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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-16
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】低電力センサメモリ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/26 20060101AFI20240219BHJP
G01N 27/416 20060101ALI20240219BHJP
【ＦＩ】
G01N27/26 351J
G01N27/26 391Z
G01N27/416 302M
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2020199877
(22)【出願日】2020-12-01
(65)【公開番号】P2021099318
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2023-11-24
(31)【優先権主張番号】16/726,192
(32)【優先日】2019-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】504407000
【氏名又は名称】パロ アルト リサーチ センター，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(74)【代理人】
【識別番号】100167911
【弁理士】
【氏名又は名称】豊島 匠二
(72)【発明者】
【氏名】ショーン・イー．・ドリス
(72)【発明者】
【氏名】ケント・エヴェンス
【審査官】大瀧 真理
(56)【参考文献】
【文献】特公昭５０－１３０９７（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特公昭５０－１３０９５（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】実公昭５７－０２５１８８（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】実公昭５４－１１９００（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／００７６４１３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３３２１４１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特表２００５－５１０８８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平３－７８６６２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／２６
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６
Ｇ０１Ｒ ２２／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
パラメータを測定するように構成されたセンサと、前記パラメータが所定の範囲外であるときの１つ以上の発生を記録するように構成されたメモリであって、
ワイヤと、
対電極と、
電解質と、を備える、メモリと、を備え、
前記ワイヤ及び前記対電極が、前記センサから電圧を受け取るように構成され、
前記電圧が、前記ワイヤと前記対電極との間に電流を生成し、
前記電流は、前記パラメータが前記所定の範囲外であるとき、前記ワイヤ、前記対電極、又はそれらの両方において電気化学反応を引き起こし、
前記電気化学反応が、前記ワイヤの腐食を引き起こし、それが、前記ワイヤのコンダクタンスを減少させる、センサシステム。
【請求項2】
前記メモリが、前記パラメータの値を記録しない、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項3】
前記ワイヤは、前記パラメータが前記所定の範囲外であるときに前記ワイヤの特性を変化させる前記電気化学反応を起こすように構成されている導体を含み、前記対電極は、前記パラメータが前記所定の範囲外であるときに酸化される、還元される、又はそれらの両方であるように構成されている酸化還元活性物質を含み、
前記電解質が、溶解塩を有する水、溶解塩を有する有機溶媒、溶解塩を有するポリマー、イオン伝導性無機固体、又はイオン性液体を含む、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項4】
前記ワイヤと前記対電極との間に少なくとも部分的に位置付けされた膜を更に備え、前記膜が、前記電解質の２つの領域間のイオンの流れを許容し、前記膜が、イオン選択性膜、イオン伝導性ガラス、又はポリマー膜を含む、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項5】
前記電解質から前記ワイヤの一部分を、前記電解質から前記対電極の一部分を、又はそれらの両方を絶縁するように構成されている誘電体層を更に備え、前記誘電体層が、テープ、ポリマーコーティング、又はプラスチック積層体を含む、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項6】
前記センサが、前記パラメータに少なくとも部分的に基づいている前記電圧を出力し、前記電気化学反応が、前記ワイヤの特性を変化させる、請求項１に記載のセンサシステム。
【請求項7】
前記電気化学反応が、前記ワイヤの酸化を含む、前記ワイヤにおける半反応を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項8】
前記電気化学反応が、前記ワイヤ内のキャリア移動度の不可逆的変化をもたらす酸化又は還元を含む、前記ワイヤにおける半反応を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項9】
前記電気化学反応が、前記ワイヤを機械的に損傷し、前記ワイヤの前記特性を低下させる気泡を生成する、前記ワイヤにおける半反応を含み、前記特性が導電率を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項10】
前記電気化学反応が、前記ワイヤの前記特性を変化させる電気めっき反応又は電着反応を含む、前記ワイヤにおける半反応を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項11】
前記電気化学反応が、還元反応を含む、前記対電極における半反応を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項12】
前記電気化学反応が、ポリ（３、４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）の還元と、それに続く、還元されたＰＥＤＯＴと酸素との実質的に不可逆的反応を含む、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項13】
前記特性の前記変化が、実質的に不可逆である、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項14】
前記特性の前記変化が、少なくとも部分的に可逆である、請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項15】
前記特性が、前記コンダクタンスを含み、前記コンダクタンスは、前記パラメータが前記所定の範囲外である第１の発生に応答して、第１の値から第２の値へ減少し、前記コンダクタンスが、その後、前記メモリへの電圧の印加に応答して、前記第１の値と前記第２の値との間にある第３の値へ増加するように構成されている、請求項１４に記載のセンサシステム。
【請求項16】
パラメータを測定し、前記パラメータの関数である電圧を出力するように構成されたセンサであって、前記パラメータが、温度、圧力、湿度、水分、振動、衝撃、光、酸素、濃度、ｐＨ、及び塩分からなる群から選択される、センサと、前記センサに接続されたメモリであって、
金属又は半導体を含むワイヤと、
酸化還元活性物質を含む対電極と、
前記ワイヤ及び前記対電極と接触している電解質と、を備える、メモリと、備え、
前記ワイヤ及び前記対電極が、前記センサから前記電圧を受け取るように構成され、
前記電圧が、前記ワイヤと前記対電極との間に電流を生成し、
前記電流は、前記パラメータが所定の範囲外であるとき、前記ワイヤ、前記対電極、又はそれらの両方において電気化学反応を引き起こし、
前記電気化学反応が、前記ワイヤの腐食を引き起こし、それが、前記ワイヤの特性を変化させ、
前記特性が、抵抗、コンダクタンス、インピーダンス、キャパシタンス、インダクタンス、及び色からなる群から選択される、センサシステム。
【請求項17】
変化した前記コンダクタンスは、前記パラメータが前記所定の範囲外であったときの１つ以上の現在又は過去の発生を示す、請求項１６に記載のセンサシステム。
【請求項18】
前記コンダクタンスの値は、前記パラメータが前記所定の範囲外であったときの前記発生の数に対応する、請求項１７に記載のセンサシステム。
【請求項19】
パラメータを測定し、前記パラメータの関数である電圧を出力するように構成されたセンサと、前記センサに接続されたメモリであって、前記メモリが電気化学セルを含み、前記メモリが、前記パラメータの値は記録せずに、前記パラメータが所定の範囲外であるときの１つ以上の過去の発生を記録するように構成されており、前記メモリが、
銀を含むワイヤと、
ポリ（３、４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸を含む対電極と、
硝酸ナトリウムを含む電解質であって、前記電解質が前記ワイヤ及び前記対電極と接触している、電解質と、
前記ワイヤと前記対電極との間の膜であって、前記膜が、前記電解質の２つの別個の領域間のイオンの流れを許容する、膜と、
前記ワイヤ又は前記対電極の少なくとも一部を前記電解質から絶縁するように構成された誘電体層と、を含む、メモリと、を備え、
前記ワイヤ及び前記対電極が、前記センサから前記電圧を受け取るように構成され、
前記電圧が、前記ワイヤと前記対電極との間に電流を生成し、
前記電流は、前記パラメータが前記所定の範囲外であるとき、前記ワイヤ、前記対電極、又はそれらの両方において電気化学反応を引き起こし、
前記電気化学反応が、前記ワイヤの腐食を引き起こし、それが、前記ワイヤのコンダクタンスを減少させ、
前記コンダクタンスの値は、前記パラメータが前記所定の範囲外であったときの前記発生の数に対応する、センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本教示は、概して、センサ用のメモリに関し、より具体的には、所定の範囲外である、センサによる測定の過去及び現在の発生を記録することができるセンサ用の低電力メモリに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の電子機器を用いたセンサの連続的な監視及び／又はロギングは、電力（典型的には、従来の低電力電子機器であっても１０～１００μＡ）を必要とする。結果として、連続的な監視を目的としたセンサ（本明細書ではセンサタグとも呼ばれる）は、電池又はエネルギーハーベスティング要素を含まなければならない。これは、センサのコスト及び複雑さを増加させ、そのため、センサの利用可能な用途を制限する。一方、近距離無線通信（near-field communication、ＮＦＣ）センサ又は無線周波数識別（radio-frequency identification、ＲＦＩＤ）センサなどの受動的に給電されるセンサは、バッテリなしで動作させることができる。しかしながら、これらのセンサは、現在のセンサ状態に関する情報を提供するのみである（すなわち、過去の測定値ではない）。
【発明の概要】
【0003】
以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要な又は重要な要素を識別することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主要な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の序文として、簡略化された形態で１つ以上の概念を提示するだけである。
【0004】
センサシステムが開示されている。センサシステムは、パラメータを測定するように構成されたセンサを含む。センサシステムはまた、パラメータが所定の範囲外であるときの１つ以上の発生を記録するように構成されたメモリを含む。メモリは、ワイヤ、対電極、及び電解質を含む。
【0005】
別の実施形態では、センサシステムは、パラメータを測定し、パラメータの関数である電圧を出力するように構成されたセンサを含む。パラメータは、温度、圧力、湿度、水分、振動、衝撃、光、酸素、濃度、ｐＨ、及び塩分からなる群から選択される。センサシステムはまた、センサに接続されたメモリを含む。メモリは、金属又は半導体を含むワイヤを含む。メモリはまた、酸化還元活性物質を含む対電極を含む。メモリはまた、ワイヤ及び対電極と接触する電解質を含む。ワイヤ及び対電極は、センサから電圧を受け取るように構成されている。電圧は、ワイヤと対電極との間に電流を生成する。電流は、パラメータが所定の範囲外であるとき、ワイヤ、対電極、又はそれらの両方における電気化学反応を引き起こす。電気化学反応は、ワイヤの特性を変化させる。特性は、抵抗、コンダクタンス、インピーダンス、キャパシタンス、インダクタンス、及び色からなる群から選択される。
【0006】
別の実施形態では、センサシステムは、パラメータを測定し、パラメータの関数である電圧を出力するように構成されたセンサを含む。センサシステムはまた、センサに接続されたメモリを含む。メモリは、電気化学セルを含む。メモリは、パラメータの値を記録することなく、パラメータが所定の範囲外であるときの、１つ以上の過去の発生を記録するように構成されている。メモリは、銀を含むワイヤを含む。メモリはまた、ポリ（３、４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸を含む対電極を含む。メモリはまた、硝酸ナトリウムを含む電解質を含む。電解質は、ワイヤ及び対電極と接触している。メモリはまた、ワイヤと対電極との間に膜を含む。膜は、電解質の２つの別個の領域間のイオンの流れを許容する。メモリはまた、ワイヤ又は対電極の少なくとも一部分を電解質から絶縁するように構成された誘電体層を含む。ワイヤ及び対電極は、センサから電圧を受け取るように構成されている。電圧は、ワイヤと対電極との間に電流を生成する。電流は、パラメータが所定の範囲外であるとき、ワイヤ、対電極、又はそれらの両方において電気化学反応を引き起こす。電気化学反応は、ワイヤの腐食を引き起こし、それは、ワイヤのコンダクタンスを低下させる。コンダクタンスの値は、パラメータが所定の範囲外であったときの発生の数に対応する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
本明細書の一部に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を示し、説明と共に本開示の原理を説明する役割を果たす。
【0008】
【図1】実施形態による、センサシステムの概略図を描写する。
【0009】
【図2】実施形態による、センサシステムのメモリの概略図を描写する。
【0010】
【図3A】実施形態による、異なる入力電圧Ｖｉｎ値での、時間に対するワイヤを通る電流Ｉｗｉｒｅを示すグラフを描写する。
【0011】
【0012】
【図4】実施形態による、異なる電圧値Ｖｉｎでの、時間に対するワイヤを通る電流（Ｉｗｉｒｅ）を示すグラフを描写する。
【0013】
【図5A】実施形態による、異なる入力電圧Ｖｉｎに対する電流Ｉｗｉｒｅを示すグラフを図示する。
【0014】
【図5B】実施形態による、入力電圧Ｖｉｎの関数としての電流Ｉｗｉｒｅの５％減少に必要とされる時間を示すグラフを図示する。
【0015】
【図5C】実施形態による、入力電圧Ｖｉｎに対する平均電流Ｉｃｏｒｒを示すグラフを図示する。
【0016】
【図5D】実施形態による、入力電圧Ｖｉｎに対するワイヤの完全腐食に必要とされる総電荷を示すグラフを図示する。
【0017】
【図6A】実施形態による、センサ及びメモリを含む別のセンサシステムを図示する。
【0018】
【図6B】実施形態による、別のセンサシステムを図示する。
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
ここで、本教示の例示の実施形態を詳細に参照し、この実施例を添付図面に示す。可能な限り、同じ参照番号が、同じ、類似、又は同様の部分を指すように図面全体にわたって使用される。
【0021】
本開示は、所定の範囲の外側（例えば、極端なセンサ測定値）にあるセンサによる１つ以上の測定値の発生を記録することができる低電力、低コストセンサシステムに向けられている。これにより、ユーザは、例えば、測定装置（例えば、ＲＦＩＤ読み取り機）で測定値を読み取り、個別の電池を必要とせずに電流センサ測定値及び過去のセンサ測定値の両方を得ることが可能になる。
【0022】
本明細書に開示されるセンサシステムは、能動センサシステム、受動センサシステム、及び非電気センサシステム（測定されたパラメータが閾値を横切るときに変化する特性を有する）の利点を提供し得る。例えば、センサシステムは、センサ測定値が所定の範囲外であった過去の発生を含むセンサ履歴の無線電子監視を可能にし得る。センサシステムはまた、既存のＲＦＩＤチップに既に存在するものを超えて、個別の電池又はエネルギーハーベスティング要素を必要としない。更に、センサシステムは、電圧を出力する任意のセンサとインターフェースすることができる（すなわち、カスタムセンサが、このセンサシステムと共に働くために特別に開発されなくてもよい）。そのうえ更に、センサシステムは、現在及び次世代の無線通信プロトコルの両方とインターフェースすることができる（すなわち、プロトコル非依存）。
【0023】
図１は、実施形態による、センサシステム１００の概略図を描写する。センサシステム１００は、例えば、医薬品サプライチェーン、電子製品及び／又は消費財、環境監視、壁内／ビル内漏れ検出、などに使用され得る。センサシステム１００は、１つ以上のパラメータを測定するように構成されているセンサ１１０を含み得る。パラメータは、それと関連付けられた値を有する物理的属性であってもよく、又はそれを含んでもよい。より具体的には、パラメータは、温度、圧力、湿度、水分、振動、衝撃、光、酸素、気体の圧力又は濃度、ｐＨ、塩分、１つ以上の溶解イオンの濃度、１つ以上の小分子の濃度、又は１つ以上の生体分子（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、タンパク質、炭水化物、脂質）の濃度であってもよく、又はこれらを含んでもよい。パラメータは、物体１３０に関連し得る。一実施例では、物体１３０は、冷凍されたままであることを意図した食品のパッケージであってもよく、センサ１１０は、冷凍されたままであるかどうかを監視するために食品のパッケージの温度を測定するように構成され得る。
【0024】
センサシステム１００はまた、センサ１１０に接続されたメモリ（メモリ要素とも呼ばれる）１２０を含み得る。メモリ１２０は、センサ１１０によって測定されたパラメータを記録する（例えば、記憶する）ように構成され得る。より具体的には、メモリ１２０は、センサ１１０によって測定されたパラメータが所定の範囲外であるときに、パラメータを記録するように構成されてもよい。あるいは、メモリ１２０は、偏倚の正確な値又は程度を記録してもしなくても、センサ偏倚（すなわち、センサ１１０によって測定されたパラメータが所定の範囲外であること）の発生を記録するように構成されてもよい。上記の例を続けると、メモリ１２０は、パラメータ（例えば、温度）が上側閾値（例えば、０℃）を超えるときを記録するように構成されてもよい。メモリ１２０はまた、又は代わりに、パラメータ（例えば、温度）が下側閾値を下回るときに記録するように構成されてもよい。少なくとも１つの実施形態では、複数のメモリ要素１２０を同じセンサ１１０に接続して、複数の上側及び／又は下側センサ制限を監視することができる。
【0025】
図２は、実施形態による、センサシステム１００のメモリ１２０の概略図を描写する。メモリ１２０は、電気化学セルであってもよく、又は電気化学セルを含んでもよい。メモリ１２０は、ワイヤ２１０、対電極２２０、及び電解質２３０を含み得る。ワイヤ２１０は、長さを画定する導体であってもよく、又はそれを含んでもよく、長さは、閉じた周囲に形成可能であり得る。ワイヤ２１０は、ワイヤ２１０の特性を変化させる電気化学反応を起こすことができる。特性は、それと関連付けられた値を有するワイヤ２１０の物理的属性であってもよく、又はそれを含んでもよい。特性（その物理的属性）は、パラメータ（その物理的属性）と異なってもよい。例えば、特性は、抵抗／コンダクタンス、インピーダンス、キャパシタンス、インダクタンス、色、又はこれらの組み合わせであってもよく、又はそれらを含んでもよい。ワイヤ２１０は、金属又は半導体であってもよく、金属、有機半金属、無機半金属、有機半導体、高分子半導体、及び無機半導体を含むことができる。より具体的には、ワイヤ２１０は、銀、銅、アルミニウム、シリコン、ニッケル、炭素、これらの合金、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。あるいは、ワイヤ２１０は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを含んでもよい。本明細書で使用するとき、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、２つのイオノマーの高分子混合物であるか、又はそれを含み得るポリ（３、４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸を指す。一実施例では、ワイヤ２１０は、約２０μｍ～約５００μｍの幅を有する印刷された銀ワイヤであってもよく、又はそれを含んでもよい。ワイヤ２１０は、とりわけ、様々な印刷技法（例えば、インクジェット、グラビア、フレキソ、スクリーン、ゼログラフィ、レーザ、など）、電着、無電解堆積、スパッタリング、蒸着、及びラミネーションを含む、多種多様なアプローチを使用して、基材上に製造することができる。
【0026】
対電極２２０は、ボルタンメトリック分析又は電流が流れる他の反応用のマルチ（例えば、３つの）電気化学セル内の電極であってもよく、又はそれを含んでもよい。対電極２２０は、酸化又は還元され得る材料であってもよく、又はこれを含んでもよい。あるいは、対電極２２０は、電解質２３０又は電解質２３０に溶解された種が酸化又は還元されることを可能にする集電体として機能してもよい。対電極２２０は、フェリシアニド／フェロシアニド、ヨウ化物、三ヨウ化物、ビオロゲン及びその派生物、ビオロゲン及びその派生物、金属及びそれらの塩（例えば、銀、アルミニウム、金、銅、ニッケル）、酸化還元活性無機固体（例えば、プルシアンブルー、インターカレーション材料、金属酸化物、金属リン酸塩）を含む、広範囲の酸化還元活性物質を含み得る。一実施例では、対電極１２０は、印刷されたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳであってもよく、又はこれを含んでもよい。
【0027】
電解質２３０は、イオンを含有し、電気分解によって分解することができる液体又はゲルであり得る。電解質２３０は、溶解塩（例えば、ＮａＮＯ３、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、及びその他）を有する水、溶解塩を有する有機溶媒、溶解塩を有するポリマー、イオン伝導性無機固体、イオン性液体、又はこれらの混合物若しくは複合物であってもよく、又はそれらを含んでもよい。例えば、電解質２３０は、硝酸でｐＨ約３に調整された水中の０．１ＭＮａＮＯ３であってもよく、又はそれを含んでもよい。
【0028】
一実施形態では、電解質２３０の導電率は、測定されたパラメータ（例えば、湿度、水分、温度、など）の関数であってもよく、腐食電流Ｉｃｏｒｒはまた、入力電圧Ｖｉｎの変化の代わりに又はそれに加えて、電解質２３０の導電率の変化を介して制御されてもよい。腐食電流Ｉｃｏｒｒ及び入力電圧Ｖｉｎは、以下でより詳細に説明される。
【0029】
膜２５０は、ワイヤ２１０と対電極２２０との間に配置され得、電解質２３０の２つの別個の領域間の少なくともいくつかのイオンの流れを許容する。膜２５０は、薄い、軟質の、柔軟なシート又は層であってもよく、又はそれを含んでもよい。例えば、膜２５０は、イオン選択性膜、イオン伝導性ガラス、又はポリマー膜であってもよく、又はそれを含んでもよい。
【0030】
誘電体層２６０を使用して、電解質２３０からワイヤ２１０及び／又は対電極２２０のリード線を絶縁することができる。誘電体層２６０は、印加された電界によって分極され得る電気絶縁体であってもよく、又はそれを含んでもよい。誘電体層２６０は、電解質２３０がリード線に到達することを阻止する任意の好適な有機又は無機材料であってもよく、又はそれを含んでもよい。例えば、誘電体層２６０は、ワイヤ２１０のリード線を電解質２３０から絶縁するために使用されるテープであってもよく、又はこれを含んでもよい。別の実施例では、誘電体層２６０としてポリマーコーティング又はプラスチック積層体を使用することができる。
【0031】
センサ１１０は、測定されたパラメータ（例えば、温度）の関数であり得る電圧を出力してもよい。出力電圧は、パラメータに正比例するか、反比例するか、又はパラメータ上の非線形様式に依存してもよい。センサ１１０からの電圧は、図２に示すように、入力電圧（Ｖｉｎ）としてメモリ１２０に受け取られ得る。上記実施例では、物体１３０の温度が上昇するにつれて、入力電圧Ｖｉｎも上昇し、物体１３０の温度が低下するにつれて、入力電圧Ｖｉｎも低下する。別の例では、物体１３０の温度が上昇するにつれて、入力電圧Ｖｉｎが低下し、物体１３０の温度が低下するにつれて、入力電圧Ｖｉｎが増加する。入力電圧Ｖｉｎは、ワイヤ２１０及び対電極２２０に接続され得る（例えば、間に）。
【0032】
入力電圧Ｖｉｎは、ワイヤ２１０と対電極２２０との間に電流（Ｉｃｏｒｒ）を生じさせ得る。電流Ｉｃｏｒｒの少なくとも一部（例えば、電子の正味の流れ）は、ワイヤ２１０及び対電極２２０における電気化学反応に関与し得る。これらの電気化学反応は、抵抗／コンダクタンス、インピーダンス、キャパシタンス、インダクタンス、色、又はこれらの組み合わせを含む、ワイヤ２１０の測定可能な特性を変化させ得る。電気化学反応の速度は、入力電圧Ｖｉｎ、したがって測定されたパラメータ（例えば、温度）に依存する。
【0033】
ワイヤ２１０及び対電極２２０で発生する半反応の任意の組み合わせについて、半反応の速度が無視できる入力電圧Ｖｉｎの範囲が存在する。この範囲の負（例えば、ワイヤで発生する酸化反応の場合）又は正（例えば、ワイヤで発生する還元反応の場合）である入力電圧Ｖｉｎでは、電気化学反応の速度は無視できないものであり、ワイヤの特性の変化が発生する。このため、この無視できない電圧範囲で入力電圧Ｖｉｎをもたらす測定されたパラメータは、所定の範囲外であると定義される。所与のセンサ１１０及びメモリ１２０について、パラメータの所定の範囲は、センサ入力の極性を反転させることによって（すなわち、センサの正端子をＶ－ｉｎの負端子に接続する）、及び／又はセンサ１１０と直列に一定電圧源を加えることによって（以下に説明され、図６Ｂ及び図６Ｃに描写されるように）、パラメータの所定の範囲をシフトさせることができる。
【0034】
一実施形態では、第１の半反応は、金属の酸化（例えば、Ａｇ＝＞Ａｇ＋＋ｅ－又はＣｕ＝＞Ｃｕ２＋＋２ｅ－）であってもよく、又はそれを含んでもよいワイヤ２１０で／において発生し得る。別の実施形態では、ワイヤ２１０で発生する半反応は、ワイヤ２１０内のキャリア移動度の不可逆的変化をもたらす酸化又は還元を含み得、例えばＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの過酸化などである。更に別の実施形態では、ワイヤ２１０で発生する半反応は、ガス気泡を生成することができ、この気泡は、今度はワイヤ２１０を機械的に損傷し、その導電率を低減する。更に別の実施形態では、ワイヤ２１０で発生する反応は、ワイヤ２１０の特性を変化させる電気めっき又は電着反応であってもよい。加えて、いずれかの酸化又は還元反応であってもよく、又はそれを含んでもよい、第２の半反応が対電極２２０で／において発生する場合がある。例示的な還元反応は、ＰＥＤＯＴの還元（ＰＥＤＯＴ＋＋ｅ－＜＝＝＞ＰＥＤＯＴ）と、それに続く還元されたＰＥＤＯＴの酸素との不可逆的反応（酸性媒体において、４ＰＥＤＯＴ＋Ｏ２＋４Ｈ＋＝＞４ＰＥＤＯＴ＋＋２Ｈ２Ｏ及び２ＰＥＤＯＴ＋Ｏ２＋２Ｈ＋＝＞２ＰＥＤＯＴ＋＋Ｈ２Ｏ２）であり得、又はそれを含み得る。
【0035】
電流Ｉｃｏｒｒ及び／又は半反応は、ワイヤ２１０内の金属腐食を引き起こし得る。ワイヤ２１０内の金属腐食は、メモリ１２０の１つ以上の特性を変化させ得る。例えば、ワイヤ２１０内の金属腐食は、ワイヤ２１０の１つ以上の特性を変化させ得る。変化するワイヤ２１０の特性は、例えば、抵抗、コンダクタンス、インピーダンス、キャパシタンス、インダクタンス、色、又はこれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得る。例えば、ワイヤ２１０の金属腐食が増加すると、ワイヤ２１０の抵抗が増加し、ワイヤ２１０のコンダクタンスが減少し得る。
【0036】
このため、測定されたパラメータが所定の範囲外（例えば、０℃超）であるとき、センサ１１０から受け取られる入力電圧Ｖｉｎは、メモリ１２０内の１つ以上の半反応を引き起こす電流Ｉｃｏｒｒを生成し得る。半反応は、ワイヤ２１０を腐食させ得る。腐食は、ワイヤ２１０の特性を変える（例えば、抵抗を増加させる及び／又はコンダクタンスを減少させる）。
【0037】
次いで、ユーザは、メモリ１２０の特性を測定することができる。例えば、ユーザは測定装置（例えば、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）回路）２４０をワイヤ２１０に接続して、ワイヤ２１０を通る電流（Ｉｗｉｒｅ）を測定して、ワイヤ２１０の抵抗及び／又はコンダクタンスを判定することができる。以下により詳細に記載されるように、測定された特性（例えば、抵抗及び／又はコンダクタンス）が、測定されたパラメータの現在及び／又は過去の発生が所定の範囲外であることを示し得る。
【0038】
より具体的には、図３Ａは、実施形態による、異なる入力電圧Ｖｉｎ値での、時間に対するワイヤ２１０を通る電流Ｉｗｉｒｅを示すグラフ３００を描写する。図３Ａに示す例では、測定装置２４０は、対電極２２０に印加される入力電圧Ｖｉｎが変化している間に、ワイヤ２１０を横切って１０ｍＶのバイアス電圧を印加する。ワイヤ２１０を通る電流Ｉｗｉｒｅは、Ｖｉｎ＝０．０、Ｖｉｎ＝－０．１、及びＶｉｎ＝－０．５Ｖでは比較的一定のままである。しかしながら、ワイヤ２１０を通る電流Ｉｗｉｒｅは、Ｖｉｎ＝－１．０Ｖで急速に減少した（例えば、０ｍＡまで）。値Ｖｉｎ＝０．０、Ｖｉｎ＝－０．１、及びＶｉｎ＝－０．５Ｖは、測定されたパラメータが所定の範囲内にあることに対応し、値Ｖｉｎ＝－１．０Ｖは、測定されたパラメータが所定範囲外であることに対応する。
【0039】
図３Ｂは、実施形態による、より長い期間にわたって拡張された図３Ａのグラフ３００を示すグラフ３５０を描写する。グラフ３５０は、電流Ｉｗｉｒｅが０ｍＡに降下した後に、Ｖｉｎ＝０Ｖ及びＶｉｎ＝０．５Ｖの印加を含む。見られるように、Ｖｉｎ＝０Ｖ及びＶｉｎ＝０．５Ｖの印加は、電流Ｉｗｉｒｅが０ｍＡのままであるため、ワイヤ２１０のコンダクタンスを増加させない。結果として、ユーザが測定装置２４０からの読み取り値を見るとき（例えば、グラフ３５０において）、ユーザは、ワイヤ２１０の低下したコンダクタンスにより、パラメータがセンサ１１０によって少なくとも１回所定の範囲外で測定されたと結論付けることができる。
【0040】
この例では、ワイヤ２１０のコンダクタンスの減少は、実質的に不可逆的である。ワイヤ２１０のコンダクタンスの不可逆的変化は、２つの方法、１）銀イオンと反応して、銀ワイヤ２１０から電気的に絶縁された酸化銀化合物を堆積させる電解質２３０を選択し、それにより後で金属銀に還元されるのを防止することによって、及び２）不可逆的対電極反応を使用して電圧反転中の逆方向電流を制限すること、で得ることができる。
【0041】
図４は、ワイヤ２１０のコンダクタンスの変化が可逆的である、異なる例の結果を示す。より具体的には、図４は、実施形態による、異なる電圧値Ｖｉｎでの、時間に対するワイヤ２１０を通る電流Ｉｗｉｒｅを示すグラフ４００を描写する。図４の例は、対電極２２０での可逆的酸化還元反応（例えば、３Ｉ－＜＝＞Ｉ２＋Ｉ－＋２ｅ－）を伴う。
【0042】
図示のように、Ｖｉｎ＝－０．２Ｖの入力電圧が、時間＝０分で印加されている。これは、図３Ａ及び図３Ｂのように、ワイヤ２１０を通る電流Ｉｗｉｒｅを０ｍＡに急速に減少させる。しかしながら、より高い入力電圧Ｖｉｎが印加されるとき、ワイヤ２１０のコンダクタンスの減少は、少なくとも部分的に逆転され得る。より具体的には、時間＝２０分におけるＶｉｎ＝＋０．６Ｖの後続入力電圧は、電流Ｉｗｉｒｅを約０．６ｍＡに増加させる。このため、図３Ａ及び図３Ｂに示される例とは異なり、図４のワイヤ２１０のコンダクタンスは、少なくとも部分的に可逆的である。Ｖｉｎ＝－０．２Ｖの別の入力電圧が時間＝４０分で印加され、電流Ｉｗｉｒｅを再び０ｍＡまで急速に減少させる。時間＝８０分でのＶｉｎ＝＋０．６Ｖの別の入力電圧は、電流Ｉｗｉｒｅを約０．３ｍＡに増加させる。
【0043】
この例では、値Ｖｉｎ＝＋０．６Ｖは、測定されたパラメータが所定の範囲内であることに対応し、値Ｖｉｎ＝－０．２Ｖは、測定されたパラメータが所定の範囲外であることに対応する。例えば、Ｖｉｎ＝－０．２Ｖの入力電圧がコンダクタンス及び電流Ｉｗｉｒｅを減少させた後、Ｖｉｎ＝＋０．６Ｖの後続の入力電圧は、ワイヤ２１０上にめっきを発生させ得、これはコンダクタンス及び電流Ｉｗｉｒｅを増加させ得る。
【0044】
加えて、図４に見られるように、対電極２２０での酸化還元反応が逆転するたびに、電流Ｉｗｉｒｅは増加するが、前の時間よりも小さい値になる。例えば、電流Ｉｗｉｒｅは、第１の酸化還元反応の反転後に約０．６ｍＡまで増加し、第２の酸化還元反応の反転後に約０．３ｍＡまで増加する。少なくとも１つの実施形態において、電流Ｉｗｉｒｅの値は、パラメータ（例えば、温度）が所定の範囲外（例えば、０℃を超える）で測定される回数に直接対応し得る。例えば、Ｉｗｉｒｅ＝０．６ｍＡの値は、パラメータが所定の範囲外で１回測定されたことを示してもよく、Ｉｗｉｒｅ＝０．３ｍＡの値は、パラメータが所定の範囲外で２回測定されたことを示してもよく、Ｉｗｉｒｅ＝０．２ｍＡの値は、パラメータが所定範囲外で３回測定されたことを示してもよい、等々。
【0045】
図５Ａ～図５Ｄは、メモリ１２０の腐食速度及び電力消費の電圧依存性を示す。より具体的には、図５Ａは、実施形態による、異なる入力電圧Ｖｉｎに対する電流Ｉｗｉｒｅを示すグラフ５１０を図示する。図５Ｂは、実施形態による、入力電圧Ｖｉｎの関数としての電流Ｉｗｉｒｅの５％減少に必要な時間を示すグラフ５２０を図示する。図５Ｃは、実施形態による、入力電圧Ｖｉｎに対する平均電流Ｉｃｏｒｒを示すグラフ５３０を図示する。図５Ｄは、実施形態による、入力電圧Ｖｉｎに対するワイヤ２１０の完全な腐食に必要とされる総電荷を示すグラフ５４０を図示する。
【0046】
図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、腐食速度は入力電圧Ｖｉｎの強い関数があり、銀ワイヤ２１０は、入力電圧Ｖｉｎ＝－０．５Ｖで３，３００秒内、及び入力電圧Ｖｉｎ＝－０．７５Ｖで３４０秒内にそのコンダクタンスの約５％を失った。この強い電圧依存性は、センサシステム１００が高感度の不可逆閾値センサとして使用されるのを可能にし、適度のセンサ出力電圧はコンダクタンスの減少をほとんど又は全くもたらさず、わずかに極端なセンサ出力が、デバイスコンダクタンスの急速かつ不可逆的変化を引き起こす。スイッチング／腐食の相対的な速度は、入力電圧Ｖｉｎと対電極２２０との間に抵抗器２７０を追加することによって、メモリ１２０の幾何学的形状を調整することによって、及び／又は伝導性電解質２３０を変更することによって、更に調整することができる。抵抗器２７０は、約１０オーム～約１０Ｍオームの抵抗を有し得る。
【0047】
更に、メモリ１２０の電流消費は、測定されたパラメータが所定の範囲内であったことを示す入力電圧Ｖｉｎにおいて、極めて低く（例えば、＜２００ｎＡ）、そのため、抵抗の変化がほとんど発生しなかった。上記実施例では、これらの入力電圧Ｖｉｎは、約０．０≧Ｖｉｎ≧－０．５Ｖ）である。入力電圧Ｖｉｎが、ワイヤ２１０の腐食を可能にするために十分に負であった場合、消費電流は入力電圧Ｖｉｎの減少と共に増加し、平均電流は５～５０μＡの範囲であった。図５Ｄに示すように、銀ワイヤ１２０を完全に腐食させるために必要とされる総電荷は、適度の入力電圧Ｖｉｎ（例えば、－０．７５Ｖ～－０．９Ｖ）について１０～３０μＡｈでほぼ一定であり、副反応による追加の電流消費のため、より負の入力電圧Ｖｉｎで１ｍＡｈに近づいた。このため、電力消費は、最小及び／若しくは最大入力電圧Ｖｉｎを制限することによって、及び／又は副反応を最小限に抑える電極材料及び電解質１３０を選択することによって、これらの副反応を制限するようにセンサシステム１００を設計することによって制御することができる。アクティブ及び非アクティブ入力電圧の両方における電流消費の更なる改善は、デバイスの小型化を介して達成することができる。
【0048】
図６Ａは、実施形態による、センサ６１０及びメモリ６２０を含む別のセンサシステム６００Ａを図示する。メモリ６２０は、電気化学セルであってもよく、又は電気化学セルを含んでもよい。メモリ６２０は、上述のメモリ１２０と同様であってもよい。メモリ６２０は、センサ６１０並びに測定及び通信回路６１２によって共有される共通接地に接続されている。センサメモリ６２０はまた、センサ６１０の出力電圧、Ｖｏｕｔ、に接続され得る入力電圧、Ｖｉｎ、を受け入れる。センサ６１０によって測定されているパラメータが所定の範囲外であるとき、センサメモリ６２０は、センサ６１０の測定及び通信回路６１２によって測定され得る電気特性の測定可能な変化を起こす。測定及び通信回路６１２は、センサメモリ６２０の特性を測定するために断続的に電源投入することができる。これは、センサメモリ６２０のＶｍｅａｓ端子に印加される電圧（ＡＣ又はＤＣ）測定（Ｍｅａｓ）を提供することによって達成される。センサメモリ６２０の電気的特性の変化は、測定（Ｍｅａｓ）から流れる電流の変化、又は到達する充電／放電電圧のための時定数の変化から推定することができる。
【0049】
図６Ｂは、実施形態による、別のセンサシステム６００Ｂを図示する。この実施形態では、センサシステム６００Ｂは、任意選択の電圧オフセットセル６３０と直列に配置された１つ以上の電気化学セル（２つが示されている：６２０Ａ及び６２０ Ｂ）を含み得る。電気化学セル６２０Ａ、６２０Ｂは、刺激依存開回路電圧を呈するように具体的に選択されている。例えば、電気化学セル６２０Ａ、６２０Ｂの一部として、高度に温度依存性の酸化還元電位を有する酸化還元対（例えば、フェロシアン化物／フェリシアン化物）を選択することによって、各セル６２０Ａ、６２０Ｂの電圧は温度の関数であり得る。例えば、電気化学セル６２０Ａ、６２０Ｂ Ａｇ／ＡｇＣｌ／３Ｍ ＮａＣｌ／／１０ｍＭ Ｋ３ＦｅＣＮ６、１０ｍＭ Ｋ４ＦｅＣＮ６、０．１Ｍ ＮａＣｌ／Ｐｔは、２５４ｍＶ－（１．６８ｍＶ／℃）（Ｔ－２５℃）の開回路電圧を示し、Ｔは、℃の温度である。
【0050】
図６Ｃは、異なるオフセット電圧及び回路極性が使用されるときの、図６Ｂのセンサシステム６００Ｂの総出力電圧を示すグラフ６５０を図示する。例えば、線６５１は、１０個の温度感知セル６２０Ａ、６２０Ｂなど、接地に接続された負極、及びＶｏｆｆｓｅｔ＝－３．５Ｖのオフセット電圧を備えた回路の出力電圧を示す。図２のメモリ１２０に接続されている場合、線６５１によって説明されるセンサは、Ｔ＞約１２℃で腐食を誘発する。
【0051】
より高い又は低い開始温度は、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔを変更することによって達成することができる。例えば、線６５２は、線６５１と同じセルに対応するが、－３．２Ｖのオフセット電圧を有する。これは、開始温度を約３０℃に上昇させる。一方、下限温度に達したときに腐食を誘発するセンサはまた、温度感知セル（接地に接続された正極）の極性を反転させることによって調製することができる。例えば、線６５３及び６５４は、１０個の温度感知セルで、それぞれ＋２Ｖ及び＋１．７Ｖのオフセット電圧で構成されたセンサ回路に対応する。図２のメモリ１２０に接続された場合、これらのセンサは、それぞれ、Ｔ＜約１２℃及び＜約３０℃で腐食を誘発する。一実施形態では、線６５６の下のメモリ入力電圧は、抵抗の測定可能な変化につながる可能性がある。
【0052】
本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるが、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、それぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。更に、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含される任意の及び全ての小範囲を包含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、０の最小値と１０の最大値との間の（０の最小値と１０の最大値とを含む）任意の及び全てのサブ範囲、すなわち、０以上の最小値及び１０以下の最大値を有する任意の及び全てのサブ範囲、例えば、１～５を含み得る。
【0053】
本教示は、１つ以上の実装態様に対して示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、示された実施例に対して変更及び／又は修正が行われ得る。例えば、プロセスが一連の行為又は事象として説明されているが、本教示は、そのような行為又は事象の順序によって限定されないことが理解され得る。いくつかの行為は、本明細書に記載されるものとは異なる順序で、及び／又は別の他の行為若しくは事象と同時に生じ得る。また、全てのプロセス段階が、本教示の１つ以上の態様又は実施形態に従う方法を実装するのに必要とされ得るわけではない。構造的物体及び／若しくは処理段階が追加され得るか、又は既存の構造的物体及び／若しくは処理段階が除去若しくは修正され得ることが理解され得る。更に、本明細書に描写される行為のうちの１つ以上は、１つ以上の別個の行為及び／又は局面において実行されてもよい。更に、用語「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「有する（with）」、又はこれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「含む（comprising）」と同様の手法での包含であることが意図される。「少なくとも１つの」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するように使用される。更に、本明細書における説明及び特許請求の範囲において、２つの材料に対して使用される「上」という用語、他方「上」の一方は、材料間の少なくとも一部の接触を意味し、一方、「の上」は、材料が、近接しているが、場合によっては、接触が可能であるが必要とされないように、１つ以上の追加の介在材料に近接していることを意味する。「上（on）」又は「の上（over）」のいずれも、本明細書で使用される際に任意の指向性を暗示しない。「共形」という用語は、下にある材料の角度が共形材料によって維持される被覆材料を説明する。「約」という用語は、変更が、示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合とならない限り、列挙される値が少し変更され得ることを示す。「連結する」、「連結されている」、「接続する」、「接続」、「接続されている」、「接続して」、及び「接続している」という用語は、「直接接続する」又は「１つ以上の中間要素又は部材を介して接続する」ことを指す。最後に、「例示の」又は「例示的な」という用語は、説明が理想的であることを意味するのではなく一例として使用されることを示す。本教示の他の実施形態は、本明細書及び本明細書での本開示の慣行を考慮して当業者に明らかであり得る。本明細書及び実施例は、単に例示として見なされることが意図され、本教示の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】