專利名稱：含碳納米管的化學傳感器、其制備方法和其用途的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣態(tài)化學物質并且尤其是有毒氣態(tài)化學物質的檢測、鑒定和定量的領域。本發(fā)明更特別是涉及包含官能化多層碳納米管并容許這種檢測、鑒定和定量的化學傳感器型裝置，涉及其制備方法和其用途。官能化顯示為精細的聚合物層或者碳納米管表面上的一些化學基團。
背景技術：
在大氣中有毒化學物質的檢測在民用或職業(yè)生活中都對我們安全是重要的保證。 而且對于大量的化學試劑已經(jīng)建立了受限的平均暴露值。在這種背景下，開發(fā)實施化學傳感器，即將化學信息轉換成有用的分析信號，因此變得絕對必要。然而，嚴格的約束條件限制著這種化學傳感器的生產(chǎn)，后者必須同時是靈敏的和選擇性的。實際上，傳感器應該對于目標化學劑是非常靈敏的，即能夠傳送對低于限制含量的含量(根據(jù)氣體不同是PPm或ppb級)的響應。傳感器也應該是選擇性的，即應該能夠辨別區(qū)分出幾種化學劑。對于這些基本的約束限制，其它更次要的問題可能會加入到規(guī)格表中。因此，優(yōu)選-傳感器具有較低的笨重度，換句話說，其可以微型化，以便在需要分析的介質中進行直接分析而不是進行取樣分析；-傳感器應該生產(chǎn)簡單以便具有盡可能低的成本；-在操作期間傳感器應該消耗很少的能量而提高便利性；-傳感器可以被多次使用(傳感器的可逆性原理)。許多有毒氣體被傳感器型的裝置目標揮發(fā)性有機化合物、氨、氮氧化物、氯化化合物、甲基膦酸二甲酯(DMMP)、氫、甲烷...。本領域關于此后提出的化學劑的傳感器描述更特別地涉及容許檢測氯氣的裝置和基于碳納米管的傳感器。氯濃度可以導致生命和健康立即呈現(xiàn)危險的值約lOppm。氯的限制權重暴露 (8h暴露/工作日)對于某些公共機構如委員會德拉桑特等德拉安全部門特拉維爾(the Commission de la Santeet de la Securitedu Travail)(職業(yè)健康安全委員會)(加拿大組織)已經(jīng)評價為500ppb。這就是為什么需要確保這些氣體檢測濃度在幾百個ppb級別或甚至更低的原因。一般而言，化學劑傳感器包含兩種主要組分識別系統(tǒng)和信號轉換器。它們都根據(jù)其轉換方法而進行分類電、熱、電化學、光、質量或磁轉換而影響健康、環(huán)境、工業(yè)和國防市場四種不同類型的市場。不同氯敏感傳感器已經(jīng)存在可以提及的有電位傳感器、離子化傳感器、光化學傳感器和源自半傳導材料的電阻型傳感器。
電位傳感器基于制作固體電解質，例如SrCl2-KCl或PbCl2-KCl或BaCl2KCl。這種傳感器的工作原理基于電位的測定，這種電位根據(jù)氯含量不同而變化。典型地，這些傳感器的響應針對超過Ippm的濃度范圍進行研究。這種類型的傳感器的主要缺陷因此是其靈敏度較低。而且即使檢測報告在某些條件下是在室溫[1]，該系統(tǒng)通常會被加熱至典型地超過 300°C的溫度。離子化傳感器的原理包括在氯穿過靠近電子源(熱離子發(fā)射)時而離子化氯。 氯含量可以從所收集的電流中估計。采用這種技術，就可以檢測非常低的氯含量，低于 lOOppb，而與溫度和濕度無關。然而，這種方法的缺點是測定方法的不可便攜性，阻礙了原位測定。光化學傳感器的原理基于對所檢測氣體敏感的薄膜的光學性質的研究，這些薄膜可以對單種氣體尤其敏感(選擇性傳感器原理)。在敏感薄膜的氣體吸附或反應導致其熒光或吸光性在特定波長發(fā)生有效變化。采用吸光度或熒光的變化速率，就可以追溯所研究的化學劑的濃度。在氯的具體情況下，成形的敏感薄膜可以是苯基卟啉、鄰甲苯胺、三聯(lián)吡啶基釕絡合物或者是包含特定分子或離子(Br_，r)的納米多孔膜[2]。采用這些光化學裝置，就可以檢測低含量的氯，低至50ppb[2]。而且，讓我們注意到檢測在室溫下進行。這種類型傳感器的缺陷在于尤其是包含敏感膜、二極管和檢測器的完整設備的生產(chǎn)成本。對于源自半導體的電阻型傳感器，測定的是容許檢測氣態(tài)試劑的裝置電阻。這是一種文獻中最經(jīng)常遇到的，尤其是檢測氯的化學傳感器類型。在半導體表面上氣體的吸附可以誘導導致載流子產(chǎn)生和系統(tǒng)電導率改變的電荷傳遞。敏感層可以是有機半導體如金屬酞菁或其它金屬氧化物半導體如化03、103或51102?；诎雽w的檢測器是對氯非常敏感的裝置。文獻報道的裝置具有非常低的檢測閾值低至50ppb[3]。然而，讓我們注意到，當這類檢測器被加熱典型地高于150°C的溫度下時檢測才能變得有效。它們在室溫下并不工作的事實是其主要缺點。而且，注意到，在氯的這種具體情況下，從未提及這種類型傳感器的選擇性。總之，在以上描述的不同裝置中，其中沒有任何一個總體上滿足前述所建立的標準。幾年以來，一種非常具有前景的材料，碳納米管，作為化學傳感器中的敏感組分已經(jīng)用于許多研究中?；谔技{米管的裝置受益于該材料的奇特性質。首先，碳納米管具有非常大的比表面積，這可以獲得1，500m2/g而由此提供用于與環(huán)境氣氛發(fā)生相互作用的非常大的表面。 其次，碳納米管具有非常高的電導率，其電導率證明對其表面上分子的吸附極度敏感，并因此更通常是對其環(huán)境極度敏感。這些性質的組合致使碳納米管作為化學傳感器敏感組分是非常有意義的材料。另外，小尺寸的碳納米管有助于制成微型化裝置。許多類型基于納米管的化學傳感器都列于文獻中。這些可以是基于CNTFET (碳納米管場效應晶體管)原理的傳感器、基于體系電阻測定的電阻型傳感器、聲學傳感器、測定
阻抗的傳感器、離子化傳感器.......僅基于碳納米管的CNTFET型和電阻型的傳感器將在
此后進行解釋，這兩種類型都最接近于本發(fā)明。第一方法包括將碳納米管(單壁或多壁)分散于傳感陣列中。工作原理與電阻型半導體傳感器(測定體系電阻變化)相同。研究的基質是氧化錫(SnO2),或聚合物(PMMA，聚苯乙烯)或其它鎢氧化物(WO3) W，5]。通過這些裝置檢測的氣體是二氧化氮(NO2)、四氫呋喃(THF)、氯代甲烷和其它揮發(fā)性有機化合物(VOC)。通過將裝置與對照(沒有任何納米管)比較，看起來包含納米管的傳感器，尤其是在靈敏度方面是更具競爭性的W]。在室溫下觀察到的檢測閾值可以最好達到低于Ippm(對于文獻中NO2為500ppb[5])。另一方法所關注的是在“傳感器”裝置中直接合成碳納米管。這種類型傳感器的原理如專利申請US 2007/0145356[6]中所示；然而，在該文獻中沒有顯示通過這種裝置的方式的檢測實施例。在該類型的裝置中，生長可以控制而使之通過光刻(lithography)獲得提供兩金屬電極之間的連接的獨特單層碳納米管。硅基底，可以是偏壓的，起到柵極的作用。由Konget al在2000年進行實施的有關這些裝置的最早研究，測定了室溫下對氣體環(huán)境的納米管的電導[7]。所觀察的檢測限對于NO2 *2ppm，而對于NH3為0.1%。通過使用相同類型的裝置，但是此次由Qi等人采用薄層聚乙烯亞胺覆蓋的碳納米管能夠將NO2靈敏度閾值降低至IOOppt [8]。多壁納米管也可以用作敏感組分而直接合成于裝置內(nèi)。按照相同的方式，正如在先前的段落中，多壁納米管可以橫向合成而在兩個電極之間，具有較低的密度[9]。這些傳感器，尤其是對氨敏感，具有50ppm的檢測閾值[9]。在大多數(shù)裝置中，其制作包括一個合成多壁納米管的階段，納米管的生長是大量的而由薄的催化劑層(幾個納米)在基底(Si， SiO2或Si3N4)上直接實施。體系的電阻測定通過事先沉積(在催化劑層之下)的相互交叉的電極的方式或通過使兩個金屬電極沉積在由納米管形成的薄膜上的方式進行實施。這種類型的傳感器可以進行加熱以便改善檢測性能。在文獻[10]中所示的實施例中，裝置在 165°C下工作并顯示出對二氧化氮約IOppb的非常低檢測閾值。通過這種相同的傳感器研究其它氣體，乙醇和苯，關于它們，具有更高的檢測閾值(>> lppm)。通過用相同類型的其它基團對于甲烷(CH4)和氫氣(H2)測定的檢測閾值也是非常高的(> 1，OOOppm)。在該段落中所示的裝置中，僅僅對甲烷敏感的傳感器在室溫下進行研究[11]。具有幾個步驟的第三種方式包括在第一階段實施碳納米管的合成，而隨后將其分散于溶劑中，并最后由事先獲得的分散體中將納米管沉積于印刷電極的網(wǎng)絡中，隨后電極之間的電阻漸進演化容許通過該研究目標污染物檢測。包含單壁納米管聚集物而實現(xiàn)相互交叉電極之間的連接的裝置也被開發(fā)。采用這種在室溫下工作并且其中納米管用氯磺化聚乙烯聚合物覆蓋的裝置，所觀察到的氯檢測閾值保持相當高> 2ppm[12]。多層納米管也可以分散并隨后隨機沉積于電極上[13]。采用這種裝置(具有兩個電極)，Wang等報道了室溫下氨檢測在5ppm以上。我們注意到在這種第三種方式中，在傳感器形成期間沉積于電極上的碳納米管是隨機取向的。少數(shù)幾個研究采用介電泳技術按照垂直于電極的優(yōu)選方式對納米管進行排列對齊。介電泳技術包括在電極之間施加交變電場。通過采用這種多壁碳納米管的沉積方法， Suehiro等制作的裝置對于氨能夠在室溫下檢測500ppb以上[14]。幾個專利文獻具有基于測定單層碳納米管傳導的化學傳感器，納米管是作為光刻電極之間網(wǎng)絡的單個的或組織化的[15-17]。在這些文獻中，敏感層加到連接至電極的納米管。專利申請US 2006/(^63255報道了采用覆蓋有鈀顆粒的單壁納米管對于氨檢測[17]。 國際專利申請WO 2005/026694和WO 2005/062031顯示了基于用一層聚乙烯亞胺覆蓋的單壁碳納米管的CO2敏感的裝置[15，16]。聚合物通過簡單地將溶液液滴加到裝置上而進行沉積。其它官能化試劑(碳酸金屬鹽，芳族化合物，各種胺化合物...)在這些專利中也有體現(xiàn)，但是沒有與之相關的實施例。重要的是，注意到官能化試劑通過浸漬(物理吸附)進行沉積而非按照共價方式接枝于納米管上。專利US 7，312，095提出通過在后者中引起強電流流過而同時將其暴露于假定對特定氣體敏感的試劑而將集成到傳感器裝置中的單層納米管官能化[18]。然而，在后面的專利中也沒有顯示實施例。滿足先前列出的全部限制的裝置設計目前仍然保持是一個僅僅部分面對的挑戰(zhàn)。 因此，這種傳感器的生產(chǎn)是一個非常重要的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種滿足前面提及的需要和技術問題的化學傳感器型的裝置，即對化學試劑尤其是可選有毒的、氣態(tài)化學劑敏感的裝置。本發(fā)明的裝置尤其是因為甚至在室溫下是選擇性的和高度靈敏的事實而與眾不同。因此，對其增加加熱系統(tǒng)并非是絕對必要的，這種熱系統(tǒng)在能量方面是具有成本問題的。而且，本發(fā)明的裝置形成簡單。因此，通過本發(fā)明解決的整個技術問題如下-現(xiàn)有技術的傳感器可變的或甚至很低的靈敏度；-關于給定氣體現(xiàn)有技術傳感器的非選擇性；-現(xiàn)有技術的傳感器的龐大體積僅僅容許通過取樣檢測而非原位檢測；-用于檢查化學試劑的“電阻型傳感器”類型需要加熱現(xiàn)有技術傳感器；-應用于基于碳納米管的現(xiàn)有技術傳感器生產(chǎn)需采用成本高昂的光刻技術。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置是非比尋常的，因為其不僅可以用于檢測氯而且能夠檢測任何有毒與否的氣體化學化合物。本發(fā)明因此涉及用于檢測至少一種化學化合物的裝置，包括具有幾層石墨烯 (graphene)的至少一個碳納米管，其上接枝了至少一種具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1的前體的分子。有利的是，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括具有幾層石墨烯的至少2個納米管；尤其是至少10個納米管；特別是，至少50個納米管；更特別是，至少100個納米管，最特別是，至少 200個碳納米管，各納米管接枝有至少一種分子而優(yōu)選幾種分子，所述分子具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1的前體。對于“幾種分子”，在本發(fā)明范圍內(nèi)是指至少5種，尤其是至少10種，特別是至少50種而最特別是至少100種分子。本發(fā)明范圍內(nèi)采用的碳納米管是具有幾層石墨烯層的納米管。這些納米管還已知是命名為多壁納米管，多層納米管或對于“多壁納米管”的簡寫MWNT。作為有意思而非比尋常的事實，使用具有幾層官能化石墨烯層的納米管，即其表面按照共價方式已經(jīng)進行改性納米管，并沒有損害其導電性質，不像單層碳納米管那樣。本領域的技術人員意識到各種可以藉此制備這種碳納米管的技術。作為示例，可以提及的有包括碳源在金屬催化劑上熱解法并類似于CVD方法的化學方法，如尤其是國際專利申請WO 2004/000727[19]之目的的熱解方法。這種方法基于由溶解于甲苯中的二茂鐵溶液(5% )產(chǎn)生的混合液體氣溶膠的催化裂解。超聲氣溶膠發(fā)生器(Pyrosol 7901,RBI 公司，法國)或噴射器(例如，如汽車噴油嘴型)都可以使用。氬氣，使用作為載氣(1L/ min)，在加熱至850°C的石英反應器中載走氣溶膠。具有幾層石墨烯而長度幾百微米的對齊納米管，具有的直徑為十至一百納米之間，在合成之后收獲在反應器壁上。根據(jù)本發(fā)明的裝置包括的碳納米管是長納米管它們具有的長度為1 μ m 1mm， 尤其是10 μ m 800 μ m,特別是15 μ m 600 μ m而，最特別是大于或等于20 μ m。這些納米管的直徑為2 150nm，尤其是5 130nm而，特別是10 lOOnm。最后，根據(jù)本發(fā)明的裝置所包含的碳納米管有利地是退火納米管(annealed nanotube)。對于“退火納米管”是指，在本發(fā)明范圍內(nèi)，一旦制成其在惰性氣氛下經(jīng)受超過800°C的溫度，尤其是超過1，000°C，特別是超過1，500°C而更具體的是約2，000°C (即 2, OOO0C 士200°C)的溫度幾個小時的碳納米管。對于“幾個小時”是指在本發(fā)明范圍內(nèi)至少lh，尤其是至少他，尤其特別是至少1 而最特別是至少I8h。這些條件尤其是在此后的方法的步驟(a)期間應用的那些條件。采用這種有利地在爐子中實施的退火，就可以獲得無任何合成副產(chǎn)物如基于鐵并更好地結晶的催化性材料的納米管，因為它們具有更大長程 (long-range)的結構次序?；谕嘶鸺{米管的傳感器具有非常好的結構性質，這相比于粗制納米管(crude nanotube)，即沒有經(jīng)過退火的納米管(參見此后的實施例)，使得其靈敏度得以改進。本發(fā)明關于該傳感器類型的不同裝置，尤其是基于碳納米管的那些占據(jù)了先機。 這是因為使用了具有幾層石墨烯層的長納米管作為裝置中的敏感組分。在另一方面，本發(fā)明受益于能夠被官能化的碳納米管能力，即在表面上通過共價接枝化學官能團或聚合物鏈改性。因此，所提出的裝置集成了對目標氣體具有親合性而具有幾層石墨烯的官能化碳納米管。采用本發(fā)明這種創(chuàng)新方面的裝置，就可以保證選擇性。應該注意到，通過以共價方式接枝具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1的前體的分子用于選擇檢測所述化合物的碳納米管表面化學改性是一種不同于現(xiàn)有技術[12]裝置的方式，其中在納米管/電極體系進行制作完成之后聚合物層沉積于整個傳感器裝置上。對于“具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1的分子”，是指任何天然的或合成的分子，有利的是含幾個原子至幾十個或甚至幾百個原子的有機分子。這種分子因此可以是化學官能團、簡單的分子或具有更復雜結構如聚合物結構的分子。無論該分子結構如何， 本發(fā)明范圍內(nèi)的基本特征是以下的事實-在一方面，該分子以共價方式結合至所產(chǎn)生的碳納米管，通過涉及所述分子的原子和所述碳納米管的原子成鍵的方式，所述分子因此包含在與納米管表面共價成鍵中所涉及的官能團；-在另一方面，該分子包含能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1 的前體。對于本領域的技術人員顯而易見的是，基團G1或這樣的基團的前體不同于在與納米管表面共價成鍵中所涉及的官能團。在本發(fā)明的第一個備選方式中，將待接枝于碳納米管上具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或含這樣的基團的前體的分子(此后稱之為分子M)對應于任何在某些條件下能夠通過諸如自由基化學接枝的自由基反應而接枝于碳納米管表面上的有機分子，所述分子M進一步包含能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體。這樣的分子M通常包含至少一種能夠與自由基反應的官能團。
術語“自由基化學接枝”尤其是指使用具有未成對電子的分子實體(entity)與納米管表面形成共價鍵型的鍵，所述分子分子實體與其想要進行接枝的表面獨立地產(chǎn)生。因此，自由基反應導致納米管表面與接枝的分子M的衍生物之間形成共價鍵。對于“分子M的衍生物”是指，在本發(fā)明范圍內(nèi)，在分子M通過自由基化學接枝與本發(fā)明范圍內(nèi)采用的納米管表面反應之后，由分子M得到的化學單元。對于本領域的技術人員而言顯而易見的是，由分子M具有的基團G1或這種基團的前體不同于在與納米管表面共價成鍵中涉及的官能團。將待接枝于碳納米管上、具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或含這樣的基團&的前體的分子(分子M)有利地是選自由芳基重氮鹽、芳基銨鹽、芳基鱗鹽和芳基锍鹽構成的組中的可裂解芳基鹽(cleavable aryl salt)，所述芳基基團具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體。在這些鹽中，芳基基團是可以由此后定義的R 表示的芳基基團。在這些可裂解芳基鹽中，尤其可以提及以下結構式(I)的化合物R-N2Kl)其中-A代表單價陰離子以及-R代表具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體的芳基基團。作為可裂解芳基鹽而尤其是以上結構式(I)的化合物的芳基基團，有利地可以提及由一個或多個各自包含3 8個原子的芳族或雜芳族環(huán)構成的可選地單取代或多取代的芳族或雜芳族碳結構，雜原子可以是Ν、0、Ρ或S。取代基可以包含一個或多個雜原子，如N、 0、F、Cl、P、Si、Br或S以及尤其是C1-C6烷基。顯然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這樣的碳結構和 /或其可選取代基必須具有至少一種能夠與給定的化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體。在可裂解芳基鹽尤其是以上結構式(I)的化合物中，R優(yōu)選選自用吸電子基團如 NO2, C0H、酮、CN、CO2H, NH2 (作為NH3+)、酯和鹵素取代的芳基基團。更優(yōu)選芳基型的基團R 是進一步具有能夠與給定的化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體的硝基苯基和苯基。在上述結構(I)的化合物中，A可以尤其選自無機陰離子如鹵素陰離子如 Γ、Br"和Cl—，鹵代硼酸根如四氟硼酸根，高氯酸根和硫酸根以及有機陰離子如醇鹽根 (alcoholates)、羧酸根。作為結構(I)的化合物，尤其有利的是使用選自以下化合物構成的組中的化合物四氟硼酸苯重氮鹽、四氟硼酸4-硝基苯重氮鹽、四氟硼酸4-溴苯重氮鹽、鹽酸4-氨基苯重氮鹽、鹽酸4-氨甲基苯重氮鹽、鹽酸2-甲基-4-氯苯基重氮鹽、四氟硼酸4-苯甲?；街氐}、四氟硼酸4-氰基苯重氮鹽、四氟硼酸4-羧基-苯重氮鹽、四氟硼酸 4-乙酰胺基苯重氮鹽、重氮4-苯乙酸四氟硼酸鹽(diazonium 4-phenylacetic acid tetraf luoroborate)、硫酸2_甲基_4_ [ (2-甲基苯基)二氮烯基]苯重氮鹽、鹽酸9，10- 二氧-9，10- 二氫-1-蒽重氮鹽、四氟硼酸4-硝基萘重氮鹽和四氟硼酸萘重氮鹽，所有的這些化合物，如果必要，可以用能夠與待檢測的化學化合物反應的基團或這樣的基團的前體進行取代。實際上，顯然，如果在以上所列的化合物中，某些化合物并不具有任何能夠與給定化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體，則這樣的基團或這樣的前體將必須引入所述化合物中，例如，通過取代方式而使其能夠用于本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的第二備選實施方式中，具有能夠與化學化合物反應的基團G1或含這樣的基團前體且接枝于碳納米管上的分子，是主要衍生自幾種相同和/或不同的單體單元的聚合物或共聚物，所述聚合物或共聚物具有至少一種能夠與所述化學化合物反應的基團G1 或這樣的基團的前體。有利的是，適用于本發(fā)明范圍內(nèi)的單體單元的總體或部分是經(jīng)由自由基路徑可聚合的單體。對于“經(jīng)由自由基路徑可聚合的單體”是指在通過自由基化學實體引發(fā)之后在自由基條件下能夠聚合的單體。典型地，這些單體是包含至少一種乙烯型鍵的分子，即乙烯型分子。乙烯基單體(vinyl monomer)，尤其是描述于國際專利申請WO 2005/033378和WO 2006/097611中的單體是特別相關的[20，21]。根據(jù)本發(fā)明特別有利的實施方式，乙烯基單體是選自以下結構式(II)的單體
權利要求
1.一種用于檢測至少一種化學化合物的裝置，特征在于，所述裝置包括至少一個具有幾層石墨烯層的碳納米管，所述碳納米管上接枝至少一種具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1的前體的分子。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，特征在于，所述碳納米管具有1μ m Imm的長度。
3.根據(jù)權利要求1或2中任一項所述的裝置，特征在于，所述碳納米管是退火納米管。
4.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的裝置，特征在于，待接枝的所述分子是選自由芳基重氮鹽、芳基銨鹽、芳基鱗鹽和芳基锍鹽構成的組中的可裂解芳基鹽，所述芳基基團具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，特征在于，待接枝的所述分子是以下結構式(I)的可裂解芳基鹽R-N2+, Α_α)其中-A代表單價陰離子，而-R代表具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體的芳基基團R。
6.根據(jù)權利要求4或5中任一項所述的裝置，特征在于，所述芳基基團選自可選地單取代或多取代的芳族或雜芳族碳結構，由一個或多個各自包括3 8個原子的芳族或雜芳族環(huán)構成，雜原子可以是Ν、0、Ρ或S,取代基可選地包含一個或多個雜原子或C1-C6烷基基團。
7.根據(jù)權利要求5或6中任一項所述的裝置，特征在于，A選自鹵素、鹵代硼酸根、高氯酸根、硫酸根、醇鹽根和羧酸根。
8.根據(jù)權利要求1 3中任一項所述的裝置，特征在于，接枝于所述碳納米管上的所述分子是主要衍生自幾種相同和/或不同的單體單元的聚合物或共聚物，所述聚合物或共聚物具有至少一種能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，特征在于，所述單體單元是經(jīng)由自由基路徑可聚合的單體，優(yōu)選乙烯型分子。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，特征在于，所述單體選自以下結構式(II)的單體其中，相同或不同的基團R1 R4代表非金屬單價原子如鹵素原子、氫原子、飽和或不飽和的化學基團如烷基、芳基、腈、羰基、胺、酰胺或-COOR5基團，其中R5代表氫原子或C1-C12 烷基基團，優(yōu)選C1-C6烷基基團。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，特征在于，能夠與所述化學化合物反應的所述基團G1選自由羥基、硫醇基、疊氮、環(huán)氧基、氮丙啶、胺、腈、異氰酸酯基、硫氰酸酯基、硝基、酰胺、鹵化物尤其是烷基鹵化物、羧酸和酯官能團構成的組。
12.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，特征在于，所述裝置進一步包括 -支撐體，-和位于所述支撐體上的兩個電極，所述碳納米管確保所述兩個電極之間的電接觸。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，特征在于，所述電極具有相互交叉的梳狀構造。
14.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置，特征在于，所述納米管具有相對于所述兩個電極基本垂直的取向。
15.一種系統(tǒng)，包括至少兩個根據(jù)前述權利要求中任一項所述的裝置。
16.根據(jù)權利要求1 14中任一項所述的裝置或根據(jù)權利要求15所述的系統(tǒng)用于檢測和可選地定量一種或多種氣態(tài)化學化合物的用途。
17.根據(jù)權利要求16所述的用途，特征在于，所述氣態(tài)化學化合物選自由揮發(fā)性有機化合物、氫、一氧化碳、二氧化碳、氯和氯化化合物、氨、有機磷氣體、氫氰酸、亞硫酰二氯、磷茂、四氫呋喃、甲烷和甲基膦酸二甲酯構成的組。
18.一種用于制備根據(jù)權利要求1 14中任一項所述的用于檢測至少一種化學化合物的裝置的方法，特征在于，所述方法包括由以下構成的步驟在兩個電極上沉積至少一個具有幾層石墨烯層的碳納米管，所述碳納米管上接枝了至少一種具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團G1的前體的分子，使得所述碳納米管確保所述電極之間的電接觸。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，特征在于，所述沉積通過介電泳進行。
20.根據(jù)權利要求18或19中任一項所述的方法，特征在于，所述方法包括由以下構成的預備步驟在所述碳納米管上接枝具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體的所述分子。
21.根據(jù)權利要求18 20中任一項所述的方法，特征在于，所述方法包含以下連續(xù)步驟a)可選地退火具有幾層石墨烯層的所述碳納米管；b)將可選地在步驟(a)中退火的納米管與包含至少一種具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或這樣的基團的前體的分子或者后者的至少一種前體的溶液S2接觸；c)將步驟(b)的混合物經(jīng)受非電化學條件而使所述分子或所述前體接枝于所述納米管上；d)回收在步驟(c)之后獲得的經(jīng)接枝的納米管并且尤其是通過介電泳將其沉積于兩個電極上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測至少一種化學化合物的裝置，所述裝置包括至少一個具有幾層石墨烯的碳納米管，其上接枝了至少一種具有能夠與所述化學化合物反應的基團G1或所述G1基團的前體的分子。本發(fā)明也涉及所述裝置的用途和制備這樣的裝置的方法。
文檔編號G01N27/12GK102203593SQ200980143660
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權日2008年9月29日
發(fā)明者奧雷利安·戈希爾, 帕斯卡萊·切內(nèi)維爾, 杰羅姆·錢科龍, 澤格·帕拉辛, 馬丁·梅恩-萊爾米特 申請人:法國原子能及替代能源委員會