[發明專利]含碳納米管的化學傳感器、其制備方法和其用途

無效

• 申請號: 200980143660.2
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN102203593A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: 馬丁·梅恩-萊爾米特;澤格·帕拉辛;帕斯卡萊·切內維爾;杰羅姆·錢科龍;奧雷利安·戈希爾
• 申請（專利權）人: 法國原子能及替代能源委員會
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

技術領域

本發明涉及氣態化學物質并且尤其是有毒氣態化學物質的檢測、鑒定和定量的領域。

本發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建立了受限的平均暴露值。在這種背景下，開發實施化學傳感器，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，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格表中。

因此，優選

-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危險的值約10ppm。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?Santéet?de?la?Sécuritédu?Travail)(職業健康安全委員會)(加拿大組織)已經評價為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：識別系統和信號轉換器。它們都根據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、環境、工業和國防市場四種不同類型的市場。

不同氯敏感傳感器已經存在：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，這種電位根據氯含量不同而變化。典型地，這些傳感器的響應針對超過1ppm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]，該系統通常會被加熱至典型地超過300℃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100ppb，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、三聯吡啶基釕絡合物或者是包含特定分子或離子(Br^-，I^-)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成本。