JP2013540353A - セラミックナノチューブ複合体中の相変化エネルギー貯蔵 - Google Patents
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Abstract
本開示は、一般的に、相変化材料複合体を形成する方法およびシステム、ならびにこのように形成された相変化材料複合体に関する。いくつかの例では、相変化材料(PCM)複合体を形成する方法は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、PCMを該ナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、該ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱するステップと、溶剤を除去するステップとを含んでもよい。
Description
本明細書において他に記載がない限り、この項に記載された材料は、この出願の請求項に対する従来技術ではなく、また、この項に含まれることにより従来技術であると認めるものでもない。
携帯電話、リモートセンサおよび通信レーザなどの携帯用のチップ型デバイスは、短時間の集中的な活動とその後の長時間の低レベルの使用を特徴とする。短くて集中的な活動は、内部の電子装置に大きな熱を起こす可能性があり、これにより性能が劣化し、電子装置の周りの環境との非適合性を引き起こし得る。この加熱の問題を軽減するために、相変化材料(PCM)を電子装置と接触して配置することによって、熱コンデンサとして作用させることができる。PCMはPCM溶解転移で熱エネルギーを吸収し、それによって電子装置から熱を排除する。ワックス材料は、固体から液体への相変化により大量のエネルギーの吸収が可能になるため、通常使用されるPCMとして、ワックス材料が挙げられる。相変化(固体から液体)で、ワックス材料は低粘度液体となり、したがってパッケージ中に含まれなければならず、さもないと、電子装置を通って液体が移行する危険性がある。熱源からのワックスを含むパッケージの層剥離は、PCMの適用を制限する重大な問題である。
相変化材料複合体を形成する方法およびシステム、ならびに該方法およびシステムを使用して形成された相変化材料複合体が提供される。いくつかの例では、相変化材料(PCM)複合体を形成する方法は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱するステップと、溶剤を除去するステップとを含んでもよい。
一例では、相変化材料(PCM)複合体を形成する方法が提供される。該方法は、ナノワイヤ材料を処理加工してPCMとの適合性を高めるステップと、ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせて混合物を形成するステップと、混合物を混合してPCM−複合体を形成するステップとを含んでもよい。
別の例では、相変化材料(PCM)複合体を形成するシステムが提供される。該システムは、タンクと、加熱要素と、形成要素と、制御装置とを含んでもよい。タンクは、溶剤、ナノワイヤ材料およびPCMを受けるように構成されてもよい。加熱要素は、タンクと関連し、および溶剤を除去するのに適した温度にタンクを選択的に加熱するように構成されてもよい。形成要素は、残留PCM複合体を適切な形および/または寸法に形成するように構成されてもよい。制御装置は、加熱要素および/または形成要素の1以上に連結され、およびPCMを形成するシステムに関連するプロセスパラメータを制御するように構成されてもよい。
さらなる例では、コンピュータアクセス可能媒体が提供される。コンピュータアクセス可能媒体は、コンピューティングデバイスによって実行された時、該コンピューティングデバイスを、相変化材料(PCM)複合体を形成する方法を行うように構成する、該媒体に保存されたコンピュータ実行可能命令を有してもよい。前記方法は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散して、ナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体中でのPCMおよびナノワイヤ材料の混合によって得られるPCM複合体を形成するステップとを含んでもよい。
複数の例を開示するが、以下の詳細な説明により、まださらに他の例が当業者に明らかになるだろう。以下で明らかになるように、システム、方法およびコンピュータプログラムは、本明細書の教示の精神および範囲を逸脱しない限り、種々の明らかな態様において変更が可能である。したがって、詳細な説明は、当然、説明的なものであり、限定ではない。
先に記載したおよび他の本開示の特徴は、添付の図面を併用して、以下の説明および添付の請求項から、より完全に明らかになるだろう。これらの図面は本開示に従った数種の例を単に示すのみであり、したがってその範囲を限定するように考えるのではないと理解して、添付の図面を使用して、開示を追加的に特定しおよび詳細に記載する。
以下の詳細な記載において、その一部を形成する添付の図面について述べる。図面において、他の記載がない限り、類似する記号は通常、類似する構成要素を表す。詳細な記載、図面および請求項中に記載された説明的な実施形態は、それに限定されることを意味しない。本明細書中の本発明の精神または範囲を逸脱しない限り、他の実施形態を利用してもよく、他の変形を行ってもよい。本明細書で一般的に記載され、および図面に示されるような、本開示の態様は、種々の異なる構成で配置され、置換され、組み合わされ、分けられ、および設計されてもよく、これらは全て、明白におよび疑うことなくここで意図されるものであることは容易に理解されるだろう。
中でも、この開示は、セラミックナノチューブ複合体のようなPCM複合体における、相変化エネルギー貯蔵に関連する方法、装置、コンピュータプログラムおよびシステムに関する。より具体的には、そのような複合体を形成する種々の方法およびシステム、およびそのように形成された複合体が提供される。
手短に言えば、本開示は、一般的に、相変化材料複合体を形成する方法およびシステム、ならびにそのように形成された相変化材料複合体に関する。いくつかの例では、相変化材料(PCM)複合体を形成する方法は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱するステップと、溶剤を除去するステップとを含んでもよい。
代替法では、PCMを溶剤に溶解してPCM−溶剤分散体を形成し、ナノワイヤ材料を該PCM−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成してもよい。さらなる方法では、PCMおよびナノワイヤ材料を実質的に一度に溶剤に加えて、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成してもよい。
種々の例では、ナノワイヤ材料をPCMと混合してメッシュPCM複合体を形成する。PCMは、固体状態から液体状態に転移するワックス材料であってもよい。相転移に関連するエネルギーは、相転移の前に、電子回路からのエネルギーの吸収を促進する。いくつかの例では、エネルギーは、半導体ダイの表面から吸収される。他の例では、エネルギーは、搭載された(たとえば、接着剤で接着され、共晶的に付着された)1個以上の半導体ダイを含む基板の表面から吸収される。さらに他の例では、エネルギーは、回路のカプセル化されたパッケージ(たとえば、セラミック、プラスチック、金属、その他)の表面から吸収される。さらに他の例では、エネルギーは、回路基板(たとえば、プリント回路基板)の表面から吸収される。
ナノワイヤは、PCMによって効率よく熱を伝導する。したがって、ナノワイヤとPCMとの混合物(本明細書では複合体PCMと言う)は、ナノワイヤの浸透ネットワークに起因する良好な熱伝導性を有するナノスケールのメッシュを形成する。
複合体PCMは、電子装置の熱エネルギーに対する素早い応答を促進する。ワックス材料のようなPCMそれ自体は、あまり熱伝導性はよくない。ワックス材料は、サーマルインターフェース(すなわち、カプセル化されたワックス材料と熱接触する電子装置の部分)で電子装置に熱的に連結されたパッケージ内に閉じ込められる。しかし、カプセル化されたワックス材料は、電子装置から熱エネルギーを均一に吸収しない可能性がある。たとえば、サーマルインターフェースに最も近いワックス材料の中には、サーマルインターフェースから離れた他の部分のワックス材料が溶解する前に溶解し始めるものもあり得る。しかし、複合体PCMにおけるナノワイヤ材料のナノ構造ネットワークは、ナノチューブの高充填をもたらし、PCM複合体全体にわたって熱エネルギーのより均一な分散を促進する。
複合体PCMに分散したナノワイヤのネットワークは、それが溶解する時、毛管力によってPCMを拘束する。ナノワイヤは、溶融PCMを捕捉するために必要な毛管圧を作り出すフレームワークとして作用する。複合体PCMは、さらに実装を必要としないように、PCMを溶融状態で実質的に拘束する。さらに、複合体PCMは、熱循環により、サーマルインターフェース(たとえば、基板/電子回路と実装PCM複合体との間の熱接触点)で良好な熱接触を保つ。複合体PCMは、電子回路(たとえば、半導体ダイまたは「チップ」、ハイブリッド回路、PCB、その他)用のヒートシンク、およびヒートシンクが有用な他の用途として使用してもよい。
図1は、本開示の少なくともいくつかの例に従ってPCM複合体を形成する第一の方法10の一例を示す。一般的に、PCM複合体は、ワックス材料のような相変化材料(PCM)を共重合または界面活性剤修飾したナノワイヤと混合することによって製造する。PCMの溶融温度を超えると、液体は毛管力によりナノワイヤネットワークの内部に維持される。得られたPCM複合体は柔らかくて形成可能であるが、流れには液体PCM(溶融ワックス)およびナノワイヤの両方の動きを必要とするので、流動性には限界がある。PCM複合体の引張り応力は、一般的に約50%を超える液体材料を含むにも関わらず、>1GPaである。PCM複合体は加熱されるとその外表面は湿潤状態になり、それが配置されている任意の表面の形に添い、さらに、ファンデルワールス力により良好な接着性を提供する。
方法10は、ブロック12、14、16、18、2、220および/または24で示されるように、1つ以上の機能、操作または作用を含んでもよい。処理はブロック12から始めてもよい。
ブロック12で、ナノワイヤ材料は、PCMとの適合性を高める処理加工がされてもよい。ナノワイヤ材料は、PCMと化学的に適合するようにするそれ自身の性能に基づき、およびそれ自身の熱伝導性およびワックス材料全体にわたり熱エネルギーを効率的に運ぶ性能に基づいて選択してもよい。適切なナノワイヤ材料の1つは、直径が約10nmと50nmとの間の範囲であり、長さが約500ミクロンまでの窒化アルミニウムナノロッドを含む。いくつかの代替例では、シリコンカーバイドのようなナノワイヤ材料が使用される。適切なナノワイヤ材料は、一般的に、熱エネルギーが浸透する効率のよい通路および高い熱伝導性を生み出す高いアスペクト比を有する。
適合性を高めるためのナノワイヤ材料の処理加工は、ナノワイヤ材料の直接共有結合修飾、または界面活性剤の添加を含んでもよい。いくつかの実施では、ナノワイヤ材料の表面を不動態化し、非極性溶剤に分散できるようにするために、トリメトキシオクチルシランをナノワイヤ材料に塗布してもよい。いくつかの代替実施では、ナノワイヤ材料に共有結合なしに有機層を形成するために、オクチルホスホン酸のような界面活性剤を使用してもよい。ナノワイヤ材料の処理加工は、約30%の負荷レベルを提供するように選択されてもよい。このレベルは、毛管力によって液体PCMをナノワイヤメッシュ中に捕捉するのに充分であり、良好な熱性能を提供し、大量のPCMを排出しない(これは、熱を吸収する複合体の性能を犠牲にし得る)。いくつかの実施では、ナノワイヤ材料は処理加工されなくてもよく、ブロック12はなくてもよいことは理解すべきである。
ブロック12の後にブロック14を行ってもよい。ブロック14では、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散させてもよい。1つの適切な非極性溶剤はヘキサンである。PCMの極性と合わせるために、非極性または極性がほとんどない溶剤を使用してもよい。
ブロック14の後に、ブロック16を行ってもよい。ブロック16では、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加える。PCMは、その融点が対象の温度に近いように選択してもよい。PCMは、保護すべき電子装置において到達し得る最高温度を制限するように作用する。これにより、該最高温度を超えることなく、システムに注入することができるエネルギー量を増やす。電子装置の適用に関しては、対象の温度がより高くなり得る。より詳しくは、電子回路(たとえば、マイクロチップ、または組立PCボード、その他)は、一般的に、試験されている信頼性限界(たとえば、上端操作温度限界)を有する。したがって、PCMは、電子回路の信頼性限界に近い融点を持つように選択される。適切なPCMの1つは、43℃の融点を有するラウリン酸である。
ブロック16の後にブロック18を行ってもよい。ブロック18では、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体をPCMの氷点を超える温度に加熱してもよい。加熱は、適切な装置を用いて行われる。たとえば、加熱はタンクに関連した加熱要素を用いて行ってもよい。一般的に、ナノワイヤおよびPCMの適合性により、良好な分散体安定性が得られる。溶剤がPCMの溶融温度を超える温度で蒸発した場合、PCM複合体のより均質なフィルムが作られる。しかし、より低い温度を使用してもよい。
ブロック18で示される溶剤−PCM分散体の加熱により、PCMの溶解速度が増しおよび/または溶剤蒸発を加速できる。しかし、いくつかの例では、加熱を行わなくてもよい。
ブロック18の後にブロック20を行ってもよい。ブロック20では、溶剤がナノワイヤ−溶剤PCMから除去され、それによってPCM複合体が残る。溶剤除去は、任意の適切な方法で行われる。別の例では、溶剤除去は、溶剤を蒸発させることによって行ってもよい。他の例では、溶剤除去は、溶剤をタンクから、排出またはピペット操作により行ってもよい。
ブロック20の後にブロック22を行ってもよい。ブロック22で、残留PCM複合体は適切な形に形成される。
ブロック22の後にブロック24を行ってもよい。ブロック24では、前記のように形成されたPCM複合体を、熱源(たとえば、対象チップ、回路、PCボード、その他)に適用することができる。適用は、熱源に直接行ってもよくまたは媒介物に行ってもよい。該媒介物として、たとえば、熱伝導性グリース、ペースト、接着剤、または銅フィルムであってもよい。ナノワイヤ材料および分散PCMの量は、得られたPCM複合体の寸法が熱源の直接使用に適するように選択してもよい。より具体的には、PCM複合体は、熱源への適用において一般的に使用される寸法の面積を有する容器に形成されてもよく、たとえば、熱源の表面積が1平方cmの場合、溶剤の除去後PCM複合体が1平方cmに添うように、容器の底の表面積は1平方cmである。たとえば、PCM複合体を、熱源が直接使用される寸法を超える寸法に製造してもよく、その後、細分してもよい。たとえば、熱源の表面積が1平方cmであり、容器の底が10平方cmの場合、得られたPCM複合体は、10個の1平方cm単位に細分してもよい。
熱源が使用されている間、少なくとも各溶融サイクル(PCMを溶融状態に加熱)が湿潤状態の境界面を形成する新しい機会を提供するので、PCM複合体は熱源との熱接触が維持される。したがって、PCM複合体の表面は、各溶融サイクルで熱源の表面の形に添い、ファンデルワールス力により良好な接着を提供する。
図2は、本開示の少なくともいくつかの例に従ったPCM複合体を形成する第二の方法30の例を示す。方法30は、ブロック32、34、36、38および/または40で示されるように、1つ以上の機能、操作または作用を含んでもよい。処理はブロック32から始めてもよい。
ブロック32で、図1で記載したように、PCMとの適合性を高めるために、ナノワイヤ材料を処理加工してもよい。
ブロック32の後に、ブロック34を行ってもよい。ブロック34で、ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせてもよい。
ブロック34の後に、ブロック36を行ってもよい。ブロック36で、ナノワイヤ材料およびPCMは手動で混合され、PCM複合体を得る。いくつかの実施では、該混合は、ナノワイヤ材料を溶融状態のワックス中で引張り、ナノワイヤ材料をカプセル化することを含んでもよい。
ブロック36の後に、ブロック38を行ってもよい。ブロック38で、ブロック36で得られたPCM複合体を適切な形に形成してもよい。
ブロック36の後に、ブロック30を行ってもよい。ブロック40で、形成されたPCM複合体を熱源に適用してもよい。
図3は、本開示の少なくともいくつかの例に従ったPCM複合体を形成する第一例のシステム50の概略図を示す。図示するように、例示システム50は、タンク52と、加熱要素54と、制御装置56と、形成要素58とを含む。いくつかの実施形態では、除去要素59が備えられてもよい。溶剤、ナノワイヤ材料およびPCMが、タンク52内に分散されていてもよい。加熱要素54は、タンクを、溶剤を除去するのに適した温度に選択的に加熱するように構成されている。温度プローブまたは他のある熱モニター装置は、加熱要素54またはタンク52内の材料のどちらかの操作温度をモニターするように構成されていてもよい。形成要素58は、残留PCM複合体を、適切な形および/または寸法(たとえば、特定の熱源に適用するために形成された、または大きさにされた)に形成するように構成されてもよい。除去要素59は、タンク52と関連し、たとえば、溶剤をタンクから蒸発させることによって、溶剤をタンク52から除去するように構成されてもよい。制御装置56は、加熱要素54、温度モニター装置および/または形成要素58の1つ以上に連結されていてもよい。制御装置56は、加熱温度設定値、加熱時間、冷却時間、形成、その他のようなプロセスパラメータを制御するように構成された、任意の適正な制御装置(たとえば、コンピューティングデバイス、マイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、その他)であることが可能である。図3に示すシステムは、図1の例示方法に従って、PCM複合体を形成するために使用してもよい。
図4は、本開示の少なくともいくつかの例に従ったPCM複合体を形成する第二例のシステム60の概略図を示す。図示するように、システム60は、タンク62と、混合要素64と、制御装置66と、形成要素68とを含む。ナノワイヤ材料およびPCMは、タンク62内で混合されてもよい。混合要素64は、ナノワイヤ材料とPCMとを選択的に混合するように構成されている。温度プローブまたは他のある熱モニター装置は、タンク652内の材料の操作温度をモニターするように構成されていてもよい。形成要素68は、PCM複合体を適切な形および/または寸法(たとえば、特定の熱源に適用するために形成されたまたは大きさにされた)にするように構成されてもよい。制御装置66は、形成要素68または温度モニター装置の1つ以上に連結されていてもよい。制御装置66は、温度、設定値、混合速度、形成、その他のようなプロセスパラメータを制御するように構成された、任意の適正な制御装置(たとえば、コンピューティングデバイス、マイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、その他)であることが可能である。
図5は、本開示の少なくともいくつかの例に従ったPCM複合体を形成する第三例のシステム70の概略図を示す。図示するように、例示システム70は、タンク72と、加熱要素74と、圧力室75と、制御装置76と、形成要素78とを含む。溶剤、ナノワイヤ材料およびPCMは、タンク72内で分散されていてもよい。加熱要素54は、タンクを、溶剤を除去するのに適した温度に選択的に加熱するように構成されている。温度プローブまたは他のある熱モニター装置は、加熱要素74またはタンク72内の材料のどちらかの操作温度をモニターするように構成されていてよい。圧力室75は、タンク72を選択的に加圧するように構成されていてもよい。形成要素78は、残留PCM複合体を、適切な形および/または寸法(たとえば、特定の熱源に適用するために形成されたまたは大きさにされた)に形成するように構成されていてもよい。制御装置76は、加熱要素54、圧力室75、温度モニター装置および/または形成要素78の1つ以上に連結されていてもよい。制御装置76は、加熱温度設定値、加熱時間、冷却時間、形成、その他のようなプロセスパラメータを制御するように構成された、任意の適正な制御装置(たとえば、コンピューティングデバイス、マイクロプロセッサ、マイクロ制御装置、その他)であることが可能である。
図6は、本開示に従ってPCM複合体を製造するために配置されたコンピューティングデバイス900の一例を示すブロック図である。該コンピューティングデバイスは、図3、図4または図5の制御装置として使用してもよい装置の一例であるが、他の例示する装置も実施される。非常に基本的な構成901において、コンピューティングデバイス900は、通常、1つ以上のプロセッサ910と、システムメモリ920とを含む。メモリバス930は、プロセッサ910とシステムメモリ920との間の通信のために使用される。
目的とする構成により、プロセッサ910として、マイクロプロセッサ(μP)、マイクロコントローラ(μC)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、またはこれらの任意の組み合わせのような任意のタイプがあるが、これらに限定されない。プロセッサ910は、1次キャッシュ911および2次キャッシュ912のようなキャッシュレベルと、プロセッサコア913と、レジスタ914とを含んでもよい。プロセッサコア913の一例として、演算論理装置(ALU)、浮動小数点ユニット(FPU)およびデジタル信号処理コア(DSPコア)、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。メモリ制御装置915の一例として、プロセッサ910とともに使用してもよく、またはある実施では、メモリ制御装置915は、プロセッサ910の内部部品であってもよい。
目的とする構成により、システムメモリ920は、揮発性メモリ(たとえば、RAM)、非揮発性メモリ(たとえば、ROM、フラッシュメモリ、その他)またはこれらの任意の組み合わせのような任意のタイプがあるが、これらに限定されない。システムメモリ920は、オペレーティングシステム921、1個以上のアプリケーション922およびプログラムデータ924を含んでもよい。アプリケーション922は、本明細書で記載する任意の教示に従い、PCM複合体を形成するためのプロセスパラメータを制御するプロセスパラメータロジック923を含んでもよい。プログラムデータ924は、たとえば、温度制御、圧力制御その他を含むプロセスパラメータデータ925を含む。いくつかの例では、温度制御は、ステンレスオートクレーブの温度設定値、持続時間および/または冷却時間を制御して行ってもよい。いくつかの実施形態では、アプリケーション922は、コンピューティングデバイスが、PCM複合体を形成するためのシステムに実施可能に関連し、PCM複合体を形成するためのシステムのプロセスパラメータを制御するように、オペレーティングシステム921上でプログラムデータ924を用いて操作するように配置されてもよい。この記載された基本構成は、図6中の破線901内の構成要素によって示される。
コンピューティングデバイス900は、追加の特徴または機能、および基本構成901と任意の必要なデバイスとインターフェースとの間の通信を促進する、追加のインターフェースを有してもよい。たとえば、バス/インターフェース制御装置940を、記憶インターフェースバス941を介して、基本構成901と1個以上のデータ記憶デバイス950との間の通信を促進するために使用してもよい。データ記憶デバイス950として、取外し可能な記憶デバイス951、取外しできない記憶デバイス952、またはこれらの組み合わせがある。取外し可能な記憶デバイスおよび取外しできない記憶デバイスの例として、2、3例を挙げると、フレキシブルディスクドライブおよびハードディスクドライブ(HDD)のような磁気ディスクデバイス、コンパクトディスク(CD)ドライブまたはデジタル多用途ディスク(DVD)ドライブのような光ディスクドライブ、ソリッドステートドライブ(SSD)、およびテープドライブが挙げられる。コンピュータ記憶媒体の例として、コンピュータによる読込みが可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、その他のデータのような、情報の記憶に関する任意の方法または技術において実行されている、揮発性および非揮発性、取外し可能なおよび取外しできない媒体を挙げることができる。
システムメモリ920、取外し可能な記憶デバイス951および取外しできない記憶デバイス952は、コンピュータ記憶媒体の全ての例である。コンピュータ記憶媒体として、RAM、ROM、EEPROM、フラッシュメモリまたは他の記憶技術、CD−ROM、デジタル多用途ディスク(DVD)または他の光記憶デバイス、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶デバイス、または他の磁気記憶デバイス、目的とする情報を記憶するために使用され、コンピューティングデバイス900によってアクセスできる任意の他の媒体が挙げられるが、これらに限定されない。このようなコンピュータ記憶媒体は、デバイス900の一部であってもよい。
また、コンピューティングデバイス900は、種々のインターフェースデバイス(たとえば、出力インターフェース、周辺インターフェースおよび通信インターフェース)からバス/インターフェース制御装置940を介して基本構成901への通信を促進するために、インターフェースバス942を含んでもよい。出力デバイス960の例として、グラフィック処理ユニット961および音声処理ユニット962が挙げられ、これらは、1つ以上のA/Vポート963を介してディスプレイまたはスピーカのような種々の外部装置へ通信するように構成されてもよい。周辺インターフェース970の例として、シリアルインターフェース制御装置971またはパラレルインターフェース制御装置972が挙げられ、これらは、1個以上のI/Oポート973を介して、入力デバイス(たとえば、キーボード、マウス、ペン、音声入力デバイス、タッチ入力デバイス、その他)または他の周辺デバイス(たとえば、プリンター、スキャナ、その他)のような外部デバイスを使用して通信するように構成されてもよい。通信デバイス980の例として、ネットワーク制御装置981が挙げられ、これは、1個以上の通信ポート982を介して、ネットワーク通信リンクで、1つ以上の他のコンピューティングデバイス990との通信を促進するように配置されてもよい。
ネットワーク通信リンクは、通信媒体の一例である。通信媒体は、通常、コンピュータによる読込みが可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、または搬送波または他の移送機構のような変調データ信号における他のデータによって実施されてもよく、任意の情報配送媒体を含んでもよい。「変調データ信号」は、信号中の情報をエンコードするような方法で設定または変更された特性の1以上を有する信号であってもよい。限定ではない例示である通信媒体として、有線ネットワークまたは直接配線接続のような有線媒体、および音響媒体、無線周波(RF)媒体、マイクロ波媒体、赤外(IR)媒体および他の無線媒体のような無線媒体を挙げることができる。本明細書で使用される用語「コンピュータによる読込みが可能な媒体」には、記憶媒体および通信媒体の両方が含まれる。
コンピューティングデバイス900は、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、パーソナル・メディア・プレイヤ・デバイス、無線ウェブ・ウォッチ・デバイス、パーソナル・ヘッドセット・デバイス、アプリケーション特定デバイス、または前記機能のいずれかを含むハイブリッドデバイスのようなスモール・フォーム・ファクタ携帯(または移動式)電子装置の一部として実施されてもよい。また、コンピューティングデバイス900は、ラップトップコンピュータの構成および非ラップトップコンピュータの構成の両方を含む、パーソナルコンピュータとして実施されてもよい。
図7は、本開示に従って配置されたコンピュータプログラム製品501の一例のブロック図を示す。図6で示されるように、いくつかの例では、コンピュータプログラム製品501は、コンピュータ実行可能命令505を含んでもよい信号搬送媒体503を含む。コンピュータ実行可能命令505は、本明細書で記載される任意の技術に従ってPCM複合体を形成する命令を提示するように配置されてもよい。いくつかの例では、コンピュータ実行可能命令は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成すること、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成すること、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱すること、および溶剤を除去することに関する命令を含んでもよい。より一般的には、コンピュータ実行可能命令は、加熱率、温度設定値、冷却率、混合速度、混合時間、圧力またはその他のプロセスパラメータに関連してもよい。
また、図7に示すように、いくつかの例では、コンピュータ製品500は、コンピュータによる読込みが可能な媒体506、書込みが可能な媒体508および通信媒体510の1以上を含んでもよい。これらの要素を囲む点線のボックスは、信号搬送媒体502(これに限定されない)に含まれる異なるタイプの媒体を示してもよい。これらのタイプの媒体は、プロセッサ、そのような命令を実行するための理論的および/または他の機能を含むコンピュータデバイスによって、実行されるべきコンピュータ実行可能命令505を配布してもよい。コンピュータによる読込みが可能な媒体506および書込みが可能な媒体508として、フレキシブルディスク、ハードディスクドライブ(HDD)、コンパクトディスク(CD)、デジタル・ビデオ・ディスク(DVD)、デジタルテープ、コンピュータメモリ、その他が挙げられるが、これらに限定されない。通信媒体510として、デジタルおよび/またはアナログ通信媒体(たとえば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク、その他)が挙げられるが、これらに限定されない。
本開示は本願に記載される特定の例示に限定されるのではなく、該例示は、種々の態様の説明として挙げられたものである。当業者には明らかなように、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、多くの修正および変更がなされてもよい。本明細書で列挙したものに加え、前述の記載から、本開示の範囲内の機能的に等価の方法および装置が、当業者には明らかになるだろう。そのような修正および変更は、添付の請求項の範囲に包含されるものである。本開示は、添付の請求項の条件によってのみ、および該請求項によって与えられる等価物の全ての範囲に沿って、限定されるべきである。この開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物学的システムに限定されるのではなく、当然、変化し得ると理解すべきである。また、本明細書で使用される用語は、特定の例を説明する目的だけのために使用され、限定を意図するものではないことも理解すべきである。これらは説明だけを目的とし、限定するものではない。
本開示は、一般的に、PCM複合体を形成するシステムおよび方法、ならびにそのようにして形成されたPCM複合体に関する。一例では、PCM複合体を形成する第一の方法が記載される。該方法は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、溶剤を除去するステップとを含んでもよい。
別の例では、PCM複合体を形成する他の方法が記載される。該方法は、ナノワイヤ材料を処理加工してPCMとの適合性を高めるステップと、該ナノワイヤ材料とPCMとを組み合わせるステップと、組み合わせたナノワイヤ材料およびPCMを混合するステップとを含んでもよい。
さらに別の例では、相変化材料複合体が記載される。該相変化材料複合体は、相変化材料と、相変化材料に分散した共有結合または界面活性剤修飾ナノワイヤのネットワークとを含んでもよく、ここで、ナノワイヤの直径は約10nmと50nmとの間であり、その長さは約500ミクロンまでであり、および相変化材料複合体の引張り応力は>1GPaである。
さらなる例では、保存された、相変化材料複合体を形成するためのコンピュータ実行可能命令を有するコンピュータアクセス可能媒体が記載される。この例で、コンピュータ実行可能命令は、ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成することと、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成することと、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱することと、溶剤を除去することとを含む命令を含んでもよい。
システムの態様のハードウェア実装とソフトウェア実装との間に残る区別はほとんどなく、ハードウェアまたはソフトウェアの使用は、一般的に(しかし、いつもではなく、ある事情では、ハードウェアとソフトウェアとの間の選択が重要になる場合もある)、費用対効率トレードオフを表す設計上の選択である。本明細書に記載されるプロセスおよび/またはシステムおよび/または他の技術が達成された種々の伝達手段(たとえば、ハードウェア、ソフトウェアおよび/またはファームウェア)があり、好ましい伝達手段は、プロセスおよび/またはシステムおよび/または他の技術が配置されている内容によって変化するだろう。たとえば、開発者が速度および正確さを最重要であると決めたら、開発者は主にハードウェアおよび/またはファームウェア伝達手段を選ぶだろうし、柔軟性が最重要であれば、開発者は主にソフトウェアの実装を選ぶだろう。またあるいは、開発者は、ハードウェア、ソフトウェアおよび/またはファームウェアのある組み合わせを選ぶこともあり得る。
先の詳細な記載は、ブロック図、フローチャートおよび/または例示を使用することにより、デバイスおよび/またはプロセスの種々の実施形態を説明したものである。このようなブロック図、フローチャートおよび/または例示は、1つ以上の機能および/または操作を含む限り、該ブロック図、フローチャートまたは例示内の各機能および/または操作は、広い範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの実質上全ての組み合わせにより、独立しておよび/または共同して実施されてもよいことは当業者に理解されるだろう。一実施形態では、本明細書で記載する本発明のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路(ASIC)、書替え可能ゲートアレイ(FPGA)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、または他の一体化フォーマットにより実施されてもよい。しかし、本明細書で開示された実施形態の態様の中には、全体としてまたは部分的に、1以上のコンピュータで動く1以上のコンピュータプログラムとして、(たとえば、1以上のコンピュータシステムで動く1以上のプログラムとして)、1以上のプロセッサで動く1以上のプログラムとして(たとえば、1以上のマイクロプロセッサで動く1以上のプログラムとして)、ファームウェアとして、またはこれらの実質上全ての組み合わせとして、集積回路において、同等に実施されてもよく、回路の設計および/またはソフトウェアまたはファームウェアのコードの作成は、この開示に照らして、当業者の技術の範囲内に充分入ることは、当業者であれば理解するだろう。さらに、当業者であれば、本明細書で記載された本発明のメカニズムは、多様な形態でプログラム製品として配布することが可能であること、および、本明細書で記載された本発明の説明的な実施形態は、実際に分配を実行するために使用される信号搬送媒体の特定の種類に関係なく適用されることを理解するだろう。信号搬送媒体の例として、以下のものが挙げられるが、これらに限定されない。フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク(CD)、デジタル・ビデオ・ディスク(DVD)、デジタルテープ、コンピュータメモリ、その他のような書込みが可能な媒体;およびデジタルおよび/またはアナログ通信媒体(たとえば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク、その他)のような送信型媒体。
当業者であれば、本明細書で記載された様式でデバイスおよび/またはプロセスを記載し、その後、エンジニアリング方式を使用して、そのように記載されたデバイスおよび/またはプロセスをデータ処理システムに統合することは、当該分野において一般的であることを認識するだろう。つまり、本明細書に記載されたデバイスおよび/またはプロセスの少なくとも一部は、しかるべき量の実験によって、データ処理システムに統合してもよい。当業者であれば、代表的なデータ処理システムとしては、一般的に、システム・ユニット・ハウジング、ビデオ表示デバイス、揮発性および非揮発性メモリなどのメモリ、マイクロプロセッサおよびデジタル信号プロセッサのようなプロセッサ、オペレーティングシステム、ドライバ、グラフィカル・ユーザー・インターフェースおよびアプリケーションプログラムなどの計算実態、タッチパッドまたは画面などの1つ以上の相互作用デバイスおよび/またはフィードバックループおよび制御モータを含む制御システム(たとえば、位置および/または速度を検出するためのフィードバック、構成要素および/または量を動かすおよび/または調製するための制御モータ)のうちの1つ以上を含むことを認識するだろう。典型的なデータ処理システムは、データ計算/通信および/またはネットワーク計算/通信システムに普通に見られるような、任意の適切な市販の構成要素を利用して実施してもよい。
本明細書で記載される本発明は、他の異なる構成要素中に含まれる、またはそれに接続される異なる構成要素を示す場合もある。そのように示された構成は、単なる例示であり、事実、同じ機能を達成する多くの他の構成が実施されてもよいことは理解すべきである。概念的な意味において、同じ機能性を達成する構成要素の任意の配置は、目的とする機能性を達成するように、効率的に「関連」している。したがって、ここで、特定の機能性を達成するために組み合わされた任意の2つの構成要素は、構成または中間の構成要素に関係なく、目的とする機能性を達成するように、互いに「関連している」としてみなしてもよい。同様に、そのように関連した任意の2つの構成要素も、目的とする機能性を達成するために、互いに「動作可能に接続された」または「動作可能に連結された」とみなしてもよく、そのように関連し得る任意の2つの構成要素も、目的とする機能性を達成するために、互いに、「動作可能に連結され得る」とみなしてもよい。動作可能に連結し得る具体的な例示として、物理的に係合し得るおよび/または物理的に相互作用する構成要素および/または無線で相互作用し得るおよび/または無線で相互作用する構成要素および/または論理的に相互作用するおよび/または論理的に相互作用し得る構成要素が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において実質的にいかなる複数および/または単数用語の使用に関して、当業者は、内容および/または適用に応じて適正に、複数から単数におよび/または単数から複数に置き換えてもよい。本明細書では、明確にするために、種々の単数/複数の置き換えが明記される。
一般的に、本明細書、とりわけ添付の請求項で使用される用語(たとえば、添付の請求項の本文)は、一般的に「オープン」タームを意図するものである(たとえば、「含んでいる」は「含んでいるがそれに限定されない」と解釈すべきであり、用語「有している」は、「少なくとも有している」と解釈すべきであり、用語「含む」は、「含むがそれに限定されない」と解釈すべきである)ことは、当業者には理解されるだろう。さらに、導入されたクレーム記載で特定の数が意図される場合、そのような意図は当該請求項中に明確に記載され、そのような記載がない場合は、そのような意図も存在しないことも当業者には理解されるだろう。理解を促すために、たとえば、クレーム記載を導入するために、後続の添付の請求項では、「少なくとも1つの」および「1つ以上の」といった導入句を使用することがある。しかし、このような句を使用するからといって、「a」または「an」といった不定冠詞によりクレーム記載を導入した場合に、たとえ同一のクレーム内に、「1つ以上の」または「少なくとも1つの」といった導入句と「a」または「an」といった不定冠詞との両方が含まれるとしても、当該導入されたクレーム記載を含む特定のクレームが、当該記載事項を1つのみ含む例に限定されるということが示唆されると解釈されるべきではない(たとえば、「a」および/または「an」は、通常は、「少なくとも1つの」または「1つ以上の」を意味すると解釈すべきである)。定冠詞を使用してクレーム記載を導入する場合にも同様のことが当てはまる。さらに、導入されたクレーム記載において特定の数が明示されている場合であっても、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数は意味すると解釈すべきであることは、当業者には理解されるだろう(たとえば、他に修飾語のない、単なる「2つの記載事項」という記載は、少なくとも2つの記載事項、または2つ以上の記載事項を意味する)。さらに、「A、BおよびC、その他のうち少なくとも1つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(たとえば、「A、BおよびCのうち少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、および/またはAとBとCとの全て、その他を有するシステムを含むがこれに限定されない)。また、「A、BまたはC、その他のうち少なくとも1つ」に類する表記が使用される場合、一般的に、そのような構造は、当業者がその表記を理解するであろう意味で意図されている(たとえば、「A、BまたはCのうち少なくとも1つを有するシステム」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AとBの両方、AとCの両方、BとCの両方、および/またはAとBとCの全て、その他を有するシステムを含むがこれに限定されない)。さらに、2つ以上の選択可能な用語を表す実質的にあらゆる離接語および/または離接句は、明細書本文内であろうと、請求の範囲内であろうと、または図面内であろうと、それら用語のうちの1つ、それらの用語のうちのいずれか、またはそれらの用語の両方を含む可能性を意図すると理解すべきであることも、当業者には理解されるであろう。たとえば、「AまたはB」という句は、「A」または「B」または「AおよびB」の可能性を含むことが理解されるだろう。
加えて、本開示の特徴または態様がマーカッシュグループによって記載される場合、
それにより本開示がマーカッシュグループのあらゆる個々の要素、または要素のサブグループの観点からも記載されているということを当業者は認識するだろう。
それにより本開示がマーカッシュグループのあらゆる個々の要素、または要素のサブグループの観点からも記載されているということを当業者は認識するだろう。
当業者に理解されるように、記述を提供するなどあらゆるかつ全ての目的のため、本明細書に開示される全ての範囲も、あらゆるかつ全ての可能性のある部分範囲およびその部分範囲の組み合わせを含む。記載されたあらゆる範囲は、少なくとも半分、3分の1、4分の1、5分の1、10分の1、その他へと細分化される同一の範囲を充分に記載し、かつ可能にしていることは、容易に認識されるだろう。限定されない例として、明細書で検討されている各範囲は、下部3分の1、中部3分の1、上部3分の1、その他に容易に分けられる。また、当業者には理解されるように、たとえば、「まで」「少なくとも」「より大きい」「未満」などの全ての文言は、記載される数を含み、上述したような部分範囲に細分化し得る範囲のことを指すことができる。最後に、当業者に理解されるように、範囲は個々の要素を含む。したがって、たとえば、1〜3個のセルを有するグループは、1個、2個または3個の説を有するグループを言う。同様に、1〜5個のセルを有するグループは、1個、2個、3個、4個または5個のセルを有するグループを言い、その他同様である。
明細書中では種々の態様および実施形態を開示してきたが、別の態様および実施形態も当業者には明らかであろう。明細書中で開示される種々の態様および実施形態は、例示のためのものであり、限定的であると解釈すべきではなく、その真の範囲と精神は以下の特許請求の範囲に示されている。
Claims (23)
- 相変化材料(PCM)複合体を形成する方法であって、
ナノワイヤ材料を処理加工してPCMとの適合性を高めるステップと、
該ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせて混合物を形成するステップと、
該混合物を混合してPCM複合体を形成するステップと、
を含む方法。 - ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散してナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップをさらに含み、ここで、ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせるステップは、PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えて混合物を形成することを含み、該混合物は、ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を含む請求項1に記載の方法。
- ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱するステップをさらに含む請求項2に記載の方法。
- 混合物を形成した後、ナノワイヤ−溶剤分散体から溶剤を除去するステップをさらに含む請求項3に記載の方法。
- ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を、PCMの溶融温度を超える温度に加熱するステップをさらに含む請求項2に記載の方法。
- 非極性溶剤が、ヘキサンである請求項2に記載の方法。
- ナノワイヤ材料を処理加工するステップは、ナノワイヤ材料の直接共有結合修飾を含む請求項1に記載の方法。
- ナノワイヤ材料を処理加工するステップは、界面活性剤をナノワイヤ材料に塗布することを含む請求項1に記載の方法。
- 界面活性剤は、トリメトキシオクチルシランまたはオクチルホスホン酸のいずれかである請求項8に記載の方法。
- PCM複合体を適切な形に形成するステップをさらに含む請求項1に記載の方法。
- 混合するステップは、ナノワイヤ材料を溶融状態のワックス中で引張り、ナノワイヤ材料をカプセル化することを含む請求項1に記載の方法。
- PCMを溶剤に溶解してPCM−溶剤分散体を形成するステップをさらに含み、ここで、ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせるステップは、ナノワイヤ材料をPCM−溶剤分散体に加えて混合物を形成することを含み、該混合物はナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を含む請求項1に記載の方法。
- ナノワイヤ材料をPCMと組み合わせるステップは、ナノワイヤ材料およびPCMを実質的に同時に溶剤に加えて混合物を形成することを含み、ここで、該混合物はナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を含む請求項1に記載の方法。
- 相変化材料(PCM)と、
相変化材料(PCM)に分散した共有結合または界面活性剤修飾ナノワイヤのネットワークとを含む相変化材料複合体であって、前記ナノワイヤの直径は、約10nmから約50nmの間の範囲であり、ナノワイヤの長さは、約500ミクロンまでであり、および
相変化材料複合体の引張り応力は、>1GPaである相変化材料複合体。 - 前記ナノワイヤが、トリメトキシオクチルシランまたはオクチルホスホン酸で修飾されている請求項14に記載の相変化材料。
- 前記ナノワイヤ材料が、窒化アルミニウムである請求項15に記載の相変化材料。
- 前記相変化材料が、ラウリン酸である請求項15に記載の相変化材料。
- 相変化材料(PCM)複合体を形成するシステムであって、
溶剤、ナノワイヤ材料およびPCMを受けるように構成されたタンクと、
タンクと関連し、溶剤を除去するのに適した温度にタンクを選択的に加熱するように構成された加熱要素と、
残留PCM複合体を適切な形および/または寸法に形成するように構成された形成要素と、
加熱要素および/または形成要素の1以上に連結され、およびPCMを形成するシステムに関連するプロセスパラメータを制御するように構成された制御装置と
を含むシステム。 - タンク中の溶剤、ナノワイヤ材料およびPCMが、共同で、タンクの内容物を構成し、さらに、加熱要素またはタンクの内容物の1つ以上の操作温度をモニターするように構成された温度プローブを含む請求項18に記載のシステム。
- タンクに関連し、タンクから溶剤を除去するように構成された除去要素をさらに含む請求項18に記載のシステム。
- タンクに関連し、タンクを選択的に加圧するように構成された圧力室をさらに含む請求項18に記載のシステム。
- コンピューティングデバイスによって実行された時、該コンピューティングデバイスに相変化材料(PCM)複合体を形成する方法を行わせるように構成されたコンピュータ実行可能命令を保存したコンピュータアクセス可能媒体であって、前記方法は、
ナノワイヤ材料を非極性溶剤に分散して、ナノワイヤ−溶剤分散体を形成するステップと、
PCMをナノワイヤ−溶剤分散体に加えてナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を形成するステップと、
ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体中でのPCMおよびナノワイヤ材料の混合によって得られるPCM複合体を形成するステップと
を含むコンピュータアクセス可能媒体。 - ナノワイヤ−溶剤−PCM分散体を加熱することと、溶剤を除去してPCM複合体を得ることとをさらに含む請求項22に記載のコンピュータアクセス可能媒体。
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