塗布された下塗り層（３３０）を有し、前記直接描画導電性材料パターン（３２０）が、前記下塗りされた表面上に直接印刷されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材（１０１）が、繊維ガラス材料、複合材料、金属材料、及び前記複合材料と前記金属材料との組み合わせのうちの一以上を含む、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記直接描画導電性材料パターン（３２０）上に塗布された導電性コーティングを更に含む、請求項１から３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記導電性コーティングが、導電性金属塗料及び導電性シーラントのうちの一以上を含み、前記導電性金属塗料及び前記導電性シーラントは両方とも、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、及びそれらの合金のうちの一以上を含む導電性金属材料を有する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記導電性コーティング上に塗布されたトップコート層（３４４）を更に含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記直接描画導電性材料パターン（３２０）が、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクのうちの一以上を含む導電性材料で作製されている、請求項１から６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記直接描画印刷処理が、噴霧堆積処理、インクジェット印刷処理、エアロゾル印刷処理、パルスレーザ蒸着処理、フレキソ印刷処理、マイクロスプレー印刷処理、平台シルクスクリーン印刷処理、回転シルクスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理、及びプラズマスプレー処理のうちの一以上を含む、請求項１から７の何れか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記電荷が、落雷からの電荷、及びプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）からの電荷のうちの一以上を含む、請求項１から８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
構造物の電荷を逸らすための導電体経路システムの作製方法であって、
被印刷表面を有し一以上の接地点（３１８）を有する、前記構造物を提供するステップと、
一以上の電気的経路（３３４）を形成するために、直接描画印刷処理によって、前記構造物の前記表面に直接描画導電性材料パターン（３２０）を印刷するステップと、
前記電荷を前記表面から前記一以上の接地点（３１８）へと逸らすために、前記一以上の電気的経路（３３４）を前記一以上の接地点（３１８）と相互接続するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
印刷する前に、前記構造物の表面上に下塗り層（３３０）を塗布することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
相互接続した後に、前記直接描画導電性材料パターン（３２０）上に導電性コーティングを塗布することを更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導電性コーティングを塗布した後に、前記導電性コーティング上にトップコート層（３４４）を塗布することを更に含む、請求項１０から１２の何れか一項に記載の方法。
【請求項１４】
印刷することが、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクのうちの一以上を含む導電性材料で作製されたグリッドパターンを含む前記直接描画導電性材料パターン（３２０）を印刷することを更に含む、請求項１０から１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
印刷することが、噴霧堆積処理、インクジェット印刷処理、エアロゾル印刷処理、パルスレーザ蒸着処理、フレキソ印刷処理、マイクロスプレー印刷処理、平台シルクスクリーン印刷処理、回転シルクスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理、及びプラズマスプレー処理のうちの一以上を含む前記直接描画印刷処理によって印刷することを更に含む、請求項１０から１４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年１２月２２日出願の「STRUCTURES WITH PZT NANOPARTICLE INK BASED PIEZOELECTRIC SENSOR ASSEMBLY」と題する係属中の出願番号１４／１３８，１２０（代理人整理番号１１−０１９５−ＵＳ−ＣＮＴ）の一部継続出願であってその優先権を主張し、２０１１年８月１７日出願の米国特許非仮出願番号１３／２１２，０３７、現在では２０１３年１２月２４日付の「METHOD AND SYSTEM OF FABRICATING PZT NANOPARTICLE INK BASED PIEZOELECTRIC SENSOR」と題する米国特許第８，６１４，７２４号（代理人整理番号１１−０１９５−ＵＳ−ＮＰ）、の継続出願でありその優先権を主張するものであり、２０１１年８月１７日出願の米国特許非仮出願出願番号１３／２１１，５５４、現在では２０１５年４月１４日付の「METHODS FOR FORMING LEAD ZIRCONATE TITANATE NANOPARTICLES」と題する米国特許第９，００５，４６５号（代理人整理番号ＵＷＯＴＬ−１−３７２５９）、に関連し、また２０１１年８月１７日出願の米国特許非仮出願出願番号１３／２１２，１２３、現在では２０１４年７月１日付の「METHOD AND SYSTEM FOR DISTRIBUTED NETWORK OF NANOPARTICLE INK BASED PIEZOELECTRIC SENSORS FOR STRUCTURAL HEALTH MONITORING」と題する米国特許第８，７６６，５１１号（代理人整理番号１１−０８３９−ＵＳ−ＮＰ）、にも関連する。出願番号１４／１３８，１２０、出願番号１３／２１２，０３７、出願番号１３／２１１，５４４、及び出願番号１３／２１２，１２３の内容。
【０００２】
１）本開示の分野
本開示は、概して、直接描画印刷処理により印刷又は堆積した導電性材料を用いたシステム及び方法に関し、より詳細には、直接描画印刷処理により印刷又は堆積したナノ粒子インクなどの導電性材料を用いた落雷保護システム及び方法に関する。本開示はまた、センサの製造方法及びシステムに関し、より詳細には、構造物上に堆積させたナノ粒子圧電センサの製造方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
複合材料は、高い強度重量比と耐食性、及びその他の好適な特性によって、航空機、宇宙機、及び回転翼航空機などの航空ビークルの製造、水上機、自動車、トラック、及びその他の移動体の製造に含まれる、多種多様な構造物及び構成要素部品に用いられている。特に、複合材構造物及び構成要素部品の使用量は航空機の建造において増大しており、航空機の胴体、翼、尾部、外板パネル、及びその他の構成要素部品を形成している。
【０００４】
しかしながら、複合材料は金属材料よりも導電性が低く、複合材構造物及び構成要素部品は、落雷又はＰスタティック（プリシピテーションスタティック（降水空電））による電荷又は電気エネルギーを、金属製の構造物及び構成要素部品ほど迅速かつ効率よく消散しにくいことがある。
【０００５】
航空機などの航空ビークルの複合材構造物への落雷及び静電気、例えばＰスタティックのビルドアップを管理する既知のシステム及び方法が開発されている。幾つかの既知のシステム及び方法では、複合材構造物及び構成要素部品に、金属製の導電体を追加するか、或いは様々な構成の金属箔システムを組み込んでいる。そのような金属製導電体の追加には、複合材構造物及び構成要素部品に金属製の避雷ストリップ（ｄｉｖｅｒｔｅｒ  ｓｔｒｉｐｓ）を適用することが含まれ得る。そのような金属箔システムの組込みには、複合材構造物及び構成要素部品内に埋め込まれた金属製メッシュの形態の、銅又はアルミニウムの箔の使用が含まれ得る。しかしながら、そのような既知の金属製避雷ストリップ、及び埋め込まれた金属製メッシュは、航空機翼の飛行操縦翼面などの可撓性の表面の疲労に対応することが困難であり、それらが適用されたか或いは内部に埋め込まれた複合材料又は構成要素部品の構造に影響を及ぼすことがある。
【０００６】
更に、航空機などの航空ビークルの複合材構造物への落雷及び静電気のビルドアップ、例えばＰスタティックの管理に、既知のアップリケを用いたシステムが使用されることがある。そのような既知のアップリケベースのシステムでは、複合材構造物の表面上にアップリケとして適用され該表面に接着剤で固定された、誘電性及び導電性材料の交互層を用いる。しかしながら、そのような既知のアップリケは、部品の製造中又はレイアップ中に設置或いは適用されず、製造後に二次的な運用において設置又は適用され得るのが典型的であり得る。これにより生産性が低下することとなり得る。更に、そのような既知のアップリケは典型的に、接着剤と共に適用された連続的な層を含み得、ｉｎ−ｓｉｔｕでの修理や交換がしにくいことがある。
【０００７】
落雷及び静電気のビルドアップを管理するそのような既知のシステム及び方法の別の難点としては、これらが直接描画処理されず、特殊なレイアップ処理による製造を必要とし得ることであり、これにより製造時間とコストがかさみ、永続性の低い、製造後の二次的な運用における適用を要し得ることである。
【０００８】
従って、既知のシステム及び方法に対する利点をもたらす、複合材構造物及び構成要素部品の表面への落雷及びＰスタティックなどからの電荷を管理するための改善された導電体経路システム及び方法に対し、当技術分野における需要が存在する。
【０００９】
複合材又は金属構造などの構造物を連続的に監視し、材料特性及び応力及び歪みレベルを測定して構造物の性能、起こり得る損傷、及び現在の状態を評価するための構造健全性診断（ＳＨＭ）システム及び方法に含まれる様々な用途で、マイクロセンサなどの小型のセンサが用いられ得る。既知のＳＨＭシステム及び方法には、ポリイミド基材に組み込まれ、電力・通信用配線に接続された、小型で硬いセラミックディスクセンサが含まれ得る。そのような既知のセンサは典型的に、接着剤を用いて手作業で構造物に接合される。そのような手作業での設置では労力と設置コストがかさみ得、そのような接着剤は時間の経過と共に劣化してセンサが構造物から剥離することとなり得る。更に、そのような既知のセンサは硬質で平坦な、且つ／又は脆い材料で作られていることがあり、用途が限られ得る。例えば湾曲した又は非平面の基材表面での使用は困難であり得る。更に、そのような既知のセンサの大型のアレイでは、必要となる電力及び通信用配線の量によって構造物の複雑性と重量が増すことがある。
【００１０】
更に、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）及び方法などの既知のセンサシステム及び方法では、ナノ粒子を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）センサなどの基材圧電センサへの堆積の使用が含まれ得る。そのような既知のＭＥＭＳ作成方法は、直接描画インク用ＰＺＴ粉末の溶融塩合成を含み得る。しかしながら、そのような既知の方法で製造されたＰＺＴセンサの用途はＰＺＴセンサの物理的形状によって制限されることがある。そのような物理的形状の制限によって、センシング能力及び作動応答が不十分となり得る。更に、そのような既知の方法で製造されたＰＺＴセンサは、ＰＺＴセンサの製造方法に起因して、センサ機能が重要となり得るエリアに適用又は配置できないことがある。例えば、既知の溶融塩合成法では、幾つかの用途の基材に許容されるよりも高い温度での処理を要することがある。
【００１１】
更に、そのような既知のＭＥＭＳシステム及び方法は、結晶性のナノ粒子に比べ効率の低い非晶質ナノ粒子を有するセンサの使用を含むこともある。非結晶化構造は典型的に、無秩序性が大きいため歪み及び電圧に対する応答感度が低いのに対し、結晶化構造は、内部の秩序がより大きいため歪みに対する応答感度が増し、動作エネルギーの需要が低いのが典型的である。更に、噴霧堆積（ｊｅｔｔｅｄ  ａｔｏｍｉｚｅｄ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＪＡＤ）処理などの幾つかの既知の堆積プロセス及びシステムではセンサのナノ粒子は大きすぎることがあり、そのようなナノ粒子は高温焼結／結晶化処理を要することがあり、温度に対する感受性を有する基材又は構造が損傷することとなり得る。
【００１２】
従って、当技術分野において、構造物の構造健全性診断システム及び方法に用いられ得る、ナノ粒子を有したＰＺＴ圧電センサを製造するための改善された方法及びシステムに対する需要が存在する。そのような改善された方法及びシステムは、既知の方法及びシステムに対し有利な点をもたらす。
【発明の概要】
【００１３】
本開示の例示的な実装態様は、改善された導電体経路システム及び方法を提供する。発明を実施するための形態で後述するように、改善された導電体経路システム及び方法の実施形態は、構造物の表面上の電荷を管理する既知のシステム及び方法に対して、大きな利点をもたらし得る。
【００１４】
本開示の実施形態では、電荷を逸らす（ｄｉｖｅｒｔ）導電体経路システムが提供される。導電体経路システムは、第１の被印刷表面を有し一以上の接地点を有する、基材を含む。
【００１５】
直接描画導電性材料パターンは、一以上の接地点と相互に接続された一以上の電気的経路を形成する。一以上の接地点と相互接続された一以上の電気的経路は、第１の表面からの電荷を一以上の接地点へ逸らす。
【００１６】
本開示の別の実施形態では、航空ビークルが提供される。航空ビークルは、導電体経路システムを有した航空ビークル構造物を含む。
【００１７】
導電体経路システムは、下塗りされた被印刷表面を有した下塗りされた基材を含む。及び一以上の接地点を有する導電体経路システムは、直接描画印刷処理によって下塗りされた表面上に直接印刷されたグリッドパターンを含んだ、直接描画導電性材料パターンを更に含む。直接描画導電性材料パターンは、一以上の接地点と相互に接続された一以上の電気的経路を形成する。
【００１８】
導電体経路システムは、直接描画導電性材料パターン上に塗布された導電性コーティングを更に含む。導電体経路システムは、導電性コーティングの上に塗布されたトップコート層を更に含む。一以上の接地点と相互接続された一以上の電気的経路は、航空ビークル構造の外面に対する落雷又はプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）による電荷を、一以上の接地点へと逸らす。
【００１９】
本開示の別の実施形態では、構造物上の電荷を逸らす導電体経路システムの作成方法が提供される。本方法は、被印刷表面を有し一以上の接地点を有した構造物を提供するステップを含む。本方法は、一以上の電気的経路を形成するために、直接描画印刷処理によって、直接描画導電性材料パターンを、当該構造物の表面上に印刷するステップを更に含む。本方法は、表面から一以上の接地点へと電荷を逸らすために、一以上の電気的経路を一以上の接地点と相互接続するステップを更に含む。
【００２０】
更に、構造物の構造健全性診断システム及び方法に用いられ得る、ナノ粒子を有したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）圧電センサの製造方法及びシステムに対する需要が満たされる。発明を実施するための形態で後述するように、本方法及びシステムの実施形態は、既存の方法及びシステムに対して大きな利点をもたらし得る。
【００２１】
本開示の別の実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサの製造方法が提供される。本方法は、ＰＺＴナノ粒子インクを調製することを含む。本方法は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを形成するために、インク堆積処理によってＰＺＴナノ粒子インクを基材上に堆積することを更に含む。
【００２２】
本開示の別の実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサの製造方法が提供される。本方法は、予め結晶化したＰＺＴナノ粒子を含むＰＺＴナノ粒子インクを調製することを含む。本方法は、ゾル‐ゲルベースの接着促進剤中にＰＺＴナノ粒子インクを懸濁させることを更に含む。本方法は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを形成するために、直接描画印刷処理によって、基材上にＰＺＴナノ粒子インクを堆積することを更に含む。
【００２３】
本開示の別の実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサの製造システムが提供される。本システムは、調製されたＰＺＴナノ粒子インクを含む。本システムは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを形成するために、基材上にＰＺＴナノ粒子インクを堆積するインク堆積装置を更に含む。構造物は、湾曲していない即ち平坦な表面、湾曲した即ち平坦でない表面、又は、湾曲していない即ち平坦な表面と、湾曲した即ち平坦でない表面との組み合わせを有し得る。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサは構造物の表面上に、当該構造物本体とＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサとの間に、絶縁、コーティング、又は塗料のうちの一以上の層を有して、堆積され得る。
【００２４】
本開示の別の実施形態では、基材と、基材上に堆積した、直接描画堆積されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリと、を含む構造物が提供される。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、インク堆積直接描画印刷処理によって基材上に堆積したＰＺＴナノ粒子インクを含む、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを含む。ＰＺＴナノ粒子インクは、堆積後の高温焼結／結晶化処理を要しない。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサに連結した電力・通信線アセンブリを更に含む。電力・通信線アセンブリは、インク堆積直接描画印刷処理によって基材上に堆積した、導電性インクを含む。
【００２５】
本開示の別の実施形態では、複合材基材と、複合材基材上に堆積した直接描画堆積されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリと、を含む複合材構造物が提供される。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、インク堆積直接描画印刷処理によって複合材基材上に堆積したＰＺＴナノ粒子インクを含む、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを含む。ＰＺＴナノ粒子インクは、堆積後の高温焼結／結晶化処理を要しない。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサに連結した電力・通信線アセンブリを更に含む。電力・通信線アセンブリは、インク堆積直接描画印刷処理によって複合材基材上に堆積した、導電性インクを含む。
【００２６】
本開示の別の実施形態では、金属製基材と、金属製基材上に堆積した、直接描画堆積されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリと、を含む、金属製構造物が提供される。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、インク堆積直接描画印刷処理によって金属製基材上に堆積したＰＺＴナノ粒子インクを含む、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを含む。ＰＺＴナノ粒子インクは、堆積後の高温焼結／結晶化処理を要しない。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサに連結した電力・通信線アセンブリを更に含む。電力・通信線アセンブリは、金属製基材上にインク堆積直接描画印刷処理によって堆積した、導電性インクを含む。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリは、金属製基材と、直接描画堆積されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリのＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサと、の間に堆積した、絶縁層を更に含む。
【００２７】
上述の特徴、機能および利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であり、またはさらなる別の実施形態で組み合わせることが可能であり、その詳細は以下の説明および図面を参照することにより理解されよう。
【００２８】
本開示は、好適且つ例示的な実施形態を示す添付図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することでよりよく理解されるが、これらの図面は必ずしも正確な縮尺で描かれているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】本開示のシステム及び方法の実施形態のうちの１つが用いられ得る、例示的な航空機の斜視図である。
【図１Ｂ】航空機の製造及び保守方法の一実施形態のフロー図である。
【図１Ｃ】航空機の一実施形態の機能ブロック図である。
【図２】堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリの実施形態の１つの断面図である。
【図３】堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリの別の実施形態の１つの断面図である。
【図４】複合材構造物上に堆積した、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリの実施形態の１つの上面斜視図である。
【図５】本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ製造システムの実施形態の１つのブロック図である。
【図６Ａ】本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを製造するインク堆積プロセス及び装置の実施形態の１つの概略図である。
【図６Ｂ】基材上に堆積した、ＰＺＴ圧電ナノ粒子インクベースのセンサの拡大図である。
【図７】本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサを用いた構造健全性診断システムの実施形態の１つの概略図である。
【図８】本発明の方法の実施形態のフロー図である。
【図９】本発明の方法の別の実施形態のフロー図である。
【図１０】本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサの製造に用いられ得る、インク堆積処理及びインク堆積装置の実施形態のブロック図である。
【図１１Ａ】本開示の導電体経路システムの実施形態の断面斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの導電体経路システムの断面図である。
【図１２Ａ】本開示の導電体経路システムの別の実施形態の断面斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの導電体経路システムの断面図である。
【図１３Ａ】本開示の導電体経路システムの更に別の実施形態の断面斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの導電体経路システムの断面図である。
【図１４Ａ】本開示の導電体経路システムの更に別の実施形態の断面斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの導電体経路システムの断面図である。
【図１５】ファスナの形態の接地点を有した導電体経路システムの実施形態の断面図である。
【図１６Ａ】本開示の導電体経路システムの実施形態で用いられ得る、直接描画導電性材料パターンの実施形態の上面図である。
【図１６Ｂ】本開示の導電体経路システムの実施形態で用いられ得る、直接描画導電性材料パターンの別の実施形態の上面図である。
【図１６Ｃ】本開示の導電体経路システムの実施形態で用いられ得る、直接描画導電性材料パターンの更に別の実施形態の上面図である。
【図１７】本開示の導電体経路システムを備えたビークルの実施形態のブロック図である。
【図１８】本発明の別の方法の例示的な実施形態のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
これより、添付図面を参照して開示の実施形態について更に詳細に説明するが、添付図面には、開示されるすべての実施形態が示されているわけではない。実際には、複数の異なる実施形態が提供可能であり、これらの実施形態は、本明細書で説明される実施形態に限定されるものではない。そうではなく、これらの実施形態は、この開示内容が徹底的且つ完全であるように、当業者に本発明の範囲が十分に伝わるように提示されている。下記の詳細な説明は、本開示を実施するための現時点で企図されるベストモードである。記載は限定的な意味にとられるべきでなく、本開示の原理を広く示す目的でのみなされており、本開示の範囲は添付の特許請求の範囲で最も明確に定められている。
【００３１】
ここで図面を参照する。図１Ａは、例示的な、従来技術による航空機１０の斜視図である。複合材構造物１０２（図１Ａ）又は金属製構造物１３２（図３）などの構造物３０に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０（図２）を製造するためのシステム１００（図５）、方法２００（図８）、又は方法２５０（図９）の実施形態の１つが、航空機１０に用いられ得る。本明細書で用いる「ＰＺＴ」の語は、チタン酸ジルコン酸鉛（化学元素である鉛及びジルコニウムと化学化合物であるチタン酸塩とを含み、高温で組み合わされ得る、圧電性、強誘電性のセラミック材料）を意味する。ＰＺＴは、良好な圧電特性を有する。本明細書でＰＺＴに関して用いる「圧電」の語は、ＰＺＴが、変形すると２つの表面間で電圧又は電位差を生じさせる（これはセンサ用途に有利である）か、或いは、外部から電界が印加されると物理的に形状が変化する（これはアクチュエータ用途に有利である）。本発明の目的において、ＰＺＴに関しての用語「強誘電性の」は、ＰＺＴが、電界の存在下で逆転し得る自発的な電気分極又は電気双極を有することを意味する。
【００３２】
航空機１０は、胴体１２、ノーズ１４、コックピット１６、胴体１２に操作可能に連結された翼１８、１または複数の推進ユニット２０、尾部垂直安定板２２、及び１または複数の尾部水平安定板２４を備える。図１Ａに示す航空機１０は一般に民間旅客機を表しているが、本明細書で開示するシステム１００及び方法２００、２５０は他のタイプの航空機で用いられてもよい。より具体的には、開示された実施形態の教示内容は、他の旅客航空機、貨物航空機、軍用航空機、回転翼航空機、及び他のタイプの航空機または航空輸送手段、並びに、人工衛星、宇宙打ち上げ機、ロケット、及び他のタイプの航空宇宙ビークルなどの航空宇宙ビークルにも適用され得る。本開示による方法及び装置の実施形態システムが、ボート及びその他の水上機、電車、自動車、トラック、バス、及びその他のビークルなどの他のビークルに用いられ得ることも適切であり得る。本開示による方法及び装置の実施形態システムが、建築上の構造物、タービン翼、医療機器、電子作動機器、消費者向けエレクトロニクス装置、振動装置、受動及び能動ダンパ、又は他の適切な構造に用いられることも適切であり得る。
【００３３】
ここで図１Ｂ及び１Ｃを参照すると、図１Ｂは航空機の製造及び保守方法３１の一実施形態のフロー図である。図１Ｃは、航空機４６の一実施形態の機能ブロック図である。図１Ｂ及び１Ｃに示すように、本開示の実施形態は、図１Ｂに示す航空機の製造及び保守方法３１、及び図１Ｃに示す航空機４６に照らして説明することができる。製造前の段階では、例示的な航空機の製造及び保守方法３１（図１Ｂ）は、航空機４６（図１Ｃ）の仕様及び設計３２（図１Ｂ）並びに材料の調達３４（図１Ｂ）を含み得る。製造段階では、航空機４６（図１Ｃ）のコンポーネント及びサブアセンブリの製造３６（図１Ｂ）と、システムインテグレーション３８（図１Ｂ）とが行われる。その後、航空機４６（図１Ｃ）は、認可及び納品４０（図１Ｂ）を経て、運航４２（図１Ｂ）に供される。顧客により運航４２（図１Ｂ）される間に、航空機４６（図１Ｃ）は、改造、再構成、改修、及び他の適切な保守も含み得る、定期的な整備及び保守４４（図１Ｂ）が予定され得る。
【００３４】
航空機の製造及び保守方法３１（図１Ｂ）の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば顧客）によって実施又は実行されてもよい。本明細書の目的において、システムインテグレータは、非限定的に、任意の数の航空機メーカー及び主要システムの下請業者を含み、第三者は、非限定的に、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関、及び他の適切なオペレータを含み得る。
【００３５】
図１Ｃに示すように、例示的な航空機の製造及び保守方法３１によって製造された航空機４６は、複数のシステム５０及び内装５２を有する機体４８を含み得る。図１Ｃに更に示すように、システム５０の例は、推進システム５４、電気システム５６、油圧システム５８、及び環境システム６０のうち一又は複数を含み得る。任意の数の他のシステムが含まれてよい。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。
【００３６】
本明細書に具現化された方法とシステムは、航空機の製造及び保守方法３１（図１Ｂ）の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、コンポーネント及びサブアセンブリの製造３６（図１Ｂ）に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機４６（図１Ｃ）の運航中４２（図１Ｂ）に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリと同様の方法で作製又は製造され得る。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせは、例えば、航空機４６（図１Ｃ）の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機４６（図１Ｃ）のコストを削減することにより、コンポーネント及びサブアセンブリの製造３６（図１Ｂ）及びシステムインテグレーション３８（図１Ｂ）の段階で利用することができる。同様に、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、あるいはそれらの組み合わせは、航空機４６（図１Ｃ）の運航中４２（図１Ｂ）に、例えば、限定するものではないが、整備及び保守４４（図１Ｂ）に利用され得る。
【００３７】
本開示の一実施形態で、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の製造システム１００が提供される。図５は、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０（図２も参照）の製造システム１００の実施形態の１つのブロック図である。図５に示すように、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の製造システム１００は、調製されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４を含む。ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、ナノスケールのＰＺＴインク粒子即ちナノ粒子１０６を含む。好ましくは、ナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子が予め結晶化される。ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、好ましくは、約２０ナノメートルから約１ミクロンの範囲のナノスケールのＰＺＴ粒径を有する。ナノスケールのＰＺＴインク粒径によって、ＰＺＴナノ粒子インク１０４が、多岐にわたるインク堆積処理、装置、及びシステムを用いて堆積することが可能となる。特に、ＰＺＴナノ粒子インク１０４が、噴霧堆積処理１２６（図６Ａ及び１０）システム及び噴霧堆積装置１４６（図６Ａ及び１０）を用いて堆積することが可能となる。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、約１ミクロンから約５００ミクロンの範囲の厚さを有し得る。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の厚さは、ＰＺＴナノ粒子のナノ粒径と導電性電極１１４，１１８（図２）の厚さとのｆａｃｔｏｒに関して測定され得る。適切なアスペクト比はＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の感度を向上させ得るので、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の厚さは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０のサイズにも依存し得る。
【００３８】
ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、ＰＺＴナノ粒子インク１０４の基材１０１に対する接着を促進するゾル‐ゲルベースの接着促進剤１０８（図５）を更に含み得る。代替的に、ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、エポキシなどのポリマーベースの接着促進剤、又は別の適切なポリマーベースの接着促進剤を更に含み得る。ナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６は、シリカゾル‐ゲル中に懸濁され得、次いで、直接描画印刷処理１２４などのインク堆積処理１２２を用いて堆積され得る。ＰＺＴナノ粒子インク調製中のシリカゾル‐ゲルにより、前記ＰＺＴナノ粒子インク１０４が、何らかの既知の接着促進剤よりも広範な様々な基材に接合することが可能となる。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、好ましくは、超音波伝播及び電気機械的インピーダンスに基づくモダリティを有する。
【００３９】
調製されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４は、引用により本明細書に組み入れられる、同時に出願された「METHODS FOR FORMING LEAD ZIRCONATE TITANATE NANOPARTICLES」と題する、２０１１年８月１７日に出願された米国特許非仮出願番号第１３／２１１，５５４号（代理人整理番号ＵＷＯＴＬ−１−３７２５９）に記載されている方法で、調製され得る。
【００４０】
特に、そのような開示では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子の形成方法が提供される。ＰＺＴナノ粒子は、鉛源、チタニウム源、ジルコニウム源、及び鉱化剤を含む前駆体溶液から、下記の反応（「水熱処理」）により水熱処理を経て、形成される。
Ｐｂ２＋＋ｘＴｉＯ２＋（１−ｘ）ＺｒＯ２＋２ＯＨ−←→ＰｂＴｉｘＺｒ１−ｘＯ３＋Ｈ２Ｏ
【００４１】
提示の方法で、形成されたＰＺＴナノ粒子の特性は、少なくとも、鉱化剤の濃度、処理時間、加熱速度、及び冷却速度によって定められる。  
【００４２】
一態様では、複数のＰＺＴナノ粒子（本明細書では「ナノ結晶」ともいう）の形成方法が提供される。一実施形態で、本方法は以下のステップを含む。（ａ）鉱化剤溶液、チタニウム源、ジルコニウム源、及び鉛源を含む前駆体水溶液を提供するステップ、並びに（ｂ）ＰＺＴナノ粒子を作成するために前駆体溶液を加熱するステップ。前駆体溶液は、第１の加熱スケジュールを含む。第１の加熱スケジュールは、少なくとも下記のステップを順に含む。（ｉ）前駆体溶液を第１の速度で第１の温度に加熱するステップであって、前記第１の速度は約１℃／分（セ氏、毎分）から約３０℃／分であり、前記第１の温度は約１２０℃から約３５０℃であるステップ、（ｉｉ）第１の温度で第１の保持時間、保持するステップであって、前記第１の保持時間が約５から約３００分であるステップ、並びに、（ｉｉｉ）約２０ｎｍ（ナノメートル）から約１０００ｎｍの最小寸法を有した懸濁した複数のペロブスカイトＰＺＴナノ粒子を含む、ナノ粒子ＰＺＴ溶液を提供するために、第２の速度で冷却するステップであって、前記第２の速度が約１℃／分から約３０℃／分であるステップ。
【００４３】
前駆体溶液前駆体溶液は、ＰＺＴナノ粒子を形成するために処理される反応物によって定められる。具体的には、前駆体溶液は、少なくとも、チタニウム源、ジルコニウム源、鉛源、及び鉱化剤を含む。後で詳述するように、前駆体溶液は任意選択的に、追加の溶媒又は安定剤を含む。
【００４４】
前駆体溶液の成分は、単一の反応容器中ですべて同時に組み合わされてもよく、或いは、ＰＺＴナノ粒子を作成するための水熱反応の前の前駆体の成分間の相互作用を最小限に抑えるのに必要な、前駆体溶液の成分の特性及び電位に応じて、段階的に組み合わされてもよい。例えば、チタニウム源と亜鉛源が組み合されて前駆体ゲルを形成し、次いで、水性形態の鉛源及び鉱化剤と組み合されて、前駆体溶液が提供される。そのような手法により、各反応物（即ち、チタニウム源、ジルコニウム源、及び鉛源）の相対的なモル量を最大限に制御することが可能となる。
【００４５】
チタニウム源、ジルコニウム源、及び鉛源は、前駆体溶液中に、式ＰｂｘＺｉｙＴｉｚＯ３を有するＰＺＴナノ粒子を得るのに十分なモル量で存在する（式中、ｘは０．８〜２であり、ｙは０．４〜０．６であり、ｙ＋ｚ＝１である）。例えば、ペロブスカイトＰＺＴナノ粒子によく見られる式はＰｂ（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３である。しかしながら、鉛、ジルコニウム、及びチタニウムの相対量は、所望の特性のＰＺＴナノ粒子を作成するために、提示された範囲内で改変可能であることを当業者は理解するであろう。
【００４６】
前駆体溶液中のチタニウム源は、本明細書で提供される方法によるＰＺＴ粒子の形成を可能にする任意のチタニウム-含有化合物であってよい。一実施形態で、チタニウム源はＴｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４である。更なるチタニウム源は、ＴｉＯ２、ＴｉＯ２＊ｎＨ２Ｏ、Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）、Ｔｉ（ＮＯ３）２、ＴｉＣｌ３、ＴｉＣｌ４を含み得る。
【００４７】
前駆体溶液中のジルコニウム源は、本明細書で提供される方法によるＰＺＴ粒子の形成を可能にする任意のジルコニウム-含有化合物であってよい。一実施形態で、ジルコニウム源はＺｒ［Ｏ（ＣＨ２）２ＣＨ３］４である。更なるジルコニウム源は、Ｚｒ（ＮＯ３）４＊５Ｈ２Ｏ、ＺｒＯＣｌ２＊８Ｈ２Ｏ、ＺｒＯ２＊ｎＨ２Ｏ、ＺｒＯ２を含み得る。
【００４８】
前駆体溶液中の鉛源は、本明細書で提供される方法によるＰＺＴ粒子の形成を可能にする任意の鉛-含有化合物であってよい。一実施形態で、鉛源はＰｂ（ＣＨ３ＣＯＯＨ）２である。更なる鉛源は、Ｐｂ（ＮＯ３）２、Ｐｂ（ＯＨ）２、ＰｂＯ、Ｐｂ２Ｏ３、ＰｂＯ２を含み得る。
【００４９】
ある実施形態で、過剰の鉛が前駆体溶液に加えられてもよい。本明細書で用いる「過剰の鉛」の語は鉛源の比量（ｒａｔｉｏ  ａｍｏｕｎｔ）よりも大きい比量をさす。過剰の鉛は、ＰＺＴナノ粒子の特性に更なる制御を付与する手段である。前駆体溶液中の過剰の鉛は典型的に、上述のように、同じ鉛源を過剰量、加えることで達成される。例えば、鉛源が酢酸塩三水和物である場合、前駆体溶液に加えられる酢酸塩三水和物の任意の量であって、結果として酢酸塩三水和物の比がジルコニウム源及びチタニウム源と比較したものよりも大きくなる量が、鉛の過剰量とされるであろう。ある実施形態で、鉛の過剰量が第２の、異なる鉛源からのものであり得る。
【００５０】
過剰の鉛によってＰＺＴナノ粒子の化学的組成は変わらないが、形成したＰＺＴナノ粒子に対して幾つかの望ましい効果をもたらすよう水熱反応条件が改変される。過剰の鉛によってＰＺＴナノ粒子の基本的な結晶構造は変わらないが、モルフォロジが改善されてアモルファス副生成物が低減し、粒子間の凝集度が低下する。
【００５１】
過剰の鉛によるあまり望ましくない副作用として、不純物である酸化鉛化合物の形成につながることがある。しかしながら、酸化鉛不純物は、形成したＰＺＴナノ粒子を適切な溶媒（例えば、希釈した酢酸）で洗浄することによって除去できる。
【００５２】
前駆体溶液中の鉱化剤は、水熱処理中のＰＺＴの形成を促す。鉱化剤は、ＰＺＴの水熱合成を促す水酸化物イオン源として作用する。代表的な鉱化剤は、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＬｉＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、及びそれらの組み合わせを含む。前駆体溶液のその他の成分に加える前の、鉱化剤溶液中の鉱化剤の濃度は、鉱化剤がＮａＯＨなどの液体である場合、約０．２Ｍから約１５Ｍである。鉱化剤がＫＯＨなどの固体である場合、まずＺｒ、Ｔｉ、Ｐｂ混合物にＤＩ（脱イオン）水が添加され、次いで固体の鉱化剤が添加される。最適な鉱化剤濃度は、当業者には既知であるとおり、水熱処理の条件に依存する。
【００５３】
鉱化剤の濃度は、作成するＰＺＴナノ粒子のサイズに影響する。例えば、５Ｍ及び１０ＭのＫＯＨ鉱化剤を用いて形成した同様のＰＺＴナノ粒子は同様のモルフォロジを有するが、５Ｍ鉱化剤は、他のすべての処理条件が同じであれば、１０Ｍ鉱化剤を用いて形成したものより小さいナノ粒子となる。
【００５４】
ある実施形態では、前駆体の特定の成分が水熱処理の前にゲル化及び／又は沈殿することを防止するために、安定剤が前駆体に添加される。即ち、水熱処理の前に溶液中の前駆体の必要な成分をすべて維持するために、安定剤が必要であり得る。例えば、一実施形態で、ＰＺＴ形成反応前のゲル化及び沈殿を防止するために、アセチルアセトン（「ＡｃＡｃ」）がチタニウム源（例えば、チタンイソプロポキシド）に添加される。別の実施形態ではチタニウム源にプロポキシドが添加される。
【００５５】
前駆体溶液は典型的に水性であるが、前駆体溶液の成分を溶媒できＰＺＴナノ粒子の形成を促進できる任意の他の溶媒も使用できることが理解されよう。水の代替としては、水溶液、水の混合物、及び有機溶媒、又は弱有機酸、例えば、エチレンジアミン、ＣＨ２Ｃｌ２、アンモニウム塩、酢酸、又は別の適切な代替物があり得る。
【００５６】
例示的な実施形態で、前駆体溶液は、鉱化剤溶液としてはＫＯＨ、チタニウム源としてはチタンイソプロポキシド、ジルコニウム源としてはジルコニウムｎ−プロポキシド、鉛源としては酢酸塩三水和物、安定剤としてはアセチルアセトン、及び水を含む。酢酸塩三水和物、ジルコニウムｎ−プロポキシド、及びチタンイソプロポキシドは、前駆体中に、酢酸塩三水和物が約１から約２部、ジルコニウムｎ−プロポキシドが約０．５から約１部、及びチタンイソプロポキシドが約０．８から約１．６部の重量比で存在する。ＫＯＨ鉱化剤溶液は約０．２から約１５Ｍである。
【００５７】
加熱スケジュール
ＰＺＴナノ粒子は前駆体溶液を水熱処理することにより形成される。水熱処理は、第１の温度への加熱傾斜（ｒａｍｐ）、第１の温度での保持、及び室温への冷却傾斜を含む加熱スケジュールを含む。
【００５８】
加熱スケジュールは、１ａｔｍ（気圧）よりも高い圧力下で実施される。従って、前駆体溶液は、加熱及び加圧の両方を行うよう構成された装置内に収容される。ある実施形態で、加熱スケジュール中に印加される圧力は約１ａｔｍから約２０ａｔｍである。例示的な実施形態で、前駆体溶液は、オートクレーブ内に収容され、加熱スケジュールの間にオートクレーブ内の自己圧力が生じる。代替的に、ポンプ、又は当業者には既知であるその他の装置によって一定の圧力が提供される。
【００５９】
一実施形態で、ＰＺＴナノ粒子を作成するために前駆体溶液を加熱することは、少なくとも下記の連続的なステップを含む。（ｉ）前駆体溶液を第１の速度で第１の温度に加熱するステップであって、前記第１の速度は約１℃／分（セ氏、毎分）から約３０℃／分であり、前記第１の温度は約１２０°Ｃから約３５０°Ｃであるステップ、（ｉｉ）第１の温度で第１の保持時間、保持するステップであって、前記第１の保持時間が約５分から約３００分であるステップ、並びに、（ｉｉｉ）約２０ｎｍ（ナノメートル）から約１０００ｎｍの最小寸法を有し懸濁した複数のペロブスカイトＰＺＴナノ粒子を含む、ナノ粒子ＰＺＴ溶液を提供するために、第２の速度で冷却するステップであって、前記第２の速度が約１℃／分から約３０℃／分であるステップ。
【００６０】
加熱傾斜速度（「第１の速度」）は、前駆体溶液の温度をほぼ室温（ＴＲＴ）から最大水熱処理温度（Ｔｍａｘ）へと上昇させるのに用いられる。第１の速度は約１℃／分から約３０℃／分である。
【００６１】
処理温度（「第１の温度」；Ｔｍａｘ）は、約１２０℃（セ氏）から約３５０℃である。ある実施形態では第１の温度が２００℃以下である。本明細書では加熱スケジュールが、溶液が加熱される単一の第１の温度を含むものとして主に記載されているが、本開示の方法は、水熱反応又は加熱機器の誤差から生じ得る第１の温度の変動も考慮していることが理解されよう。更に、加熱スケジュールの加熱ステップは、加熱される前駆体溶液が晒される、第２、第３、又は更なる温度を含み得る。第２、第３、又は更なる温度は、所望のＰＺＴナノ粒子を作成する必要に応じて、第１の温度よりも高いか又は低くてよい。
【００６２】
第１の速度は、作成するＰＺＴナノ粒子のサイズを制御するのに特に重要である。この点に関し、前駆体溶液の温度がＴＲＴからＴｍａｘへ加熱される際に、ＰＺＴ結晶が核生成を始める（「核生成ゾーン」）中間温度Ｔｎｕｃが存在する。最適なＰＺＴ結晶成長はＴｍａｘで生じ、Ｔｍａｘよりも低い温度で核生成した任意の結晶は、Ｔｍａｘで核生成したＰＺＴ結晶よりも大きな凝集を有し且つ／又は高い凝集度でより大きく成長するであろう。
【００６３】
傾斜速度が遅いと、前駆体溶液がＴｎｕｃとＴｍａｘとの間で経る時間がより長くなる。従って、遅い傾斜速度によりより多くのＰＺＴ結晶がＴｍａｘよりも低い温度で核生成することとなり、ＰＺＴ結晶サイズおよび結晶構造が一定でなくなる。本明細書で用いる「遅い傾斜速度」の語は、１℃／分よりも遅い傾斜速度をさす。
【００６４】
反対に、比較的速い傾斜速度では、前駆体溶液にＴｎｕｃからＴｍａｘの温度範囲を素早く通過させることによって、均質なＰＺＴ結晶核生成となる。本明細書で用いる「速い傾斜速度」の語は、１０℃／分以上の傾斜速度をさす。ある実施形態で、高傾斜速度は２０℃／分以上の傾斜速度である。
【００６５】
上述の核生成ダイナミクスの結果、傾斜速度が速いほど小さなＰＺＴ粒子が生成される。加熱傾斜速度はＰＺＴ結晶のサイズ及び数に影響するが結晶構造には影響しない。同様に、冷却速度は結晶構造に影響しない。
【００６６】
加熱スケジュールのうち「保持」するステップは、ＰＺＴ結晶に、形成及び成長の時間を付与する。保持ステップは、第１の温度で、約５分から約３００分である。典型的に、保持時間が長いほどより大きな結晶となる。保持時間は、結晶を成長させるために好ましい。保持時間が短すぎると、最終生産物がＰＺＴ組成を有さないことがある。
【００６７】
保持ステップの後、加熱スケジュールは「冷却」ステップに進む。冷却速度は温度を、最大処理温度から室温へと「第２の速度」で下げる。冷却速度の範囲は約１℃／分から約３０℃／分である。冷却速度はＰＺＴナノ粒子の幾つかの点に影響する。冷却速度は、形成したＰＺＴナノ粒子のモルフォロジ及びサイズを部分的に決定づける。比較的速い冷却速度、例えば、毎分２０℃よりも速い冷却速度では、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の明確な（ｄｉｓｔｉｎｃｔ）立方形状のＰＺＴナノ粒子となる。
【００６８】
更に、比較的速い冷却速度は、化学的結合ではなく物理的に結合したＰＺＴナノ粒子となる。物理的に結合したＰＺＴナノ粒子は、化学的に結合したものよりも好ましい。物理的に結合したナノ粒子の分離は、化学的に結合したナノ粒子の分離よりも容易に（例えば、機械的攪拌によって）行われるからである。最後に、冷却速度が速いほど、最終製品中のＰｂＴｉＯ３相の存在が最小限に抑えられる。このことは、ＰｂＴｉＯ３が純粋なＰＺＴナノ粒子を得るには除去せねばならない不純物であるのみならず、ＰｂＴｉＯ３の形成により、ＰＺＴ以外の形態の鉛及びチタニウムを消費することでＰＺＴ形成反応の収率も減ってしまうため、望ましい。
【００６９】
ある実施形態では、第２の速度が十分速いので、ＰＺＴの非ペロブスカイト形態であるＰＺＴ粒子が形成される。この点から、ある実施形態で、本方法は、ＰＺＴの非ペロブスカイト形態を除去するために、ナノ粒子ＰＺＴ溶液を処理するステップを更に含む。そのような処理は、化学支援溶解、湿式エッチング、酸洗浄、塩基洗浄、及びそれらの組み合わせを含み得る。非ペロブスカイトＰＺＴを選択的に除去（例えば、溶解）する任意の方法が用いられてよい。例えば、ＰＺＴ水熱合成のＰｂＴｉＯ３非ペロブスカイト成分を除去するために、希酢酸洗浄が用いられてよい。
【００７０】
代替的に、ある実施形態では、非ペロブスカイトＰＺＴ粒子を除去するかわりに、方法が、ナノ粒子ＰＺＴ溶液中のＰＺＴの非ペロブスカイト形態からペロブスカイトＰＺＴナノ粒子を分離するステップを更に含む。得られた懸濁液は、非ペロブスカイト形態を除去するために、ＤＩ水、希釈酸、又はエタノールで洗浄される。
【００７１】
ある実施形態で、第２の速度がナノ粒子ＰＺＴ溶液が過飽和となるほど十分に速い。核生成及び結晶成長は溶液が過飽和となると可能となり、濃度が平衡に達すると停止する。すべての温度について、対応する平衡濃度が存在する。従って、第２の速度が遅い場合、溶液は複数回過飽和となり得、結晶がより大きく成長する可能性が高まり得る。第２の速度が速いと、初期濃度が平衡よりもはるかに高くなり得、濃度が高いと、結晶成長にともなう第２の核生成が促進され得る。濃度が高いと核生成速度は速いので、核生成と成長はともに速い。そのため、二次的な核生成及び成長が、安定な結晶を形成しないか、或いは除去可能なアモルファスが生じる可能性が高いであろう。
【００７２】
最小のかつ最高品質のＰＺＴナノ粒子を形成するルートは、水熱処理の処理時間を可能な限り短くすることで達成される。水熱処理は、最速の加熱傾斜速度、最速の冷却傾斜速度、及び「中程度の」鉱化剤濃度を用いることを含む。鉱化剤濃度が変化すれば必要な処理時間は異なり得るからである。例えば、５Ｍ鉱化剤が用いられる場合、処理時間は１時間という短時間であり得るが、２Ｍ鉱化剤では必要な処理時間が３時間である。鉱化剤濃度が０．４Ｍと更に低い場合、処理時間に関わらずＰＺＴは形成されないであろう。
【００７３】
冷却ステップの後、ＰＺＴナノ粒子溶液が得られる。ＰＺＴナノ粒子溶液は、水に懸濁した複数のＰＺＴナノ粒子を含有する。ＰＺＴナノ粒子を個別化するために、ＰＺＴナノ粒子溶液は濾過又はその他の方式で処置される。水熱処理の効率に応じて、溶液は、ＰｂＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＫＯＨ、又は他の潜在的な不純物も含み得る。ＰｂＯを除去する１つの方法は溶液を酢酸で洗浄することである。過剰鉛サンプルが酢酸で洗浄されてもよい。
【００７４】
図５に示すように、システム１００は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を形成するためにＰＺＴナノ粒子インク１０４を基材１０１上に堆積するインク堆積装置１４２（図６Ａも参照）を更に含む。インク堆積装置１４２、及びインク堆積装置１４２を用いたインク堆積処理１２２は、基材１０１上のＰＺＴ結晶１６６（図６Ｂ）の成長を必要としない。ＰＺＴ結晶１６６は既にＰＺＴナノ粒子中で成長しているので、ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、インク堆積処理１２２中に堆積した後は高温焼結処理を要しない。インク堆積装置１４２は、好ましくは直接描画印刷装置１４４（図１０）を含む。図１０は、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の製造に用いられ得る、インク堆積装置及びプロセスの実施形態のブロック図である。図１０に示すように、直接描画印刷装置１４４は、噴霧堆積装置１４６、インクジェット印刷装置１４７、エアロゾル印刷装置１９０、パルスレーザ蒸着装置１９２、フレキソ印刷装置１９４、マイクロスプレー印刷装置１９６、平台シルクスクリーン印刷装置１９７、回転シルクスクリーン印刷装置１９８、又は別の適切なスクリーン印刷装置、グラビア印刷装置１９９、又は別の適切なプレス印刷装置、又は別の適切な直接描画印刷装置１４４、を含み得る。
【００７５】
ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、インク堆積装置１４２を用いて、インク堆積処理１２２（図６Ａ及び１０）によって基材１０１上に堆積され得る。インク堆積処理１２２は、好ましくは直接描画印刷処理１２４（図１０）を含む。図１０に示すように、直接描画印刷処理１２４は、噴霧堆積処理１２６、インクジェット印刷処理１２８、エアロゾル印刷処理１８０、パルスレーザ蒸着処理１８２、フレキソ印刷処理１８４、マイクロスプレー印刷処理１８６、平台シルクスクリーン印刷処理１８７、回転シルクスクリーン印刷処理１８８、又は別の適切なスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理１８９、又は別の適切なプレス印刷、又は別の適切な直接描画印刷処理１２４、を含み得る。
【００７６】
図５に示すように、基材１０１は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６、湾曲した即ち平坦でない表面１３８、又は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６と、湾曲した即ち平坦でない表面１３８との組み合わせを有し得る。図２に示すように、基材１０１は第１の表面１０３ａ及び第２の表面１０３ｂを有する。基材１０１は、好ましくは、複合材料、金属材料、複合材料と金属材料との組み合わせ、又は別の適切な材料を含む。図２に示すように、基材１０１は、複合材構造物１０２を含み得る。複合材構造物１０２は、高分子複合材、繊維強化複合材、繊維強化ポリマー、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス強化プラスチック（ＧＲＰ）、熱可塑性複合材、熱硬化性複合材、エポキシ樹脂複合材、形状記憶ポリマー複合材、セラミックマトリクス複合材、又は別の適切な複合材料、などの複合材料を含み得る。図３に示すように、基材１０１は金属構造物１３２を含む。金属製構造物１３２は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタニウム、それらの合金、又は別の適切な金属もしくは金属合金．などの金属材料を含み得る。基材１０１は、別の適切な材料も含み得る。
【００７７】
図６Ａは、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するインク堆積処理１２２及びインク堆積装置１４２の実施形態の１つの概略図である。例示的な直接描画印刷処理１２４及び直接描画印刷装置１４４が図６Ａに示されており、噴霧堆積処理１２６及び噴霧堆積装置１４６を図示する。図６Ａに示すように、ナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６が、入口１４８を通じて、溶媒１５２を含んだ混合容器１５０に移され得る。ＰＺＴナノ粒子インク懸濁液１５４を形成するために、ナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６が、好ましくは、混合容器内で溶媒１５２と混合される。霧化されたＰＺＴインクナノ粒子１５６を形成するために、ＰＺＴナノ粒子インク懸濁液１５４が超音波機構１５８によって霧化され得る。霧化されたＰＺＴインクナノ粒子１５６は次いで、ノズル本体１６０を通って移され、ノズル先端１６２を通じて基材１０１へと案内され得、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が基材１０１に堆積及び印刷され得る。
【００７８】
図６Ｂは、基材１０１上に堆積したＰＺＴ圧電ナノ粒子インクベースのセンサ１１０の拡大図である。図６Ｂは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を形成するために基材１０１上に堆積した、ノズル本体１６０及びノズル先端１６２中の霧化されたＰＺＴインクナノ粒子１５６を示す。図６Ｂに示すように、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ（一又は複数）１１０は、文字、デザイン、ロゴ、又は記章、円、正方形、長方形、三角形、又は他の幾何学形状などの幾何学形状などのカスタマイズされた形状１６４で、又は別の所望のカスタマイズされた形状で、基材１０１上に堆積され得る。インク堆積処理１２２及びインク堆積装置１４２は、基材１０１上のＰＺＴ結晶１６６の成長を必要としない。更に、堆積したナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６は、結晶を成長させるための後処理ステップを必要としない結晶性粒子構造を含む。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、構造物３０の本体とＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０との間に、絶縁、コーティング、又は塗料の一以上の層を有して、構造物３０の表面上に堆積され得る。
【００７９】
図２及び３は、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１５の実施形態を示す。図２は、複合材構造物１０２を含む基材１０１上に堆積した、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１６の実施形態の１つの断面図である。堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１６は、アクチュエータ１４１（図４）として作用する電力・通信線アセンブリ１４０に連結した、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を含む。電力・通信線アセンブリ１４０は、好ましくは、インク堆積装置１４２によって、及びインク堆積処理１２２によって基材１０１上に堆積され得る導電性インク１６８（図４）で形成されている。アクチュエータ１４１（図４）として作用する電力・通信線アセンブリ１４０は、第１の導電性電極１１４、第２の導電性電極１１８、第１の導電性トレース線１１２ａ、及び第２の導電性トレース線１１２ｂを含み得る。第１の導電性電極１１４、第２の導電性電極１１８、第１の導電性トレース線１１２ａ、及び第２の導電性トレース線１１２ｂは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０に隣接していてよい。
【００８０】
図３は、金属製構造物１３２を含む基材１０１上に１０１堆積した、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１３０の別の実施形態の１つの断面図である。堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１３０は、アクチュエータ１４１（図４）として作用する電力・通信線アセンブリ１４０に連結した、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を含む。電力・通信線アセンブリ１４０は、好ましくは、インク堆積装置１４２によって、及びインク堆積処理１２２によって基材１０１上に堆積され得る導電性インク１６８（図４）で形成されている。アクチュエータ１４１として作用する電力・通信線アセンブリ１４０は、第１の導電性電極１１４、第２の導電性電極１１８、第１の導電性トレース線１１２ａ、及び第２の導電性トレース線１１２ｂを含み得る。第１の導電性電極１１４、第２の導電性電極１１８、第１の導電性トレース線１１２ａ、及び第２の導電性トレース線１１２ｂは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０に隣接していてよい。図３に示すように、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１３０は、金属製構造物１３２を含む基材１０１と、電力・通信線アセンブリ１４０に連結したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０と、の間に堆積した、絶縁層１３４を更に含む。絶縁層１３４は、絶縁性コーティング、誘電性材料、セラミック材料、ポリマー材料、又は別の適切な絶縁性材料を含み得る。
【００８１】
図４は、複合材構造物１０２上に堆積した、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１５の上面斜視図である。図４は、すべて複合材構造物１０２上に堆積した複数の電力・通信線アセンブリ１４０に連結した複数のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を示す。同様に、金属製構造物１３２について、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１３０は、複数の電力・通信線アセンブリ１４０に連結された複数のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０であって、すべて金属製構造物１３２上に堆積した圧電センサを含み得る。
【００８２】
ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を基材１０１又は構造物３０（図７）上に堆積することにより、構造健全性診断などの用途で、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０をｉｎ−ｓｉｔｕで設置することが可能となる。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、高密度構造健全性診断システム１７０の実現に重要であり得る。図７は、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を用いた構造健全性診断システム１７０の実施形態の１つのブロック図である。複合材構造物１０２（図１Ａ）もしくは金属製構造物１３２（図３）、又は別の適切な構造などの構造物３０の構造健全性１７２を監視し構造健全性データ１７４を提供する、構造健全性診断システム１７０を可能にするために、２つ以上のナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が用いられてよい。構造健全性データ１７４は、剥離、弱い接合、歪みレベル、湿気の侵入、材料の変化、き裂、空隙、層間剥離、気孔、又は他の適切な構造健全性データ１７４、或いは、電気機械的特性、又は構造物３０の性能に悪影響を及ぼし得る他の不規則性を含み得る。
【００８３】
構造健全性診断システム１７０は、好ましくは、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１５（図２及び３も参照）を含む。堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１５は、複合材構造物１０２で用いられる場合、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１１６（図２）を含み得、金属製構造物１３２で用いられる場合、堆積したＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサアセンブリ１３０（図３）を含み得る。構造健全性診断システム１７０は、構造健全性診断システム１７０の前にＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を分極するのに用いられ得る、電圧供給源１７６を更に含み得る。本明細書で用いる「分極」の語は、双極子又はドメインを方向付けるか又は揃えるために、材料全体に強い電場が通常は高温で印加されるプロセスを意味する。電圧供給源１７６はまた、幾つかのＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を、それらが問い合わせ信号（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）を他の圧電センサ１１０に送るアクチュエータ１４１となるよう、駆動し得る。
【００８４】
図７に示すように、構造健全性診断システム１７０は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０に電力供給する電源１７８を更に含む。電源１７８は、バッテリ、電圧、ＲＦＩＤ（無線ＩＤ）、電磁誘導伝送、又は別の適切な電源を含み得る。電源１７８はワイヤレスであってもよい。図７に示すように、システム１７０は、構造健全性データ１７４をＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０から取り込み処理するデジタルデータ通信網１７９を更に含み得る。デジタルデータ通信網１７９はワイヤレスであってもよい。デジタルデータ通信網１７９は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０から受信したデータを受信機（図示せず）などを用いて取り込み、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０から受信したデータをコンピュータプロセッサ（図示せず）などを用いてデータを処理し得る。デジタルデータ通信網１７９はワイヤレスであってもよい。
【００８５】
本開示の一実施形態で、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の製造方法２００が提供される。図８は、本開示の方法２００の例示的な一実施形態のフロー図である。方法２００は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４を調製するステップ２０２を含む。ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、ナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６を含む。上述のように、ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、好ましくは、約２０ナノメートルから約１ミクロンの範囲のナノスケールのＰＺＴ粒径を有する。ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、ＰＺＴナノ粒子インク１０４の基材１０１への接着を促進するゾル‐ゲルベースの接着促進剤１０８（図５）を含み得る。ＰＺＴナノ粒子インク１０４は、上記で詳述したプロセスによって調製される。
【００８６】
方法２００は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を形成するために、インク堆積処理１２２によってＰＺＴナノ粒子インク１０４を基材１０１上に堆積するステップ２０４を更に含む。インク堆積処理１２２は、好ましくは直接描画印刷処理１２４（図１０）を含む。図１０に示すように、直接描画印刷処理１２４は、噴霧堆積処理１２６、インクジェット印刷処理１２８、エアロゾル印刷処理１８０、パルスレーザ蒸着処理１８２、フレキソ印刷処理１８４、マイクロスプレー印刷処理１８６、平台シルクスクリーン印刷処理１８７、回転シルクスクリーン印刷処理１８８、又は別の適切なスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理１８９、又は別の適切なプレス印刷、又は別の適切な直接描画印刷処理、を含み得る。
【００８７】
基材１０１は、好ましくは、複合材料、金属材料、複合材料と金属材料との組み合わせ、又は別の適切な材料を含む。基材１０１は、好ましくは、第１の表面１０３ａ及び第２の表面１０３ｂを含む。基材１０１は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６（図５）、湾曲した即ち平坦でない表面１３８（図５）、又は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６（図５）と、湾曲した即ち平坦でない表面１３８（図５）との組み合わせを有し得る。インク堆積処理１２２は、基材１０１上のＰＺＴ結晶１６６の成長を必要としない。更に、堆積したナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６は、結晶を成長させるための後処理ステップを必要としない結晶性粒子構造を含む。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、カスタマイズされた形状１６４（図６Ｂ）で基材１０１上に堆積され得る。
【００８８】
ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、構造物３０の構造健全性診断１７２に用いられる構造健全性診断システム１７０で使用される前に、電圧供給源１７６（図７）を用いて、分極処理され得る。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、構造健全性診断システム１７０で使用される前に、インク堆積処理１２２によって基材１０１上に堆積した、導電性インク１６８で形成された電力・通信線アセンブリ１４０に連結され得る。構造健全性診断システム１７０を実現するために２つ以上のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が用いられてもよい。
【００８９】
本開示の別の実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０の製造方法２５０が提供される。図９は、本開示の方法２５０の別の実施形態のフロー図である。方法２５０は、予め結晶化したナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６を含む、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４を調製するステップ２５２を含む。
【００９０】
方法２５０は、ＰＺＴナノ粒子インク１０４をゾル‐ゲルベースの接着促進剤１０８中に懸濁させるステップ２５４を更に含む。方法２５０は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を形成するために、直接描画印刷処理１２４によってＰＺＴナノ粒子インク１０４を基材１０１上に堆積するステップ２５６を更に含む。図１０に示すように、直接描画印刷処理１２４は、噴霧堆積処理１２６、インクジェット印刷処理１２８、エアロゾル印刷処理１８０、パルスレーザ蒸着処理１８２、フレキソ印刷処理１８４、マイクロスプレー印刷処理１８６、平台シルクスクリーン処理１８７、回転シルクスクリーン処理１８８、又は別の適切なスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理１８９、又は別の適切なプレス印刷、又は別の適切な直接描画印刷処理１２４、を含み得る。
【００９１】
基材１０１は、好ましくは、複合材料、金属材料、複合材料と金属材料との組み合わせ、又は別の適切な材料を含む。基材１０１は、好ましくは、第１の表面１０３ａ及び第２の表面１０３ｂを含む。基材１０１は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６（図５）、湾曲した即ち平坦でない表面１３８（図５）、又は、湾曲していない即ち平坦な表面１３６（図５）と、湾曲した即ち平坦でない表面１３８（図５）との組み合わせを有し得る。インク堆積処理１２２は、基材１０１上のＰＺＴ結晶１６６の成長を必要としない。更に、堆積したナノスケールのＰＺＴインクナノ粒子１０６は、結晶を成長させるための後処理ステップを必要としない結晶性粒子構造を含む。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、カスタマイズされた形状１６４（図６Ｂ）で基材１０１上に堆積され得る。
【００９２】
ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、構造物３０の構造健全性診断１７２に用いられる構造健全性診断システム１７０で使用される前に、電圧供給源１７６を用いて、分極処理され得る。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、構造健全性診断システム１７０で使用される前に、インク堆積処理１２２によって基材１０１上に堆積した、導電性インク１６８で形成された電力・通信線アセンブリ１４０に連結され得る。構造健全性診断システム１７０を実現するために２つ以上のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が用いられてもよい。
【００９３】
構造物３０は、航空機、宇宙機、航空宇宙ビークル、宇宙打ち上げビークル、ロケット、衛星、回転翼機、水上機、ボート、列車、自動車、トラック、バス、建造物、タービン翼、医療機器、電子作動機器、消費者向けエレクトロニクス装置、振動装置、受動及び能動ダンパ、又は別の適切な構造を含み得る。システム１００及び方法２００、２５０は、例えば、風力発電（タービン翼の健全性監視）、航空宇宙用途、軍事用途、医療用途、電子作動機器、消費者向けエレクトロニクス製品、又は構造物や材料が監視システムを必要とする任意の用途を含む、多くの産業において用いられ得る。
【００９４】
本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、複合材及び金属製構造物の超音波損傷検出、クラック伝播検出センサ、圧力センサ、又は別の適切なセンサを含む様々な用途に用いられ得る、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供する。例えば、システム１００及び方法２００、２５０のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、ドア周辺部の損傷検出、軍用機のクラック成長検出などの軍用プラットフォーム、及び低温タンクの健全性監視などの宇宙システムなど、航空機における様々な構成要素の生涯にわたる（ｃｒａｄｌｅ  ｔｏ  ｇｒａｖｅ）健全性監視を提供する。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、以前は利用可能でなかったデータを提供し得る。コストを削減し得る新しく且つ効率の良いデザインに影響し得る、
【００９５】
調製されたＰＺＴナノ粒子インク１０４と共に、直接描画印刷処理１２４、及び例えば、噴霧堆積処理１２６を用いることにより、多くのＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が、既知の圧電センサよりも低コストで、基材１０１上又は構造物３０上に堆積され得る。本開示のシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供する。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を構造物の多くのエリアに且つ大量に（既知の圧電センサではどちらも困難であった）配置することを可能にする。
【００９６】
更に、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、構造物に接合するための接着剤を要しないので、既知のセンサに対して有利なＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供する。このことは、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０が構造物から剥離する可能性を低減する。本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、良好な圧電特性を有するナノスケールＰＺＴインクナノ粒子１０６の能力によって実現し、且つ接着剤を使用せずに基材又は構造物上に所望の使用構成で堆積される、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供する。ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０と基材もしくは構造物との間の接着剤なしに、基材もしくは構造物上に堆積されるので、問い合わせ対象の構造物への改善された信号結合が達成され得る。
【００９７】
更に、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、基材又は構造物への手動での配置や設置を要さず、必要なすべての電力・通信線アセンブリと共に基材又は構造物上に堆積又は印刷され得る、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供するので、労働力や設置コストとともに構造物の複雑性及び重量が軽減し得る。更に、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０は、噴霧堆積処理１２６を含む多くの直接描画印刷処理により製造され得、結晶化されていない既知のセンサよりも効率的であり得る予め結晶化したナノ粒径粒子で製造され得、高温焼結／結晶化処理を必要としないので、温度に影響されやすい基材又は構造物で生じ得るダメージを低減又は除去することができ、湾曲した即ち非平坦な基材又は構造物に堆積され得、物理的形状の制限がないか又は最小限であり得るので、センシング能力が不十分、或いはアクチュエーション応答が不十分である可能性が低減し得る。
【００９８】
最後に、本開示のＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を製造するシステム１００及び方法２００、２５０の実施形態は、構造物の劣化や弱点を、そのような劣化や弱点が実際に進行する前に予測するのに用いられるため構造物又は構造物の構成要素部品の信頼性が高まり、構造物又は構造物の構成要素部品の寿命において全体として製造及び維持コストが低下し、且つ、測定ツールを挿入するために構造物をばらしたり除去したり孔を開けたりせずに、構造物の一体性、健全性、及び堅牢性の予測、監視、及び診断する能力のある、ＰＺＴナノ粒子インクベースの圧電センサ１１０を提供する。
【００９９】
ここで図１１Ａ−１４Ｂを参照すると、直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）によって印刷又は堆積した直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）を有する、導電体経路システム３００の例示的な実施形態が示されている。図１７は、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１１Ｂ）を組み込んだ航空ビークル２６ａなどのビークル２６の実施形態のブロック図である。
【０１００】
導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ）は、電荷３０２（図１７）を逸らすように構成されている。電荷３０２（図１７）は、例えば、落雷３０２ａ（図１７）からのもの、プリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）３０２ｂ（図１７）からのもの、又は別のタイプの電荷３０２（図１７）を含み得る。本明細書で使用する「プリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）」の語は、表面にビルドアップした電荷を意味する。本明細書で使用する「落雷」は、表面での放電を意味する。
【０１０１】
導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ）は、好ましくは、電荷３０２（図１７）を既存の落雷保護システム３５６（図１７）へと逸らし、落雷保護システム３５６（図１７）として機能するように構成されている。
【０１０２】
図１１Ａは、本開示の導電体経路システム３００ａの形態などの導電体経路システム３００の実施形態の断面斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａの導電体経路システム３００ａの形態などの導電体経路システム３００の断面図である。
【０１０３】
図１１Ａ−１１Ｂに示すように、導電体経路システム３００ａなどの形態の導電体経路システム３００は、第１の被印刷表面３０６ａと、第２の表面３０６ｂとを有する基材３０４と、内部３０５を含む。基材３０４（図１１Ａ−１１Ｂ）は、繊維ガラス材料３１１（図１７）、複合材料３１２（図１７）、金属材料３１４（図１７）、複合材料３１２（図１７）と金属材料３１４（図１７）との組み合わせ３１６（図１７）、及びその他の適切な材料のうちの一以上を含み得る。
【０１０４】
基材３０４（図１１Ａ−１１Ｂ）は、一以上の接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）を更に有する。接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）は、既存もしくは所定の落雷保護システム３５６（図１７）の部分であるか、或いは、別の既存もしくは所定の電気的システム５６（図１Ｃ）、環境システム６０（図１Ｃ）、又は航空ビークル２６ａ（図１７）などのビークル２６（図１７）の他のシステムの部分である、規定された接地点であり得る。
【０１０５】
接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）は、一以上の接地コネクタ３１９ｂ（図１１Ａ）を有する一以上の接地要素３１９ａ（図１１Ａ）、一以上のファスナ３４８（図１５）、及び他の適切な接地点３１８（図１７）、のうちの一以上の形態であり得る。好ましくは、接地点３１８（図１１Ａ−１５、１７）が、導電性金属材料３３６ａ（図１７）などの導電性材料３３６（図１７）で作製されているか或いはこれを含み、電荷３０２（図１７）を効率的に伝導し接地させる導電体３６４（図１７）である。
【０１０６】
図１１Ａ−１１Ｂに示すように、導電体経路システム３００ａなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画印刷処理装置１４４（図１０、１７）を用いて直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）によって第１の表面３０６ａに直接印刷又は堆積した、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。特に図１１Ａに示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は、外面３０９の外側モールド線３１０など、外面３０９に直接適用され、基材３０４の内部３０５に埋め込まれるよりむしろ外面３０９にエンボスされ得る。直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ、１７）は、好ましくは、電荷３０２（図１７）又は電流をグランドへと逸らすか或いは案内するために、一以上の接地点３１８（図１１Ａ，１７）上に且つこれに沿って延びる。
【０１０７】
図１１Ａ−１１Ｂに示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は第１の側３２４ａと第２の側３２４ｂを有する。直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）は、好ましくはグリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）を含み得る。グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）は、好ましくは、正方形のユニット３２２ａ（図１６Ａ）、六角形のユニット３２２ｂ（図１６Ｂ）、三角形のユニット３２２ｃ（図１６Ｃ）、円形のユニット３２２ｄ（図１７）、及び他の適切な幾何学形状ユニット３２２（図１７）のうちの一以上を含むものなどの、一連の反復的な幾何学形状ユニット３２２（図１６Ａ−１６Ｂ）で形成されており、これらについては後で詳しく述べる。
【０１０８】
グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）は、一以上のグリッド線３２６（図１１Ａ）を含む。直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）は、好ましくは、グリッド線３２６（図１１Ａ）、即ち電気的経路３３４（後述する）を、シャープなエッジよりもむしろ滑らかなエッジで作製し、一以上の羽状（ｆｅａｔｈｅｒｅｄ）部分３３５（図１７）を形成するように、グリッド線３２６（図１１Ａ）に沿って不規則に終端（ｆｅａｔｈｅｒ  ｏｕｔ）させる。一以上のグリッド線３２６（図１１Ａ）は、グリッド線３２６（図１１Ａ）のエッジへと徐々に不規則に終端し得るので、好ましくはグリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ）からの不連続が低減する。
【０１０９】
グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ、１７）は、例えば、幅２インチ、長さ２インチのサイズ又は寸法を有した正方形グリッドの形態であり得る。しかしながら、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）が、他の適切な寸法を有していてもよく、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）が印刷又は堆積されている基材３０４（図１１Ａ，１７）又は表面２８（図１７）のサイズ及び寸法に応じて、変化してもよい。
【０１１０】
各グリッド線３２６（図１１Ａ）、即ち電気的経路３３４（後述する）は、好ましくは約０．１インチから約０．３インチの幅３２７ａ（図１７）を有する。しかしながら、他の適切な幅３２７ａ（図１７）が用いられてよい。各グリッド線３２６（図１１Ａ）、即ち電気的経路３３４（後述する）は、好ましくは、基材３０４（図１１Ａ）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）又は構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）が作動する任意の空力条件又は他の表面条件に適合し、干渉しない高さ３２７ｂ（図１７）を有する。
【０１１１】
幅３２７ａ（図１７）及び高さ３２７ｂ（図１７）は、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）が印刷又は堆積された基材３０４（図１１Ａ，１７）又は構造物３０（図１７）に応じて、変化し得る。更に、幅３２７ａ（図１７）及び高さ３２７ｂ（図１７）は、基材３０４（図１１Ａ）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）又は構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）の導電性３６６（図１７）要件、並びに、基材３０４（図１１Ａ）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）又は構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）の可撓度３６８（図１７）、即ち、可撓性の表面３０７（図１７）が存在するかどうかに応じて、変化し得る。
【０１１２】
グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）など形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）は、好ましくは導電性材料３３６（図１７）で作製されている。導電性材料３３６（図１７）は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、又は別の適切な導電性金属材料３３６ａなどの導電性金属材料３３６ａ（図１７）を含み得る。導電性材料３３６（図１７）は、ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４（図１７）を含む導電性インク１６８（図１７）を更に含み得る。グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）など形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）の導電性材料３３６（図１７）、及び、形状、幅３２７ａ（図１７）、及び高さ３２７ｂ（図１７）は、導電性３６６（図１７）又は可撓性３６８（図１７）を最大限にするために、変化させてもよい。
【０１１３】
直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１１Ｂ）は、直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）によって印刷又は堆積される。直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）は、噴霧堆積処理１２６（図１０）、インクジェット印刷処理１２８（図１０）、エアロゾル印刷処理１８０（図１０）、パルスレーザ蒸着処理１８２（図１０）、フレキソ印刷処理１８４（図１０）、マイクロスプレー印刷処理１８６（図１０）、平台シルクスクリーン印刷処理１８７（図１０）、回転シルクスクリーン印刷処理１８８（図１０）、グラビア印刷処理１８９（図１０）、プラズマスプレー処理３５２（図１７）、又は別の適切な直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）のうちの１つを含み得る。
【０１１４】
プラズマスプレー処理３５２（図１７）では、導電性材料３３６（図１７）が、粉末、液体、懸濁液、又はワイヤとして堆積されてよく、プラズマトーチから発するプラズマジェットへ導入される。プラズマジェット中、導電性材料３３６（図１７）は基材３０４（図１１Ａ）の方へ推進される。ここで溶融した小滴が平坦化して素早く固化し、堆積物を形成する。
【０１１５】
直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）は、好ましくは直接描画印刷装置１４４（図１０、１７）を用いて実施または実行される。直接描画印刷装置１４４（図１０、１７）は、噴霧堆積装置１４６（図１０）、インクジェット印刷装置１４７（図１０）、エアロゾル印刷装置１９０（図１０）、パルスレーザ蒸着装置１９２（図１０）、フレキソ印刷装置１９４（図１０）、マイクロスプレー印刷装置１９６（図１０）、平台シルクスクリーン印刷装置１９７（図１０）、回転シルクスクリーン印刷処理１９８（図１０）、グラビア印刷処理１９９（図１０）、プラズマスプレー装置３５４（図１７）、又は別の適切な直接描画印刷装置１４４（図１０、１７）のうちの１つを含み得る。
【０１１６】
図１１Ａ−１１Ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０が、一以上の接地点３１８と相互接続された一以上の電気的経路３３４を形成する、第１の側３２４ａ上の一以上の位置３２８を示す。一以上の接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）と相互接続された一以上の電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）は、第１の表面３０６ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）又は外面３０９（図１１Ａ）からの電荷３０２（図１７）を一以上の接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）へと逸らす。一以上の電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）は、電荷３０２（図１７）をグランドへと逸らすか或いは案内するために、一以上の接地点３１８（図１１Ａ−１１Ｂ）との相互接続３３８（図１７）を形成する。好ましくは、電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）が、電荷３０２（図１７）の流れに抵抗をほとんど又は全く付与しない良好な導電体３６４（図１７）である。
【０１１７】
図１２Ａは、下塗り層３３０を含む、本開示の導電体経路システム３００ｂなどの形態の導電体経路システム３００の別の実施形態の断面斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａの導電体経路システム３００ｂなどの形態の導電体経路システム３００の断面図である。
【０１１８】
図１２Ａ−１２Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｂなどの形態の導電体経路システム３００は、第１の被印刷表面３０６ａと第２の表面３０６ｂとを有し一以上の接地点３１８を有する基材３０４を含む。
【０１１９】
図１２Ａ−１２Ｂで示すこの実施形態で、基材３０４は、基材３０４の第１の表面３０６ａ上に塗布された下塗り層３３０を有し、下塗り表面３０８を有する下塗りされた基材３０４ａを形成している。下塗り３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）は、第１の側３３２ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）及び第２の側３３２ｂ（図１２Ａ−１２Ｂ）を含む。図１２Ａ−１２Ｂに示すように、下塗り層３３０の第２の側３３２ｂは、基材３０４の第１の側３０６ａに隣接している。
【０１２０】
下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）は、水で希釈可能なエポキシ下塗り剤、溶媒ベースのエポキシ下塗り剤、又は別の適切なエポキシ下塗り剤などのエポキシ下塗り剤、ウレタン下塗り剤、又は別の適切な下塗り剤を含み得る。
【０１２１】
下塗りされた基材３０４ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）を得るために、基材３０４（図１２Ａ−１２Ｂ）は、下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）の塗布に加えて或いは下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）の塗布に代えて、基材３０４（図１２Ａ−１２Ｂ）の第１の表面３０６ａの下塗りもしくは準備のため、又は構造物３０（図１７）の外面３０９（図１１Ａ）の下塗りもしくは準備のための、プライミング処理３３３（図１７）もしくは表面の前処理を施されてもよい。例えば、表面３０６ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）を下塗り或いは準備する、或いは航空ビークル構造物３５０（図１７）などの構造物３０（図１７）の外面３０９（図１１Ａ）を下塗り或いは準備するための、プライミング処理３３３（図１７）もしくは表面の前処理は、洗剤もしくは溶媒による洗浄、研削もしくは研磨、平滑化、ポリッシング、エッチング、又は別の適切なプライミング処理３３３（図１７）又は表面の前処理を含み得る。
【０１２２】
図１２Ａ−１２Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｂなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画印刷処理装置１４４（図１０、１７）を用いて直接描画印刷処理１２４（図１０，１７）によって下塗り表面３０８に直接印刷した、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。
【０１２３】
グリッドパターン３２０ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１２Ａ−１２Ｂ）は、一以上のグリッド線３２６（図１２Ａ）を含む。図１２Ａ−１２Ｂに示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は第１の側３２４ａと第２の側３２４ｂを有する。下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）の第１の側３３２ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）は、直接描画導電性材料パターン３２０（図１２Ａ−１２Ｂ）の第２の側３２４ｂ（図１２Ａ−１２Ｂ）に隣接している。
【０１２４】
図１２Ａ−１２Ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０が、一以上の接地点３１８と相互接続された一以上の電気的経路３３４を形成する、第１の側３２４ａ上の一以上の位置３２８を示す。一以上の接地点３１８（図１２Ａ−１２Ｂ）と相互接続された一以上の電気的経路３３４（図１２Ａ−１２Ｂ）は、第１の表面３０６ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）又は下塗り面３０９（図１２Ａ−１２Ｂ）からの電荷３０２（図１７）を一以上の接地点３１８（図１２Ａ−１２Ｂ）へと逸らす。
【０１２５】
図１３Ａは、下塗り層３３０及び導電性コーティング３４０を含む、本開示の導電体経路システム３００ｃなどの形態の導電体経路システム３００の更に別の実施形態の断面斜視図である。図１３Ｂは、図１３Ａの導電体経路システム３００ｃなどの形態の導電体経路システム３００の断面図である。
【０１２６】
図１３Ａ−１３Ｂに示すように、この実施形態で、導電体経路システム３００ｃなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画導電性材料パターン３２０上に塗布された導電性コーティング３４０を更に含む。導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、第１の側３４２ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）及び第２の側３４２ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）を含む。図１３Ａ−１３Ｂに示すように、導電性コーティング３４０の第２の側３４２ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０の第１の側３２４ａに隣接している。
【０１２７】
一実施形態で、導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及び他の適切な導電性金属材料３３６ａ（図１７）のうちの一以上を含む導電性金属材料３３６ａ（図１７）で作製されているか或いは含有する、導電性金属塗料３４０ａ（図１３Ａ−１３Ｂ，１７）の形態であり得る。別の実施形態で、導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及び他の適切な導電性金属材料３３６ａ（図１７）のうちの一以上を含む導電性金属材料３３６ａ（図１７）で作製されているか或いは含有する、導電性シーラント３４０ｂ（図１７）の形態であり得る。導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、電荷３０２（図１７）、落雷３０２ａ（図１７）からのエネルギー３６２（図１７）、又はプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）３０２ｂ（図１７）からのエネルギー３６２（図１７）を消散するか或いは拡散するための、表面全体の保護を提供する。直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ，１７）上に塗布或いは堆積した金属ロード導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）の使用によって、好ましくは、導電体経路システム３００の導電性３６６（図１７）が増し、落雷保護が増強された連続的な導電性表面が直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ，１７）上に提供される。
【０１２８】
図１３Ａ−１３Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｃなどの形態の導電体経路システム３００は、第１の被印刷表面３０６ａと第２の表面３０６ｂとを有し一以上の接地点３１８を有する基材３０４を含む。
【０１２９】
図１３Ａ−１３Ｂで示すこの実施形態で、基材３０４は、基材３０４の第１の表面３０６ａ上に塗布された下塗り層３３０を有し、下塗り表面３０８を有する下塗りされた基材３０４ａを形成している。下塗り３３０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、第１の側３３２ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）及び第２の側３３２ｂ（図１３Ａ−１３Ｂ）を含む。図１３Ａ−１３Ｂに示すように、下塗り層３３０の第２の側３３２ｂは、基材３０４の第１の側３０６ａに隣接している。
【０１３０】
図１３Ａ−１３Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｃなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画印刷処理装置１４４（図１０、１７）を用いて直接描画印刷処理１２４（図１０，１７）によって下塗り表面３０８に直接印刷した、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。
【０１３１】
グリッドパターン３２０ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、一以上のグリッド線３２６（図１３Ａ）を含む。図１３Ａ−１３Ｂに示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は第１の側３２４ａと第２の側３２４ｂを有する。下塗り層３３０（図１３Ａ−１３Ｂ）の第１の側３３２ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）は、直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ−１３Ｂ）の第２の側３２４ｂ（図１３Ａ−１３Ｂ）に隣接している。
【０１３２】
図１３Ａ−１３Ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０が、一以上の接地点３１８と相互接続された一以上の電気的経路３３４を形成する、第１の側３２４ａ上の一以上の位置３２８を示す。一以上の接地点３１８（図１３Ａ−１３Ｂ）と相互接続された一以上の電気的経路３３４（図１３Ａ−１３Ｂ）は、第１の表面３０６ａ（図１３Ａ−１３Ｂ）又は下塗り面３０９（図１３Ａ−１３Ｂ）からの電荷３０２（図１７）を一以上の接地点３１８（図１３Ａ−１３Ｂ）へと逸らす。
【０１３３】
図１４Ａは、下塗り層３３０、導電性コーティング３４０、及びトップコート層３４４を含む、本開示の導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００の更に別の実施形態の断面斜視図である。図１４Ｂは、図１４Ａの導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００の断面図である。
【０１３４】
図１４Ａ−１４Ｂに示すように、この実施形態で、導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００は、導電性コーティング３４０上に塗布されたトップコート層３４４を更に含む。トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、第１の側３４６ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）及び第２の側３４６ｂ（図１４Ａ−１４Ｂ）を含む。図１４Ａ−１４Ｂに示すように、トップコート層３４４の第２の側３４６ｂは、導電性コーティング３４０の第１の側３４２ａに隣接している。
【０１３５】
トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、導電性コーティング３４０（図１４Ａ−１４Ｂ）の全体或いは実質的に全体の保護被覆として機能し得るか、或いは、視覚的又は美的外観上の目的で塗布され得る。トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、ポリウレタン塗料もしくはコーティング、ウレタン塗料もしくはコーティング、アクリル塗料もしくはコーティング、接着剤コーティング、それらの組み合わせ、又は別の適切なトップコート層３４４（図１７）を含み得る。トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）が耐久性、耐摩耗性、化学的耐性、耐熱性を有し、視覚的に魅力的であることが好ましい。
【０１３６】
図１４Ａ−１４Ｂに示すように、この実施形態で、導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画導電性材料パターン３２０上に塗布された導電性コーティング３４０を更に含む。導電性コーティング３４０（図１４Ａ−１４Ｂ）は、第１の側３４２ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）及び第２の側３４２ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）を含む。図１４Ａ−１４Ｂに示すように、導電性コーティング３４０の第２の側３４２ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０の第１の側３２４ａに隣接している。
【０１３７】
図１４Ａ−１４Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００は、第１の被印刷表面３０６ａと第２の表面３０６ｂとを有し一以上の接地点３１８を有する基材３０４を含む。
【０１３８】
図１４Ａ−１４Ｂで示すこの実施形態で、基材３０４は、基材３０４の第１の表面３０６ａ上に塗布された下塗り層３３０を有し、下塗り表面３０８を有する下塗りされた基材３０４ａを形成している。下塗り３３０（図１４Ａ−１４Ｂ）は、第１の側３３２ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）及び第２の側３３２ｂ（図１４Ａ−１４Ｂ）を含む。図１４Ａ−１４Ｂに示すように、下塗り層３３０の第２の側３３２ｂは、基材３０４の第１の側３０６ａに隣接している。
【０１３９】
図１４Ａ−１４Ｂに示すように、導電体経路システム３００ｄなどの形態の導電体経路システム３００は、直接描画印刷処理装置１４４（図１０、１７）を用いて直接描画印刷処理１２４（図１０，１７）によって下塗り表面３０８に直接印刷した、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。
【０１４０】
グリッドパターン３２０ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１４Ａ−１４Ｂ）は、一以上のグリッド線３２６（図１４Ａ）を含む。図１４Ａ−１４Ｂに示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は第１の側３２４ａと第２の側３２４ｂを有する。下塗り層３３０（図１４Ａ−１４Ｂ）の第１の側３３２ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）は、直接描画導電性材料パターン３２０（図１４Ａ−１４Ｂ）の第２の側３２４ｂ（図１４Ａ−１４Ｂ）に隣接している。
【０１４１】
図１４Ａ−１４Ｂは、直接描画導電性材料パターン３２０が、一以上の接地点３１８と相互接続された一以上の電気的経路３３４を形成する、第１の側３２４ａ上の一以上の位置３２８を示す。一以上の接地点３１８（図１４Ａ−１４Ｂ）と相互接続された一以上の電気的経路３３４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、第１の表面３０６ａ（図１４Ａ−１４Ｂ）又は下塗り面３０９（図１４Ａ−１４Ｂ）からの電荷３０２（図１７）を一以上の接地点３１８（図１４Ａ−１４Ｂ）へと逸らす。
【０１４２】
図１５は、ファスナ３４８の形態の接地点３１８を有する導電体経路システム３００の実施形態の断面図である。図１５に示すように、ボルト３４８ａなどのファスナ３４８の形態の一以上の接地点３１８は、基材３０４を、航空ビークル構造物３５０などの構造物３０、例えば、パネル構造物３５０ｂ（図１７）、ストリンガ、リブ、スパー、又は別の適切な航空ビークル構造物３５０に取り付けるのに使用される。ファスナ３４８（図１５）は、構造物３０（図１５）への取り付けのため、飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）などの基材３０４の表面２８（図１５）を通って挿入され得る。
【０１４３】
図１５に示すように、導電体経路システム３００は、航空ビークル構造物３５０に組み込まれ、グリッドパターン３２０ａなどの直接描画導電性材料パターン３２０はファスナ３４８に直接適用され、ファスナ３４８にわたって延び、導電性シーラント３４０ｂなどの形態の導電性コーティング３４０で封止される。オプションでトップコート層３４４（図１５）が導電性コーティング３４０（図１５）上に塗布されてもよい。オプションで下塗り層３３０（図１５）が基材３０４（図１５）上に塗布されてもよい。
【０１４４】
図１５に示すように、基材３０４は第１の表面３０６ａ及び第２の表面１０３ｂを有する。航空ビークル構造物３５０（図１５）などの形態の構造物３０（図１５）は、第１の側３５１ａ（図１５）及び第２の側３５１ｂ（図１５）を含む。図１５に示すように、構造物３０の第１の側３５１ａは、基材３０４の第２の表面３０６ｂに隣接している。
【０１４５】
図１５で更に示すように、オプションの下塗り層３３０は第１の側３３２ａ及び第２の側３３２ｂを有し、導電性コーティング３４０は第１の側３４２ａ及び第２の側３４２ｂを有し、オプションのトップコート層３４４は第１の側３４６ａ及び第２の側３４６ｂを有する。図１５は、ファスナ３４８などの形態の接地点３１８への電気的経路３３４の位置３２８を示す。
【０１４６】
図１６Ａは、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）の実施形態で使用される、グリッドパターン３２０ａなどの形態の直接描画導電性材料パターン３２０の実施形態の上面図である。図１６Ａは、グリッド線３２６で構成された、正方形のユニット３２２ａなどの反復する幾何学形状ユニット３２２を有する、グリッドパターン３２０ａの第１の側３２４ａを示す。図１６Ａで更に示すように、グリッドパターン３２０ａは、電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）の、接地点３１８（図１１Ａ−１４Ｂ）への一以上の位置３２８を含む。
【０１４７】
図１６Ｂは、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）の実施形態で使用される、グリッドパターン３２０ａなどの形態の直接描画導電性材料パターン３２０の別の実施形態の上面図である。図１６Ｂは、グリッド線３２６で構成された、六角形ユニット３２２ｂなどの反復する幾何学形状ユニット３２２を有する、グリッドパターン３２０ａの第１の側３２４ａを示す。図１６Ｂで更に示すように、グリッドパターン３２０ａは、電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）の、接地点３１８（図１１Ａ−１４Ｂ）への一以上の位置３２８を含む。
【０１４８】
図１６Ｃは、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）の実施形態で用いられる、直接描画導電性材料パターンの更に別の実施形態の上面図である。図１６Ｃは、グリッド線３２６で構成された、三角形ユニット３２２ｃなどの反復する幾何学形状ユニット３２２を有する、グリッドパターン３２０ａの第１の側３２４ａを示す。図１６Ｃで更に示すように、グリッドパターン３２０ａは、電気的経路３３４（図１１Ａ−１１Ｂ）の、接地点３１８（図１１Ａ−１４Ｂ）への一以上の位置３２８を含む。
【０１４９】
図１７は、本開示の導電体経路システム３００を有する航空ビークル２６ａなどのビークル２６の実施形態のブロック図である。図１７に示すように、航空ビークル２６ａなどのビークル２６は、導電体経路システム３００を有する航空ビークル構造物３５０などの構造物３０を含む。構造物３０（図１７）は、飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）などの表面２８（図１７）を有する。航空ビークル構造物３５０（図１７）は、パネル構造物３５０ｂ（図１７）、ストリンガ、リブ、スパー、又は別の適切な航空ビークル構造物３５０（図１７）を含み得る。
【０１５０】
図１７に示すように、導電体経路システム３００は、一以上の接地点３１８を有した基材３０４を含む。基材３０４（図１７）は、繊維ガラス材料３１１（図１７）、複合材料３１２（図１７）、金属材料３１４（図１７）、複合材料３１２（図１７）と金属材料３１４（図１７）との組み合わせ３１６（図１７）、及びその他の適切な材料のうちの一以上を含み得る。
【０１５１】
一以上の接地点３１８（図１７）は、既存のもしくは所定の落雷保護システム３５６（図１７）の部分であるか、或いは、別の既存のもしくは所定の電気的システム５６（図１Ｃ）、環境システム６０（図１Ｃ）、又は航空ビークル２６ａ（図１７）などのビークル２６（図１７）の他のシステムの部分である、規定された接地点であり得る。
【０１５２】
接地点３１８（図１７）は、一以上の接地コネクタ３１９ｂ（図１１Ａ）を有する一以上の接地要素３１９ａ（図１１Ａ）、一以上のファスナ３４８（図１７）、及びその他の適切な接地点３１８（図１７）のうちの一以上の形態であり得る。好ましくは、接地点３１８（図１７）が、導電性金属材料３３６ａ（図１７）などの導電性材料３３６（図１７）で作製されているか或いはこれを含み、電荷３０２（図１７）を効率的に伝導し接地させる導電体３６４（図１７）である。
【０１５３】
基材３０４（図１７）に下塗り層３３０（図１７）が塗布される場合、或いは基材３０４（図１７）にプライミング処理３３３（図１７）を施す場合、基材３０４（図１７）は、下塗りされた表面３０８（図１７）を有する下塗りされた基材３０４ａ（図１７）を含み得る。
【０１５４】
図１７に示すように、導電体経路システム３００は、直接描画印刷処理装置１４４（上記で詳述）、例えば、プラズマスプレー装置３５４を用いたプラズマスプレー処理３５２を用いて、直接描画印刷処理１２４（上記で詳述）により基材３０４の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）又は構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）に直接印刷又は堆積した、直接描画導電性材料パターン３２０を更に含む。特に、直接描画導電性材料パターン３２０（図１７）は、外面３０９（図１７）の外側モールド線３１０（図１７）などの外面３０９（図１７）に直接適用され得、基材３０４（図１７）の内部３０５（図１１Ａ）に埋め込まれるよりもむしろ外面３０９（図１７）に堆積或いはエンボスされ得る。
【０１５５】
図１７に示すように、直接描画導電性材料パターン３２０は、好ましくは、幅３２７ａと高さ３２７ｂとを有する一以上のグリッド線３２６を有したグリッドパターン３２０ａを含む。直接描画印刷処理１２４（図１７）は、好ましくは、シャープなエッジよりもむしろ、グリッド線３２６（図１７）に沿って不規則に終端し一以上の毛羽立ち状部分３３５（図１７）を形成する、滑らかなエッジを有したグリッド線３２６（図１７）を作製する。上述のように、グリッド線３２６（図１７）の幅３２７ａ（図１７）及び高さ３２７ｂ（図１７）は、基材３０４（図１７）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）、又は構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）の導電性３６６（図１７）要件、及び、可撓性の表面３０７（図１７）が存在するかどうかに応じて、変化し得る。
【０１５６】
グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１１Ｂ）は、好ましくは、正方形のユニット３２２ａ（図１７）、六角形のユニット３２２ｂ（図１７）、三角形のユニット３２２ｃ（図１７）、円形のユニット３２２ｄ（図１７）、及び他の適切な幾何学形状ユニット３２２（図１７）のうちの一以上を含むものなどの、一連の反復的な幾何学形状ユニット３２２（図１７）で形成されている。
【０１５７】
上記で詳述したように、グリッドパターン３２０ａ（図１７）など形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１７）は、好ましくは導電性材料３３６（図１７）で作製されている。導電性材料３３６（図１７）は、ジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４（図１７）を含む導電性インク１６８（図１７）を含み得る。導電性材料３３６（図１７）は、導電性３６６（図１７）又は可撓性３６８（図１７）を最大限とするために変更され得る。
【０１５８】
直接描画導電性材料パターン３２０（図１７）は、一以上の接地点３１８（図１７）と相互接続された一以上の電気的経路３３４（図１７）を形成する。直接描画導電性材料パターン３２０（図１７）は、一以上の電気的経路３３４（図１７）と一以上の接地点３１８（図１７）との間の一以上の相互接続３３８（図１７）が形成されている、一以上の位置３２８（図１７）を有する。
【０１５９】
一以上の電気的経路３３４（図１７）は、一以上の接地点３１８（図１７）と相互接続され、好ましくは、航空ビークル構造物３５０（図１７）などの構造物３０（図１７）の外面３０９（図１７）に対する落雷３０２ａ（図１７）からの、又はプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）３０２ｂ（図１７）からの電荷３０２（図１７）を、一以上の接地点３１８（図１７）へと逸らす。導電体経路システム３００（図１７）の一以上の電気的経路３３４（図１７）は、落雷保護経路３５８（図１７）として機能し、好ましくは、落雷３０２ａ（図１７）による電磁的効果３６０（図１７）に対する保護を提供し得る。
【０１６０】
導電体経路システム３００は、好ましくは、Ｐスタティック３０２ｂ（図１７）などの電荷３０２を放散させ消散することにより、Ｐスタティック３０２ｂ（図１７）が、航空ビークル２６ａ（図１７）などのビークル２６（図１７）の外面３０９（図１７）又は局所的な領域にビルドアップすることを抑制する。この放散及び消散により、飛行中の航空ビークル２６ａ（図１７）に搭載された様々な通信システムに対し電気的ノイズの源となり得る放電３７０（図１７）の可能性が低減する。この放散及び消散により、航空ビークル２６ａ（図１７）が着陸したが航空ビークル２６ａ（図１７）が電気的に接地していない際に、航空ビークル２６ａ（図１７）のパネル構造物３５０ｂ（図１７）又は外板などの外面３０９（図１７）に接触した職員のケガをする可能性も、低減する。
【０１６１】
図１７に示すように、導電体経路システム３００は、直接描画導電性材料パターン３２０上に塗布された導電性コーティング３４０を更に含み得る。導電性コーティング３４０（図１７）は、好ましくは導電特性３４３（図１７）を有し、導電性金属塗料３４０ａ（図１７）、導電性シーラント３４０ｂ（図１７）、及び他の適切な導電性コーティング３４０（図１７）のうちの一以上を含み得る。
【０１６２】
図１７に示すように、導電体経路システム３００は、導電性コーティング３４０上に塗布されたトップコート層３４４を更に含み得る。上述のように、トップコート層３４４（図１７）は、導電性コーティング３４０（図１７）の全体或いは実質的に全体の保護被覆として機能し得るか、或いは、視覚的又は美的外観上の目的で塗布され得る。
【０１６３】
別の実施形態で、構造物３０（図１５，１７）の表面２８（図１５，１７）の電荷３０２（図１７）を逸らすための導電体経路システム３００（図１１Ａ−１５）の作製方法４００（図１８）が提供される。図１８は、方法４００の例示的な一実施形態のフロー図である。
【０１６４】
図１８に示すように、方法（４００）は、被印刷表面２８（図１５，１７）を有し一以上の接地点３１８（図１５，１７）を有する構造物３０（図１５，１７）を提供するステップ４０２を含む。構造物３０（図１５，１７）は、航空ビークル構造物３５０（図１７）などの構造物３０（図１５，１７）に取り付けられた、第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）を有する基材３０４（図１１Ａ）、又は下塗りされた表面３０８（図１２Ａ）を有する下塗りされた基材３０４ａ（図１２Ａ）を含み得る。表面２８（図１５，１７）は、飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）を含み得、好ましくは、外側モールド線３１０（図１７）などを有する外面３０９（図１７）である。
【０１６５】
図１８に示すように、方法４００は、構造物３０（図１５，１７）の表面２８（図１５，１７）上にオプションで下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ，１７）を塗布するステップ４０４を更に含み得る。上述のように、下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）は、水で希釈可能なエポキシ下塗り剤、溶媒ベースのエポキシ下塗り剤、又は別の適切なエポキシ下塗り剤などのエポキシ下塗り剤、ウレタン下塗り剤、又は別の適切な下塗り剤を含み得る。
【０１６６】
下塗りされた基材３０４ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）を得るために、基材３０４（図１２Ａ−１２Ｂ）は、下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）の塗布に加えて或いは下塗り層３３０（図１２Ａ−１２Ｂ）の塗布に代えて、基材３０４（図１２Ａ−１２Ｂ）の第１の表面３０６ａもしくは構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）を下塗り或いは準備するためのプライミング処理３３３（図１７）又は表面の前処理を施されてもよい。例えば、表面３０６ａ（図１２Ａ−１２Ｂ）を下塗り或いは準備する、或いは航空ビークル構造物３５０（図１７）などの構造物３０（図１７）の外面３０９（図１１Ａ、１７）などの表面２８（図１７）を下塗り或いは準備するための、プライミング処理３３３（図１７）もしくは表面の前処理は、洗剤もしくは溶媒による洗浄、研削もしくは研磨、平滑化、ポリッシング、エッチング、又は別の適切なプライミング処理又は表面の前処理を含み得る。
【０１６７】
図１８に示すように、方法４００は、一以上の電気的経路３３４（図１５，１７）を形成するために、直接描画印刷処理１２４（図１７）によって、構造物３０（図１５，１７）の表面２８（図１５，１７）に、直接描画導電性材料パターン３２０（図１５，１７）を印刷するステップ４０６を更に含む。印刷するステップ４０６は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、又はそれらの合金、又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４（図１７）、又は別の適切な導電性材料３３６（図１７）を含む導電性材料３３６（図１７）で作製されたグリッドパターン３２０ａ（図１５，１７）を含む、直接描画導電性材料パターン３２０（図１５，１７）を印刷することを含む。
【０１６８】
印刷するステップ４０６（図１８）は、噴霧堆積処理１２６（図１０）、インクジェット印刷処理１２８（図１０）、エアロゾル印刷処理１８０（図１０）、パルスレーザ蒸着処理１８２（図１０）、フレキソ印刷処理１８４（図１０）、マイクロスプレー印刷処理１８６（図１０）、平台シルクスクリーン印刷処理１８７（図１０）、回転シルクスクリーン印刷処理１８８（図１０）、グラビア印刷処理１８９（図１０）、プラズマスプレー処理３５２（図１７）、又は別の適切な直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）のうちの１つを含む、直接描画印刷処理１２４（図１０、１７）によって印刷することを更に含む。
【０１６９】
図１８に示すように、方法４００は、表面２８（図１５，１７）から一以上の接地点３１８（図１５，１７）へと電荷３０２（図１７）を逸らすために、一以上の電気的経路３３４（図１５，１７）を一以上の接地点３１８（図１５，１７）と相互接続するステップ４０８を更に含む。
【０１７０】
図１８に示すように、方法４００は、直接描画導電性材料パターン３２０（図１５，１７）上にオプションで導電性コーティング３４０（図１５，１７）を塗布するステップ４１０を更に含み得る。上述のように、導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及び他の適切な導電性金属材料３３６ａ（図１７）のうちの一以上を含む導電性金属材料３３６ａ（図１７）で作製されているか或いは含有する、導電性金属塗料３４０ａ（図１３Ａ−１３Ｂ，１７）の形態であり得る。別の実施形態で、導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及び他の適切な導電性金属材料３３６ａ（図１７）のうちの一以上を含む導電性金属材料３３６ａ（図１７）で作製されているか或いは含有する、導電性シーラント３４０ｂ（図１７）の形態であり得る。導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）は、電荷３０２（図１７）、落雷３０２ａ（図１７）からのエネルギー３６２（図１７）、又はプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）３０２ｂ（図１７）からのエネルギー３６２（図１７）を消散或いは拡散する、全体的な表面保護を提供する。直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ，１７）上に塗布或いは堆積した金属ロード導電性コーティング３４０（図１３Ａ−１３Ｂ）の使用によって、好ましくは、導電体経路システム３００の導電性３６６（図１７）が増し、落雷保護が増強された連続的な導電性表面が直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ，１７）上に提供される。
【０１７１】
図１８に示すように、方法４００は、導電性コーティング３４０（図１５，１７）上にオプションでトップコート層３４４（図１５，１７）を塗布するステップ４１２を更に含み得る。上述のように、トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、導電性コーティング３４０（図１４Ａ−１４Ｂ）の全体或いは実質的に全体の保護被覆として機能し得るか、或いは、視覚的又は美的外観上の目的で塗布され得る。トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）は、ポリウレタン塗料もしくはコーティング、ウレタン塗料もしくはコーティング、アクリル塗料もしくはコーティング、それらの組み合わせ、又は別の適切なトップコート層３４４（図１７）を含み得る。トップコート層３４４（図１４Ａ−１４Ｂ）が耐久性、耐摩耗性、化学的耐性、耐熱性を有し、視覚的に魅力的であることが好ましい。
【０１７２】
本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態は、直接描画印刷処理１２４（図１７）によって基材３０４（図１１Ａ）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）に、又は航空ビークル構造物３５０（図１７）の外面３０９（図１７）などの構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）に、印刷又は堆積され、且つ、基材３０４（図１１Ａ）の第１の表面３０６ａ（図１１Ａ）もしくは構造物３０（図１７）の表面２８（図１７）からの電荷３０２（図１７）又は電気を、一以上の接地点３１８（図１１Ａ−１５，１７）へ、又はそれらの間で伝導する、一以上の電気的経路３３４（図１１Ａ−１５，１７）を提供する。一以上の電気的経路３３４（図１１Ａ−１５，１７）は、好ましくは、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ，１７）の形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）として印刷又は堆積される。一以上の電気的経路３３４（図１１Ａ−１５，１７）は、導電性金属材料３３６ａなどの導電性材料３３６、又はチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インク１０４（図１７）などの導電性インク１６８（図１７）で構成され得る。グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１５，１７）などの直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）は、導電性３６６（図１７）及び可撓性３６８（図１７）を最大化するように構成されている。任意選択的に、落雷保護を増強するよう、直接描画導電性材料パターン３２０（図１３Ａ）の上に導電性コーティング３４０（図１３Ａ，１５，１７）が加えられ、導電性３６６（図１７）を増大させてグリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１５，１７）上に連続的な導電性表面を提供し得る。
【０１７３】
グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１５，１７）などの直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）は、例えば、繊維ガラス材料３１１（図１７）で作製され、繊維ガラス層の特殊なレイアップを必要としない、飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）などの外面３０９（図１７）の外側モールド線３１０（図１７）など、外面３０９に直接印刷又は堆積される。従って、導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）は、複合材構造物１０２（図７）又は金属製構造物１３２（図７）などの構造物３０（図１７）の構造や設計に影響せず、微小クラックが形成する可能性が低減する。直接描画印刷処理１２４（図１７）の使用は、基材３０４（図１１Ａ）又は飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）の繊維ガラス層内に埋め込まれるよりもむしろ、外面３０９（図１７）の外側モールド線３１０（図１７）に直接行われ得る。
【０１７４】
本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）は、特殊なレイアップ処理による製造を必要としないので、製造時間及び費用が削減され得る。更に、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ，１７）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）は、航空ビークル構造物３５０（図１７）などの構造物３０（図１７）の製造中に印刷又は堆積され得、製造後の、より持続性の低い二次的な運用での適用を必要としない。
【０１７５】
更に、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態は、落雷３０２ａ（図１７）による電磁的効果３６０（図１７）に対する保護を提供し、落雷３０２ａ（図１７）、及び表面２８（図１５，１７）のＰスタティック３０２ｂ（図１７）などからの電荷３０２（図１７）を逸らす。グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ，１７）の形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）、及びオプションの導電性コーティング３４０（図１７）は、電荷３０２（図１７）、及び落雷３０２ａ（図１７）又はＰスタティック３０２ｂ（図１７）からのエネルギー３６２（図１７）に、グランドへの一以上の電気的経路３３４（図１７）を提供するための、一以上の接地点３１８（図１７）と共に用いられ得る。本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）は更に、ファスナ３４８（図１７）及びその他のフィーチャなどの接地点３１８（図１７）との組み合わせで、複合材構造物１０２（図７）又は金属製構造物１３２（図７）などの構造物３０（図１７）に、落雷保護経路３５８（図１７）及び落雷保護システム３５６（図１７）を提供する、雷電流のｄｉｖｅｒｓｉｏｎ及びｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎのための導電性経路を提供し、航空ビークル２６ａ（図１７）の構造物３０（図１７）及びシステム５０（図１Ｃ）など、ビークル２６（図１７）の保護を提供する。導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の本開示の実施形態は、有利には、落雷３０２ａ（図１７）又はＰスタティック３０２ｂ（図１７）からの電荷３０２（図１７）を逸らし、航空ビークル２６ａ（図１７）などのビークル２６（図１７）に、ロバストな落雷保護システム３５６（図１７）を提供する。
【０１７６】
本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態により、ファスナ３４８（図７１）などの一以上の接地点３１８（図１７）上で、グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ，１７）などの形態の直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）のエリア又は領域にダイレクトな落雷３０２ａ（図１７）があった場合に、導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）が、下層の基材３０４（図１７）構造物３０（図１７）を保護する。導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）は、それが適用される複合材料又は構成要素部品の構成に影響しない。
【０１７７】
更に、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態は、飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）などの可撓性の表面３０７（図１７）に、既知の落雷保護システム及び方法よりも生産しやすく且つ設置しやすい導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び落雷保護システム３５６（図１７）を提供する。直接描画印刷処理１２４（図１７）は、好ましくは、可撓性の表面３０７（図１７）にグリッドパターン３２０ａ（図１７）を印刷又は堆積することを可能にする、導電性材料３３６（図１７）の金属粒子の極薄のグリッド線３２６（図１７）を達成する。更に、直接描画印刷処理１２４（図１７）により、繊維ガラス製の飛行操縦翼面３５０ａ（図１７）などの基材３０４（図１１Ａ）に付着する薄い金属の堆積がもたらされ、可撓性の表面３０７（図１７）の疲労が、既知の埋め込み式金属製メッシュ設計や金属製メッシュ層被覆などの既知の落雷保護システム及び方法よりも良好にハンドリングされ得る。
【０１７８】
更に、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態は、耐久性と修復可能性が向上し、必要な修理の量がなくなるか或いは低減し得る。グリッドパターン３２０ａ（図１１Ａ−１５，１７）などの直接描画導電性材料パターン３２０（図１１Ａ−１５，１７）は非連続的であり、接着剤を用いて適用される連続的な層を含み容易に修復や再適用できないことがある既知のアップリケなどの既知の落雷保護システム及び方法と比較して、より容易にｉｎ−ｓｉｔｕで再適用又は修復され得る。
【０１７９】
更に、本開示の導電体経路システム３００（図１１Ａ−１４Ｂ，１７）及び方法４００（図１８）の実施形態は、飛行操縦翼面３５０ａなどの保護を要する外面３０９（図１７）に直接、印刷、堆積、又は適用され得るのみならず、高い導電性３６６（図１７）が達成され、そのような高い導電性３６６（図１７）を達成するためにパターニングされ得る、導電体３６４（図１７）でもある。直接描画導電性金属パターン３２０（図１７）上に塗布された、金属をロードした導電性コーティング３４０（図１７）を用いることにより、導電性３６６（図１７）が更に高まる。最後に、視覚的外観又は更なる保護のためにトップコート層３４４（図１７）が塗布されてもよい。
【０１８０】
条項１．
導電体経路システムを有する航空ビークル構造を含む、航空ビークルであって、導電体経路システムが、
下塗りされた被印刷表面を有し一以上の接地点を有する、下塗りされた基材と、
直接描画印刷処理によって下塗りされた表面上に直接印刷されたグリッドパターンを含む、直接描画導電性材料パターンであって、直接描画導電性材料パターンが、一以上の接地点と相互接続された一以上の電気的経路を形成している、直接描画導電性材料パターンと、
直接描画導電性材料パターン上に塗布された導電性コーティングと、
導電性コーティング上に塗布されたトップコート層と
を含み、
一以上の接地点と相互接続された一以上の電気的経路が、落雷、及び航空ビークル構造の外面のプリシピテーションスタティック（Ｐスタティック）のうちの一以上からの電荷を、一以上の接地点へと逸らす、航空ビークル。
【０１８１】
条項２．
直接描画導電性材料パターンが、銅、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、ブロンズ、金、銀、それらの合金、及びチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）ナノ粒子インクのうちの一以上を含む、導電性材料で作製されている、条項１に記載の航空ビークル。
【０１８２】
条項３．
直接描画印刷処理が、噴霧堆積処理、インクジェット印刷処理、エアロゾル印刷処理、パルスレーザ蒸着処理、フレキソ印刷処理、マイクロスプレー印刷処理、平台シルクスクリーン印刷処理、回転シルクスクリーン印刷処理、グラビア印刷処理、及びプラズマスプレー処理のうちの一以上を含む、条項１に記載の航空ビークル。
【０１８３】
条項４．
一以上の接地点は、導電性金属材料で作製された一以上のファスナ、並びに、ともに導電性金属材料で作製された一以上の接地要素及び一以上のグランド接続のうちの一以上を含む、条項１に記載の航空ビークル。
【０１８４】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本発明の多数の変形例および他の実施形態が想起されよう。本明細書に記載した実施形態は、例示することを意図したものであって、限定的又は網羅的であることを意図していない。本明細書では特定の用語を使用しているが、それらは、一般的及び説明的な意味でのみ使用されており、限定を目的として使用されているものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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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６Ａ】
2017224592.tif 000010
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
2017224592.tif 000016
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
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