(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの化学化合物を検出するためのデバイスであって、このデバイスが、いくつかのグラフェン層を有する少なくとも１つのカーボンナノチューブを含み、そこに化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する少なくとも１つの分子がグラフトされており、該カーボンナノチューブが、不活性雰囲気下、１，０００℃を超える温度でアニールされたナノチューブであることを特徴とする、デバイス。
【請求項２】
カーボンナノチューブが１μｍ〜１ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
グラフトされるべき分子が、アリールジアゾニウム塩、アリールアンモニウム塩、アリールホスホニウム塩およびアリールスルホニウム塩によって形成される群から選択される開裂可能なアリール塩であり、このアリール基が、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持することを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
グラフトされるべき分子が、次の式（Ｉ）の開裂可能なアリール塩であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス：
Ｒ−Ｎ２＋，Ａ−    （Ｉ）
式中：
−Ａは、一価アニオンを表す、および
−Ｒは、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持するアリール基Ｒを表す。
【請求項５】
このアリール基が、１つ以上の芳香族またはヘテロ芳香族環からなり、各環は３〜８個の原子を含むことを特徴とする、請求項３または４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
このアリール基が、一置換または多置換された芳香族またはヘテロ芳香族炭素構造から選択される、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
置換基が、ヘテロ原子またはＣ１−Ｃ６アルキル基を１つ以上含有する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
このアリール基が、１つ以上のヘテロ芳香族環からなり、ヘテロ原子が、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳである、請求項５から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
Ａが、ハライド、ハロボレート、パークロレート、スルホネート、アルコラートおよびカルボキシレートから選択されることを特徴とする、請求項４に記載のデバイス。
【請求項１０】
カーボンナノチューブ上にグラフトした分子が、主にいくつかの同一および／または異なるモノマーユニットから誘導されるポリマーまたはコポリマーであり、このポリマーまたはコポリマーが、少なくとも１つの化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持することを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
モノマーユニットが、ラジカル経路を介して重合可能なモノマーであることを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
このモノマーが、次の式（ＩＩ）のモノマーから選択されることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイス：
【化１】
0005475786.tif 000004
式中、基Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ同一または異なって、非金属一価原子を表す。
【請求項１３】
前記非金属一価原子が、ハロゲン原子、水素原子、飽和または不飽和化学基を表す、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記非金属一価原子が、ハロゲン原子、水素原子、アルキル、アリール基、ニトリル、カルボニル、アミン、アミドまたは−ＣＯＯＲ５基を表し、Ｒ５は、水素原子またはＣ１−Ｃ１２アルキル基を表す、請求項１２または１３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１５】
化学化合物と反応できる基Ｇ１が、ヒドロキシル、チオール、アジド、エポキシド、アジリジン、アミン、ニトリル、イソシアネート、チオシアネート、ニトロ、アミド、ハライド、カルボン酸およびエステル基によって形成される群から選択されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１６】
さらに：
−支持体、
−およびその支持体上に配置された２つの電極
を含み、カーボンナノチューブが、その２つの電極間の電気的接触を確実にすることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１７】
電極が互いにかみ合った櫛型構造を有することを特徴とする、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
ナノチューブが、２つの電極に対して実質的に垂直な配向を有することを特徴とする、請求項１６または１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の少なくとも２つのデバイスを含むシステム。
【請求項２０】
１つ以上のガス状化学化合物を検出および場合により定量するための、請求項１から１８のいずれか一項に記載のデバイスの使用、または請求項１９に記載のシステムの使用。
【請求項２１】
ガス状化学化合物が、揮発性有機化合物、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、塩素および塩素化化合物、アンモニア、有機リンガス、青酸、塩化チオニル、ホスフェン、テトラヒドロフラン、メタンおよびジメチルメチルホスホネートによって形成される群から選択されることを特徴とする、請求項２０に記載の使用。
【請求項２２】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の少なくとも１つの化学化合物を検出することを目的とするデバイスを調製するための方法であって、この方法が、２つの電極上に、いくつかのグラフェン層を有する少なくとも１つのカーボンナノチューブを堆積させることからなる工程を含み、ナノチューブ上に、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する少なくとも１つの分子がグラフトしており、このカーボンナノチューブは電極間の電気的接触を確実にすること特徴とする、方法。
【請求項２３】
堆積が誘電泳動によって行われることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
方法が、カーボンナノチューブ上に、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する分子をグラフトすることからなる予備工程を含むことを特徴とする、請求項２２または２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
方法が、次の連続工程を含むことを特徴とする、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法：
ａ）いくつかのグラフェン層を有するカーボンナノチューブを、不活性雰囲気下、１，０００℃を超える温度でアニールする工程；
ｂ）工程（ａ）にてアニールされたナノチューブを、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する少なくとも１つの分子またはこうした分子の少なくとも１つの前駆体を含有する溶液Ｓ２と接触させる工程；
ｃ）このナノチューブ上に、この分子またはこの前駆体をグラフトさせるために工程（ｂ）の混合物を非電気化学条件に供する工程；
ｄ）工程（ｃ）の後に得られたグラフトされたナノチューブを回収し、２つの電極間に堆積させる工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス状の化学物質種および特に毒性のガス状化学物質種の検出、同定および定量の分野に関する。
本発明は、より詳細には、機能化されたマルチシートのカーボンナノチューブを含み、こうした検出、同定および定量を可能にする化学センサタイプのデバイス、その調製方法ならびにその使用に関する。機能化は、ポリマーの微細層またはその他にはカーボンナノチューブの表面におけるいくつかの化学基として現れる。
【背景技術】
【０００２】
大気中の毒性化学物質の検出は、一般市民または専門家両方の生活における安全上の重要な保障である。平均曝露値を制限することも、多数の化学剤に関して既に確立されている。そのため、こうした背景において、機能する化学センサ、すなわち化学的情報を有用な分析シグナルに変換するセンサの開発は絶対に必要である。
しかし、厳しい制約が、高感度および選択性の両方を有していなければならない、こうした化学センサの製造を制限する。
実際、センサは、標的化学剤に対して非常に高感度でなければならない、すなわち制限含有量（ガスに依存してｐｐｍまたはｐｐｂ）未満の含有量に対して応答を示すことができなければならない。
センサはまた、選択性でなければならない、すなわちいくつかの化学剤を区別できなければならない。
【０００３】
これらの基本的な制約に対して、他にもさらなる二次的な問題が仕様書に加えられる場合もある。
このように、
−センサは低嵩高性を有すること、換言すれば、サンプリングを行う代わりに、分析されるべき媒体中にて直接分析を行うために、小型化可能であり得ること；
−センサは、可能な限り低い生成コストを有するために製造が簡便でなければならないこと；
−操作中のセンサは、ほとんどエネルギーを消費すべきでないこと、および携帯性を増大させるためにそうでなければならないこと；
−センサは、数回使用可能であること（センサの可逆性原理）
が好ましい。
【０００４】
多くの毒性ガスは、センサタイプのデバイスによって標的とされる：揮発性有機化合物、アンモニア、酸化窒素、塩素化化合物、ジメチルメチルホスホネート（ＤＭＭＰ）、水素、メタンなど。以降に示される化学剤のセンサに関する当該技術分野の現状は、より詳細には、塩素ガスの検出を可能にするデバイスおよびカーボンナノチューブに基づくセンサに関する。
生命および健康に対して即時に危険を引き起こし得る塩素濃度値は、約１０ｐｐｍである。塩素の制限重量平均曝露（作業日あたり８時間の曝露）は、特定の公共団体、例えば労働健康安全委員会（Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｅ  ｌａ  Ｓａｎｔｅ  ｅｔ  ｄｅ  ｌａ  Ｓｅｃｕｒｉｔｅ  ｄｕ  Ｔｒａｖａｉｌ）（Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  ａｎｄ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）（カナダの組織）では５００ｐｐｂと見積もられている。これは、数百ｐｐｂのオーダーの濃度またはさらにはそれ未満の濃度においてこうしたガスの検出を確実にすることが必要とされる理由である。
【０００５】
一般に、化学剤のセンサは、２つの主要な成分からなる：認知システムおよびシグナル変換器。それらは、それ自体の変換方法：電気、熱量、電気化学、光学、質量または磁気変換に従って分類され、健康、環境、産業および防衛市場である４つの異なるタイプの市場に影響を及ぼす。
様々な塩素高感度センサが既に存在する：電位差センサ、イオン化センサ、光化学センサおよび半導体材料による抵抗センサを挙げることができる。
【０００６】
電位差センサは、固体電解質、例えば、ＳｒＣｌ２−ＫＣｌまたはＰｂＣｌ２−ＫＣｌまたはＢａＣｌ２ＫＣｌを製造することに基づいている。これらのセンサの操作原理は、塩素含有量に依存して変動する電位の測定に基づく。通常、これらのセンサの応答は、１ｐｐｍを超える濃度範囲にわたって試験される。そのため、このタイプのセンサの主な欠点は、感度が低いことである。さらに、検出が特定の試験において［１］室温で報告される場合であっても、システムは、一般に、通常３００℃を超える温度に加熱される。
イオン化センサの原理は、塩素が電子供給源の近くを通るときに塩素をイオン化することからなる（熱イオン放出）。塩素含有量は、回収された電流から見積もることができる。この技術によれば、温度および湿度からは独立して、１００ｐｐｂ未満の非常に低い塩素含有量を検出できる。しかし、この方法の欠点は、測定方法が非携帯性であることであり、その場での測定を妨げる。
【０００７】
光化学センサの原理は、検出されるべきガスに対して高感度の薄膜の光学特性の試験に基づき、これらの膜は、特に単一ガスに対して高い感度を有することができる（選択性センサの原理）。高感度膜におけるガスの吸着または反応は、特定の波長でのその蛍光または吸光特性に有効な変化をもたらす。吸光度または蛍光の変化の割合を用いて、試験された化学剤の濃度をたどることができる。塩素の特定の場合においては、成形された高感度膜は、フェニルポルフィリン、ｏ−トルイジン、トリス−ビピリジルルテニウム錯体またはその他には特定分子またはイオン（Ｂｒ−、Ｉ−）を含有するナノ多孔性膜であってもよい［２］。これらの光化学的デバイスを用いて、５０ｐｐｂまでの低含有量の塩素を検出できる［２］。さらに、検出は室温で行われることに留意する。このタイプのセンサの欠点は、特に高感度膜、ダイオードおよび検出器を含む完全なデバイスの製造コストである。
【０００８】
半導体による抵抗センサに関して、それはデバイスの抵抗の測定であり、ガス状試剤の検出を可能にする。これは、文献において、特に塩素の検出に関して最も頻繁に使用される化学センサのタイプである。半導体表面におけるガスの吸着は、電荷移動をもたすことができ、それがキャリアの発生およびシステムの伝導度における変更をもたらす。高感度層は、有機半導体、例えば、金属フタロシアニンまたはその他の金属酸化物半導体、例えばＩｎＯ３、ＷＯ３またはＳｎＯ２であってもよい。半導体に基づく検出器は、塩素に対して非常に高感度であるデバイスである。文献には、５０ｐｐｂからの非常に低い検出閾値を有するデバイスが報告されている［３］。しかし、この検出は、これらのセンサが通常１５０℃を超える温度に加熱された場合にのみ有効になることに留意する。それらが室温において操作できないという事実は、主な欠点である。さらに、塩素の特定の場合において、このタイプのセンサの選択性については全く記載されていないことに留意する。
要約すれば、上述された様々なデバイスのうち、先に確立された基準を満たすものは全くない。
【０００９】
ここ数年来、非常に見込みのある新規な材料としてのカーボンナノチューブが、化学センサにおける高感度成分として多くの試験に使用されている。
カーボンナノチューブに基づくデバイスは、この材料の特異な特性からの利益を得る。まず、カーボンナノチューブは、非常に大きな比表面積を有し、それは１，５００ｍ２／ｇに達することができ、それによって周囲雰囲気と相互作用するための非常に大きな表面を与える。第２に、カーボンナノチューブは、非常に高い電気伝導度を有し、それらの表面における分子の吸着に対して、ひいてはより一般にはそれらの環境に対して極めて高感度であることが分かる。これらの特性の組み合わせにより、カーボンナノチューブは、化学センサにおける高感度成分として非常に興味深い材料となる。さらに、小さいサイズのカーボンナノチューブは、小型化デバイスを製造するために有利である。
ナノチューブに基づく多くのタイプの化学センサは、文献に列挙されている。これらは、ＣＮＴＦＥＴ（カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ）原理に基づくセンサ、システムの抵抗の測定に基づく抵抗タイプのセンサ、音響センサ、インピーダンスを測定するためのセンサ、イオン化センサ等であってもよい。カーボンナノチューブに基づくＣＮＴＦＥＴタイプのセンサおよび抵抗タイプのセンサだけを以降で説明するが、両方のタイプが本発明に最も近い。
【００１０】
第１の手法は、高感度アレイでの分散（単層または多層）カーボンナノチューブからなる。操作原理は、抵抗半導体センサと同じである（システムの抵抗における変化を測定）。試験されたマトリックスは、酸化スズ（ＳｎＯ２）またはポリマー（ＰＭＭＡ、ポリスチレン）またはさらに酸化タングステン（ＷＯ３）のいずれかである［４，５］。これらのデバイスによって検出されるガスは、二酸化窒素（ＮＯ２）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、クロロメタンおよび他の揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）である。コントロール（ナノチューブを含まない）とデバイスを比較することによって、ナノチューブを含むセンサは、特に感度の観点から非常に強い競争力があることは明らかである［４］。室温にて観察される検出閾値は、最良で１ｐｐｍ未満となり得る（参照文献［５］ではＮＯ２に関して５００ｐｐｂ）。
別の手法は、「センサ」デバイス内におけるカーボンナノチューブの直接合成に関心がある。このタイプのセンサの原理は、特許出願ＵＳ２００７／０１４５３５６［６］に示される；しかし、こうしたデバイスによる検出例はこの文献に示されていない。このタイプのデバイスにおいて、その成長は、リソグラフィによって堆積した２つの金属電極間の接合を与える特有のシングルシートのカーボンナノチューブを得るために制御され得る。バイアスをかけることができるケイ素基材は、グリッドとして作用する。Ｋｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．により２０００年に行われたこれらのデバイスにおける最初の試験は、ガス環境に対する室温でのナノチューブのコンダクタンスを測定する［７］。観測された検出限界は、ＮＯ２に関して２ｐｐｍであり、ＮＨ３に関して０．１％である。同じタイプのデバイスを用いることによるが、ポリエチレンイミンの薄層で覆われたカーボンナノチューブを用いた場合、Ｑｉ  ｅｔ  ａｌ．は、ＮＯ２感度閾値を１００ｐｐｔまで低下できた［８］。
【００１１】
多層ナノチューブはまた、デバイス内で直接合成される高感度成分として使用できる。同じ方法において、先行する段落におけるように、多層ナノチューブは、２つの電極間で横方向に低密度で合成されてもよい［９］。特にアンモニアに対して高感度のこれらのセンサは、５０ｐｐｍの検出閾値を有する［９］。大部分のデバイスにおいて、その精密化は、多層ナノチューブの合成段階を含み、ナノチューブの成長は広範囲であり、触媒薄層（数ナノメートル）から基材（Ｓｉ、ＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４）上で直接行われる。システムの抵抗の測定は、（触媒層の下で）予め堆積された、またはその他にはナノチューブによって形成された膜上に２つの金属電極を堆積させることによって、互いにかみ合う電極によって行われる。このタイプのセンサは、検出性能を改善するために加熱されてもよい。参照文献［１０］に示される実施例において、デバイスは、１６５℃の温度にて操作され、二酸化窒素に関して約１０ｐｐｂの非常に低い検出閾値を示す。同じセンサによって試験される他のガス、エタノールおよびベンゼンについては、相当高い検出閾値（＞＞１ｐｐｍ）を有する。同じタイプのデバイスを用いて他のグループにより測定されたメタン（ＣＨ４）および水素（Ｈ２）に関する検出閾値も非常に高い（＞１，０００ｐｐｍ）。この段落にて示されたデバイスのうち、メタンに対して高感度のセンサだけが、室温で調査される［１１］。
【００１２】
いくつかの工程を有する第３の手法は、第１の段階においてカーボンナノチューブの合成を行う工程、および次いで溶媒中にそれらを分散させる工程、および最終的に先に得られた分散液からナノチューブをリソグラフィ処理された電極のネットワーク上に堆積させる工程からなり、次いで電極間の抵抗の発生により、試験によって標的とされる汚染物質の検出が可能になる。互いにかみ合う電極間の接続を達成する単層ナノチューブ集合体からなるデバイスも開発された。室温にて操作され、ナノチューブがクロロスルホン化ポリエチレンポリマーの層で覆われているこうしたデバイスを用いて、観察された塩素検出閾値は非常に高いままである：＞２ｐｐｍ［１２］。
多層ナノチューブはまた、分散され、次いで電極上にランダムに堆積させることができる［１３］。こうしたデバイス（２つの電極を有する）を用いて、Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．は、５ｐｐｍ以降で室温でのアンモニアの検出を報告している。
【００１３】
この第３の手法において、センサの成形中に電極上に堆積したカーボンナノチューブはランダムに配向されていることに留意する。いくつかの調査では、優先的方法で電極に対して垂直にナノチューブを整列させるための誘電泳動技術を使用している。誘電泳動技術は、電極間に交互電界を適用することからなる。多層カーボンナノチューブに関するこうした堆積方法を用いることによって、Ｓｕｅｈｉｒｏ  ｅｔ  ａｌ．は、アンモニアを室温で５００ｐｐｂ以降で検出可能にしたデバイスを製造した［１４］。
【００１４】
いくつかの特許文献は、シングルシートのカーボンナノチューブの伝導の測定に基づく化学センサを有し、このナノチューブは、個々に存在するまたはリソグラフィ処理された電極間のネットワークとして組織化されている［１５−１７］。これらの文献において、高感度層が、電極に接続されたナノチューブに加えられる。特許出願ＵＳ２００６／０２６３２５５には、水素を検出するための、パラジウム粒子で覆われた単層ナノチューブの使用が報告されている［１７］。国際出願ＷＯ２００５／０２６６９４およびＷＯ２００５／０６２０３１は、ポリエチレンイミンの層で覆われた単層カーボンナノチューブに基づくＣＯ２に対して高感度のデバイスを示す［１５，１６］。ポリマーは、デバイス上に溶液の液滴を単に添加することによって堆積される。他の機能化剤がこれらの特許に示されているが（金属炭酸塩、芳香族化合物、種々のアミン化合物など）、それらに関連する実施例はない。機能化剤は、含浸（物理的吸着）によって堆積され、共有結合方法においてナノチューブにグラフトされているのではないことに留意することが重要である。特許ＵＳ７，３１２，０９５には、特定のガスに高感度であると想定される試薬に曝しながら、強い電流をセンサデバイスに流すことによる、センサデバイスに一体化されたシングルシートのナノチューブの機能化が提案されている［１８］。しかし、この特許においても実施例は示されていない。
先に列挙した制約全体を満たすデバイス設計は、依然として現在も、一部だけが明らかになっている課題を残している。そのため、こうしたセンサの製造は非常に重要な問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、先に述べた必要性および技術的問題を満たす化学センサタイプのデバイス、すなわち化学剤、特に場合により毒性のガス状化学剤に対して高感度のデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のデバイスは、室温であっても選択性および極めて高感度であるという事実によって特に区別される。そのためエネルギーの観点からコストが高い加熱システムを加える必要性が全くない。さらに、本発明のデバイスは、形成するのが簡便である。
故に、本発明によって解決される技術的問題の全体は、次の通りである：
−先行技術のセンサの変動するまたはさらには低い感度；
−先行技術のセンサの所与のガスに関する非選択性；
−その場での検出ができず、サンプリングによってのみ検出が可能である先行技術のセンサの嵩高性；
−化学剤を検出するための「抵抗センサ」タイプの先行技術のセンサを加熱する必要性；
−カーボンナノチューブに基づく先行技術のセンサを製造するために適用されるべきコスト高のリソグラフィ技術の使用。
【００１７】
さらに、本発明に従うデバイスは、塩素だけでなく、毒性であるかどうかに拘わらずあらゆるガス化学化合物を検出するために使用できるので、注目に値する。
そのため、本発明は、少なくとも１つの化学化合物を検出することを目的とするデバイスに関し、このデバイスは、いくつかのグラフェン層を有する少なくとも１つのカーボンナノチューブを含み、そこに化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する少なくとも１つの分子がグラフトされている。
有利なことには、本発明に従うデバイスは、いくつかのグラフェン層を有する、少なくとも２個のナノチューブ；特に少なくとも１０個のナノチューブ；とりわけ少なくとも５０個のナノチューブ；より詳細には少なくとも１００個のナノチューブおよび最も詳細には少なくとも２００個のカーボンナノチューブを含み、それぞれのナノチューブは、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する少なくとも１個の分子、および好ましくはいくつかの分子がグラフトしている。「いくつかの分子」とは、本発明の範囲内において、少なくとも５個、特に少なくとも１０個、とりわけ少なくとも５０個、および最も詳細には少なくとも１００個の分子を意味する。
【００１８】
本発明の範囲内に適用されるカーボンナノチューブは、いくつかのグラフェン層を有するナノチューブである。これらのナノチューブはまた、名称：多層ナノチューブ、マルチシートのナノチューブまたは「多層ナノチューブ」に関してＭＷＮＴの下で既知である。興味深い注目に値する事実として、いくつかの機能化グラフェン層を有するナノチューブ、すなわちその表面が共有結合方法にて改質されているナノチューブの使用は、シングルシートのカーボンナノチューブとは異なり、それらの伝導特性を損なわない。
当業者は、こうしたカーボンナノチューブを調製できる種々の技術を認知している。例として、特に国際出願ＷＯ２００４／０００７２７［１９］の目的である熱分解方法のようなＣＶＤ方法と同様であり、金属触媒上での炭素供給源の熱分解からなる化学的方法を挙げることができる。この方法は、トルエン中に溶解したフェロセンの溶液（５重量％）から得られた混合液体エアロゾルの触媒分解に基づく。超音波エアロゾル発生器（Ｐｙｒｏｓｏｌ  ７９０１，ＲＢＩ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｆｒａｎｃｅ）または注入器（例えば自動車用注入器タイプのもの）が使用できる。キャリアガス（１Ｌ／分）として使用されるアルゴンは、８５０℃に加熱された石英反応器にてエアロゾルを運ぶ。長さが数百マイクロメートルであるいくつかのグラフェン層を有し、その直径が１０〜１００ナノメートルである整列したナノチューブは、合成後に反応器の壁にて獲得される。
【００１９】
本発明に従うデバイスが含むカーボンナノチューブは、長いナノチューブである：それらは、１μｍ〜１ｍｍ、特に１０μｍ〜８００μｍ、とりわけ１５μｍ〜６００μｍ、および最も詳細には２０μｍ以上の長さを有する。これらのナノチューブの直径は、２〜１５０ｎｍ、特に５〜１３０ｎｍ、およびとりわけ１０〜１００ｎｍである。
最後に、本発明に従うデバイスが含むカーボンナノチューブは、有利なことには、アニールされたナノチューブである。「アニールされたナノチューブ」とは、本発明の範囲内において、調製された後、８００℃を超える温度、特に１，０００℃を超える、とりわけ１，５００℃を超える、およびより詳細には約２，０００℃（すなわち、２，０００℃±２００℃）の温度で、不活性雰囲気下に数時間供されるカーボンナノチューブを意味する。「数時間」とは、本発明の範囲内において、少なくとも１、特に少なくとも６、特にとりわけ少なくとも１２、および最も詳細には少なくとも１８時間を意味する。これらの条件は、特に、以降の方法の工程（ａ）中に適用される条件である。オーブン中にて有利に行われるこのアニールを用いて、いずれかの合成副生成物、例えば鉄に基づく触媒材料、を含まず、それらはより長い長距離構造秩序を有するので、良好に結晶化したナノチューブを得ることができる。アニールされたナノチューブに基づくセンサは、非常に良好な構造特性を有し、それにより粗製ナノチューブ、すなわちアニールに供されていないナノチューブと比較した場合にそれらの感度を改善できる（以降の実施例を参照のこと）。
【００２０】
本発明は、特にカーボンナノチューブに基づくセンサタイプの異なるデバイスに関して独創的な地位を占める。本発明は、デバイスの高感度成分としていくつかのグラフェン層を有する長いナノチューブの使用に基づく。一方で、本発明は、機能化されることができ、すなわち化学機能またはポリマー鎖の共有結合グラフトによって、それらの表面を改質できるカーボンナノチューブからの利益を享受する。そのため、提案されたデバイスは、標的とするガスに対して親和性を有するいくつかのグラフェン層を有する機能化されたカーボンナノチューブを一体化する。このデバイスの革新的観点によれば、選択性を保証できる。
共有結合方法にて、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する分子を、この化合物の選択された検出のためにグラフトすることによる、カーボンナノチューブの表面の化学的改質は、ポリマー層がナノチューブ／電極システムの精密化後にセンサデバイスの全体に堆積する先行技術［１２］のデバイスとは異なる手法であることに留意すべきである。
【００２１】
「化学化合物と反応できる基Ｇ１を保持する分子」とは、任意の天然または合成分子、有利なことには数個の原子から数十またはさらには数百個の原子を含む有機分子意味する。そのため、この分子は、化学的機能、単純な分子またはより複雑な構造、例えばポリマー構造を有する分子であってもよい。この分子の構造に拘わらず、本発明の範囲内にある本質的な特徴は：
−一方で、分子は、この分子の原子とカーボンナノチューブの原子とが関与する結合によって、共有結合方法にて実施されるカーボンナノチューブに結合され、そのためこの分子は、ナノチューブの表面での共有結合に関与する機能を含むこと；
−他方で、分子は、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を含むこと
という事実である。
【００２２】
基Ｇ１またはこうした基の前駆体は、ナノチューブの表面で共有結合に関与する機能とは異なることは、当業者に明らかである。
本発明の第１の代替例において、カーボンナノチューブにグラフトされるべき、化学化合物と反応できる基Ｇ１を保持する、またはこうした基Ｇ１の前駆体を含む分子（以降は分子Ｍとして識別される）は、特定条件下で、ラジカル反応、例えばラジカル化学グラフト化によってカーボンナノチューブの表面にグラフトされることができるいずれかの有機分子に対応し、この分子Ｍはさらに、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を含む。こうした分子Ｍは、一般に、ラジカルと反応できる少なくとも１つの官能基を含む。
「ラジカル化学グラフト化」という用語は特に、ナノチューブの表面と共有結合タイプの結合を形成するために不対電子を有する分子体の使用を指し、この分子体は、グラフトされることを目的とする表面とは独立に、生じる。こうして、ラジカル反応は、ナノチューブの表面と、グラフトされた分子Ｍの誘導体との間の共有結合の形成をもたらす。
【００２３】
「分子Ｍの誘導体」とは、本発明の範囲内において、分子Ｍから得られる化学ユニットであって、この分子が、本発明の範囲内で適用されるナノチューブ表面とラジカル化学グラフト化によって反応するユニットを意味する。分子Ｍによって保持される基Ｇ１またはこの基の前駆体は、ナノチューブの表面との共有結合に関与する機能とは異なることは当業者に明らかである。
カーボンナノチューブ上にグラフトされるべき、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する分子（分子Ｍ）は、有利なことには、アリールジアゾニウム塩、アリールアンモニウム塩、アリールホスホニウム塩およびアリールスルホニウム塩によって形成される群から選択される開裂可能なアリール塩であり、このアリール基は、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する。これらの塩において、アリール基は、以降で定義されるように、Ｒによって表すことができるアリール基である。
【００２４】
開裂可能なアリール塩のうち、次の式（Ｉ）の化合物を特に挙げることができる：
Ｒ−Ｎ２＋，Ａ−    （Ｉ）
式中：
−Ａは、一価アニオンを表す
−Ｒは、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持するアリール基を表す。
開裂可能なアリール塩、および特に上記式（Ｉ）の化合物のアリール基として、有利なことには、１つ以上の芳香族またはヘテロ芳香族環からなる、場合により一置換または多置換された芳香族またはヘテロ芳香族炭素構造を挙げることができ、各環は３〜８個の原子を含み、ヘテロ原子はＮ、Ｏ、ＰまたはＳであってもよい。置換基は、１つ以上のヘテロ原子、例えば、Ｎ、Ｏ、Ｆ、Ｃｌ、Ｐ、Ｓｉ、ＢｒまたはＳ、ならびに特にＣ１−Ｃ６アルキル基を含有してもよい。本発明の範囲内において、こうした炭素構造および／またはそれらの任意の置換基は、所与の化学化合物と反応できる少なくとも１つの基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持するべきであることは明らかである。
【００２５】
開裂可能なアリール塩および特に上記式（Ｉ）の化合物内において、Ｒは、好ましくは、電子求引性基、例えば、ＮＯ２、ＣＯＨ、ケトン、ＣＮ、ＣＯ２Ｈ、ＮＨ２（ＮＨ３＋として）、エステルおよびハロゲンで置換されたアリール基から選択される。アリールタイプのより好ましい基Ｒは、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体をさらに保持するニトロフェニルおよびフェニルラジカルである。
上記式（Ｉ）の化合物内において、Ａは、特に、無機アニオン、例えば、Ｉ−、Ｂｒ−およびＣｌ−のようなハライド、テトラフルオロボレートのようなハロボレート、パークロレート、およびスルホネート、ならびに有機アニオン、例えばアルコラート、カルボキシレートから選択できる。
【００２６】
式（Ｉ）の化合物として、フェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−ニトロフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−ブロモフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−アミノフェニルジアゾニウムクロリド、４−アミノメチルフェニル−ジアゾニウムクロリド、２−メチル−４−クロロフェニルジアゾニウムクロリド、４−ベンゾイルベンゼンジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−シアノフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−カルボキシフェニルジアゾニウムテトラフルオロボレート、４−アセトアミドフェニル−ジアゾニウムテトラフルオロボレート、ジアゾニウム４−フェニル酢酸テトラフルオロボレート、２−メチル−４−［（２−メチルフェニル）ジアゼニル］ベンゼンジアゾニウムスルフェート、９，１０−ジオキソ−９，１０−ジヒドロ−１−アントラセンジアゾニウムクロリド、４−ニトロナフタレンジアゾニウムテトラフルオロボレートおよびナフタレンジアゾニウムテトラフルオロボレートによって形成される群から選択される化合物を使用するのが特に有利であり、これらすべての化合物は、必要により、検出されるべき化学化合物と反応できる基またはこうした基の前駆体で置換される。実際、上記で列挙された化合物のうち特定の化合物が所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を有していない場合、こうした基またはこうした前駆体は、それらが本発明の範囲内で使用可能であるように、例えば置換によってこの化合物に導入されるべきであることは明らかである。
【００２７】
本発明の第２の代替例において、化学化合物と反応できる基Ｇ１を保持するまたはこうした基の前駆体を含み、カーボンナノチューブにグラフトした分子は、いくつかの同一および／または異なるモノマーユニットから主に誘導されるポリマーまたはコポリマーであり、このポリマーまたはコポリマーは、化学化合物と反応できる少なくとも１つの基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する。
有利なことには、本発明の範囲内で適用されるモノマーユニットの全てまたは一部は、ラジカル経路により重合可能なモノマーである。「ラジカル経路により重合可能なモノマー」とは、ラジカル化学物質体によって開始された後のラジカル条件下で重合可能なモノマーを意味する。通常、これらは、エチレンタイプの少なくとも１つの結合を含む分子、すなわちエチレンタイプの分子である。ビニルモノマー、特に国際出願ＷＯ２００５／０３３３７８およびＷＯ２００６／０９７６１１に記載されるモノマーが、特に関連している［２０，２１］。
【００２８】
本発明の特に有利な実施形態によれば、ビニルモノマーは、次の式（ＩＩ）のモノマーから選択される：
【化１】
0005475786.tif 000002
式中、基Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ同一または異なって、非金属一価原子、例えば、ハロゲン原子、水素原子、飽和または不飽和化学基、例えば、アルキル、アリール基、ニトリル、カルボニル、アミン、アミドまたは−ＣＯＯＲ５基を表し、Ｒ５は、水素原子またはＣ１−Ｃ１２または好ましくはＣ１−Ｃ６アルキル基を表す。
上記式（ＩＩ）のモノマーは、特に、ビニルアセテート、アセトニトリル、メタクリロニトリル、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、グリシジルメタクリレートおよびそれらの誘導体；アクリルアミドおよび特にアミノ−エチル、プロピル、ブチル、ペンチルおよびヘキシルメタクリルアミド、シアノアクリレート、ジアクリレートおよびジメチルアクリレート、トリアクリレートおよびトリメタクリレート、テトラアクリレートおよびテトラメタクリレート（例えば、ペンタエリスリトールテトラ−メタクリレート）、スチレンおよびその誘導体、パラクロロスチレン、ペンタフルオロ−スチレン、Ｎ−ビニルピロリドン、４−ビニルピリジン、２−ビニルピリジン、ビニル、アクリロイルまたはメタクリロイルハライド、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）およびより一般的にはビニル架橋剤またはアクリレート、メタクリレート、およびそれらの誘導体に基づくものによって形成された群から選択される。
【００２９】
ポリマーまたはコポリマーは、直接または間接のいずれかにおいてナノチューブの表面にグラフトされてもよい。「直接グラフト化」とは、ナノチューブ表面とポリマーまたはコポリマーとの間の共有結合がこのポリマーまたはコポリマーを構成するモノマーの１つの原子およびナノチューブ表面の原子を含む場合を意味する。「間接グラフト化」とは、分子体がポリマーをナノチューブの表面から分離させている場合を意味する。故に、この分子体は、ナノチューブの表面に、共有結合を介して、および、ポリマーまたはコポリマーに結合した別の共有結合を介して結合する。こうした分子体は、有利なことには、分子体が必ずしも基Ｇ１またはこうした基の前駆体を含まない場合を除いて、先に定義されたような分子Ｍから誘導される。より詳細には、この分子体は、分子体が必ずしも基Ｇ１またはこうした基の前駆体を含まない場合を除いて、先に定義されたような分子Ｍの誘導体の誘導体に対応する。実際、この誘導体が、ナノチューブの表面とのラジカル化学グラフト化によって反応したら、グラフトされた誘導体は、先に定義されたようなモノマーとのラジカル反応によって反応する。この代替例において、ポリマーは、場合により、それを構成する一部のモノマーユニット間に、ポリマーをナノチューブ表面にグラフトするために使用される１つ以上の分子体を含有してもよいことは明らかである。
【００３０】
それによって得られたナノチューブの表面にグラフトされたポリマーまたはコポリマーは、化学化合物と反応できる少なくとも１つの基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する。この基は、特にモノマーユニットの少なくとも１つによって保持されてもよい。故に、例として式（ＩＩ）のモノマーを含むポリマーまたはコポリマーに関して、少なくとも１つのこれらのモノマーが、検出されるべき化学化合物と反応できる基を保持し、ラジカル重合に関与しない基Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも１つを含む。あるいは、得られたポリマーまたはコポリマーは、必要に応じて、基Ｇ１またはこうした基の前駆体で置換されてもよい。
それによって得られたナノチューブの表面にグラフトしたポリマーまたはコポリマー膜は、５０ｎｍ未満、有利なことには４０ｎｍ未満、特に３０ｎｍ未満、およびとりわけ２０ｎｍ未満の長さを有する。
【００３１】
本発明の範囲内で適用される、検出されるべき化学化合物と反応できる基Ｇ１は、検出されるべき化学化合物の存在下に置く場合に、化学化合物と直接または間接的に反応できるあらゆるタイプの基であってもよい。
本発明の第１の実施形態において、基Ｇ１は、化学化合物に対して親和性を有し、化学化合物と反応する。この反応中、結合、特にファンデルワールスタイプの弱い結合が、基Ｇ１と化学化合物との間に現れる。この場合、基Ｇ１は、化学化合物と錯体を形成するまたは基Ｇ１上で化学化合物を物理的に吸収するために、化学化合物と反応できる。
【００３２】
本発明の第２の実施形態において、基Ｇ１は、基Ｇ１とは異なる別の基Ｇ２を与えるために、化学化合物と直接または間接的に反応する。化学化合物の存在下での反応中、基Ｇ１は、基Ｇ２に対応する異なる基で置換されてもよい。あるいは、化学化合物の存在下、基Ｇ１を基Ｇ２に対応する異なる基に変換するために、少なくとも１つの原子を加えてもよく、または基Ｇ１から取り除いてもよく、この基Ｇ２は荷電されていてもいなくてもよい。
基Ｇ１上の化学化合物の物理的吸収、基Ｇ１および化学化合物との錯体形成、または基Ｇ１の基Ｇ２による置換は、化学化合物の不存在下での基Ｇ１を含むナノチューブの抵抗と比較した場合に、ナノチューブの抵抗を変更する結果となる。
本発明の範囲内で適用できるこうした基Ｇ１は、一般に、ヘテロ原子と、炭素、水素または別のヘテロ原子に対応する別の元素との間に少なくとも１つの共有結合を含む基に対応する。ヘテロ原子は、一般に、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃｌ、ＢｒおよびＳｉから選択される。
【００３３】
有利なことには、この基Ｇ１は、ヒドロキシル、チオール、アジド、エポキシド、アジリジン、アミン、ニトリル、イソシアネート、チオシアネート、ニトロ、アミド、ハライド、特にアルキルハライド、カルボン酸およびエステル機能によって形成される群から選択される。
「化学化合物と反応できる基Ｇ１の前駆体」とは、本発明の範囲内において、その性質上化学化合物と直接反応できないが、単純な化学反応を介して基Ｇ１を与えることができる基を意味する。こうした前駆体は、例えば、保護基によって保護されたＧ１基であってもよい。当業者は、様々な種類の前駆体およびそれらを所与の化学化合物と反応できる特定のＧ１基に変換する様々な方法について認知している。
【００３４】
例として、表１は、化学化合物、それらと関連する基Ｇ１、適用される反応、および場合によりその化合物の存在下で得られる任意の基Ｇ２を示し、Ｒ’は基Ｇ１を保持する分子部分を表す。
【表１】
0005475786.tif 000003
【００３５】
本発明に従うデバイスはさらに：
−支持体、
−およびその支持体上に配置された２つの電極
−本発明のデバイスが含むカーボンナノチューブであって、これらの両方の電極の間の電気的接触を確実にするナノチューブ
を含む。
実際、本発明のデバイスは、抵抗センサであり、すなわち所与の化学化合物を検出するための変換手段として、いくつかのグラフェン層を有するカーボンナノチューブの抵抗を使用するセンサである。これらの電極両方の間の接触を確実にする、グラフトされたカーボンナノチューブの抵抗が測定される。カーボンナノチューブ上にグラフトされた分子によって保持される基Ｇ１と反応する化学化合物の作用の下で、この基Ｇ１に物理的に吸収されるために、基Ｇ１と錯体を形成するために、または基Ｇ２を与えるために、ナノチューブの抵抗は、その性質および検出される化合物の含有量に依存して特定の方法で変動する。
【００３６】
本発明に従うデバイスが含む支持体は、本発明に適用が可能な任意の支持体であり得る。それはまた、実質的に平坦であってもよく、任意の形状、例えば、正方形、長方形、円形または楕円形状を有していてもよい。有利なことには、シリカ、ガラス、ポリマー、プラスチックなどのような絶縁材料製であってもよい。
本発明に従うデバイスが含む電極は、伝導材料からなる。この電極は、あらゆる金属または金属材料、有利なことには、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＩＴＯ、Ｗおよび鋼によって形成される群から選択される材料の多層材料製、または金属／金属材料複合材料、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｔｉ／ＰｄまたはＴｉ／Ａｕ製であってもよい。
【００３７】
電極はまた、本発明の適用を可能にする任意の形状を有することができる。有利なことには、本発明のデバイスに適用される電極は、らせん状または同心状に互いにかみ合った櫛型形状を有する。好ましくは本発明に従うデバイスが含む電極は、有利なことには、それぞれの電極が、少なくとも３個のアーム、特に少なくとも５個のアーム、およびとりわけ少なくとも１０個のアームを含む互いにかみ合った櫛型形状を有する。
支持体表面に２つの電極を調製可能にする当業者に既知のあらゆる技術が、本発明の範囲内で使用できる。しかし、有利なことには、長さが２０μｍ以上のいくつかのグラフェン層を有する長いカーボンナノチューブの使用は、大きい電極間空間を想定可能にする。有利なことには、これらの空間は１〜３００μｍ；特に５〜２００μｍ；とりわけ２０μｍを超え、より詳細には５０μｍを超える。これに関して、電極を精密化するための簡便で相対的に安価な簡便な技術、例えば真空中での金属堆積技術、例えばプラズマによる熱蒸着によるもの（またはＰＥＣＶＤ「プラズマ増強化学蒸着」）またはスパッタリングによるものに利用可能である。
【００３８】
本発明に従うデバイスの電極を調製するための代表的な方法として、電極を、蒸着チャンバー中のガラスプレート上に予め堆積させる。それらは、２つの薄層：ガラス表面との接着を確実にする数ナノメートルのクロムまたはチタン接着層にある金属薄層のスタックからなる。
本発明のデバイスが含むカーボンナノチューブは、２つの電極に関して実質的に垂直である配向を有する。さらに、これらのナノチューブは、この電極上に均質に配列されている。「均質配列」とはカーボンナノチューブが、ナノチューブのクラスターをほとんどまたは全く有さずに電極間に規則的に分配されることを意味する。図８Ｂは、ナノチューブの均質配列の例示である。故に、電極上にナノチューブを配置するための誘電泳動技術のような技術の使用は、有利なことには互いにかみ合った電極間に優先的に垂直に配向させたカーボンナノチューブの均質な配列を導く。この技術を用いればまた、電極間の接触を確実にするために少量のカーボンナノチューブを使用するだけでよく、デバイスの製造コストを削減し、周囲空気と接触する比表面積を増大させる。
【００３９】
最後に、本発明の目的であるデバイスはさらに、電流または所与の電位を電極に適用でき、デバイスの抵抗が制御できる手段を含む。これらの手段は、有利なことには、次から選択される１つ以上の成分を含む：
−電池のような電源、
−回路のような、電極と電源とを接続するための手段、
−電極に適用される電位および／またはナノチューブの抵抗を調節、追跡および／またはモニターすることができる制御手段および測定手段。
【００４０】
図１は、本発明に従うデバイスの概略図である。このデバイスは、支持体（１）に対応するガラスプレート、それぞれが３つのアームを有する２つの互いにかみ合った伝導電極（２）、両方の電極間の電気的接触を達成するグラフトしたマルチシートのカーボンナノチューブ（３）、およびナノチューブの抵抗の変化、ひいてはデバイスの抵抗の変化を追跡できる手段（４）からなる。電極間の有用な空間は、１〜３００μｍである。電極の櫛は、支持体上で約１００ｍｍ２の表面積を占め、この表面は４００ｍｍ２〜１０ｃｍ２であり、特に４００ｍｍ２〜１ｃｍ２である。
本発明の目的であるデバイスは、特に毒性のガス状化学剤、例えば、とりわけ塩素の選択的および低含有量検出（＜１ｐｐｍ）を可能にする。この検出は、適当な温度、有利なことには１００℃未満、特に８０℃未満、とりわけ６０℃未満、およびより詳細には４０℃未満にて可能である。より好ましくは、検出は、室温、すなわち２０℃±５℃の温度にて行われる。こうした条件下、例として塩素は、２７ｐｐｂ未満の含有量に関して検出できる。室温にて検出を行うことができることにより、その適切な操作のためにデバイスに加熱システムを加えなくてもよい。
【００４１】
追加の基準が、本発明に従うデバイスについて先に議論された特徴に加えられる。デバイスの適切な操作に関する、および検出および定量の再現性に関する主要パラメータであるデバイスの初期抵抗は、電極上に堆積させるためにカーボンナノチューブを取り出す分散液の濃度を介して、細かく制御できる（±１００Ω）。有利なことには、同じ特徴を有するように連続して本発明に従うデバイスを製造できる。そのため、すなわち製造されたそれぞれのデバイスに関して個別の較正をしなくてもよい。
本発明はまた、先に定義されるような少なくとも２つのデバイスを含むシステムに関する。有利なことには、こうしたシステムは、少なくとも３個、特に少なくとも５個のデバイス、とりわけ少なくとも１０個のデバイス、およびより詳細には少なくとも１５個のデバイス、例えば先に定義されたようなデバイスを含む。これらのデバイスのうち、それらの一部またはさらには全ては、標的とするガスによって、すなわちナノチューブが保持する基Ｇ１によって差別化される。本発明に従うシステムが有するデバイスは、組み立てられてもよく、それらは同時に操作される。この場合システムは、一般に「電子鼻」と呼ばれるマルチセンサシステムになる。結局、このシステムは、多くの化学剤の検出を可能にし、それぞれの化学剤は、システムを構成する各デバイスに特異な応答を有する。
【００４２】
本発明はまた、１つ以上のガス状化学化合物を検出、および場合により定量するために先に規定されたようなデバイスまたはシステムの使用に関する。いずれかのガス状化学化合物は、本発明に従うデバイスまたはシステムを用いることによって検出および／または定量できる。有利なことには、このガス化学化合物は、揮発性有機化合物、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、塩素および塩素化化合物、アンモニア、有機リンガス、例えばサリンおよびジメチルメチルホスホネート、青酸、塩化チオニル、ホスフィン、テトラヒドロフラン、メタンおよびジメチルメチルホスホネートによって形成される群から選択される。
そのため、本発明は、本発明に従うデバイスをガス状化学化合物が存在するか、または存在し得る環境に置き、デバイスの少なくとも１つの電気的特徴の変化を追跡することからなる、このガス状化学化合物を検出および場合により定量するための方法に関する。例として、この特徴は、デバイスの抵抗、インピーダンスおよび／または静電容量であってもよい。
【００４３】
最後に、本発明は、先に定義されたような少なくとも１つの化学的化合物を検出することを目的としたデバイスを調製するための方法に関する。
この方法は、２つの電極上に、いくつかのグラフェン層を有する少なくとも１つのカーボンナノチューブを堆積させることからなる工程を含み、ナノチューブ上に、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基Ｇ１の前駆体を保持する少なくとも１つの分子がグラフトしており、このカーボンナノチューブは電極間の電気的接触を確実にできる。
予め調製され、グラフトされたカーボンナノチューブを堆積させるいずれかの既知の技術は、本発明の範囲内で使用できる。しかし、既に述べた利点を考慮すると、こうした堆積は、誘電泳動により行われる。有利なことには、こうした堆積工程は、（ｉ）電極上に、先に定義されたような予め調製され、グラフトされたカーボンナノチューブが分散した所与の体積の溶液Ｓ１を配置すること；（ｉｉ）電極間に、ピークからピークが正弦曲線状に変化する交流電圧を適用すること、および（ｉｉｉ）工程（ｉｉ）にて得られたデバイスをオーブン中で乾燥させることからなる。
【００４４】
工程（ｉ）中、適用された電極は、先に定義されたようなものであり、先に定義されたような支持体上に配置される。故に、「デバイス」という用語は、支持体、電極、および電極上に配置されたグラフトされたカーボンナノチューブを含む。グラフトされたカーボンナノチューブが分散した溶液Ｓ１は、溶媒として、有機溶媒または別の方法として界面活性剤を含有する水性溶媒を含有する。当業者に既知の任意の有機溶媒が使用できる。しかし、この溶媒は、有利なことには、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、トルエン、エチルアセテート、テトラヒドロフラン、アセトン、ジメチルホルムアミド、およびイソプロピル１，４−ジオキサンによって形成される群から選択される。溶媒として、界面活性剤を含有する水性溶媒を含有する溶液Ｓ１の場合、当業者に既知の任意の界面活性剤が使用できる。有利なことには、この界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤および中性（非イオン性）界面活性剤、および特に国際出願ＷＯ２００８／０７８０５２［２２］に記載される界面活性剤から選択されるタイプに属する。
【００４５】
グラフトされたカーボンナノチューブは、溶液Ｓ１中に、溶液Ｓ１の０．１〜１，０００ｍｇ／Ｌ、特に１〜５００ｍｇ／Ｌ、とりわけ５〜２５０ｍｇ／Ｌ、およびより詳細には１０〜１００ｍｇ／Ｌの量で存在する。
グラフトされたカーボンナノチューブは、当業者に既知の任意の技術によって溶液Ｓ１中に維持され、および分散されることができる。例として、超音波を用いる簡単な撹拌、手動撹拌、ロッド、ブレード、プロペラなどを有する機械的撹拌器による機械的撹拌、または撹拌技術の組み合わせを挙げることができる。カーボンナノチューブがグラフトされる事実は、溶液Ｓ１中のそれらの分散を促進することに留意すべきである（以降の実施例１を参照のこと）。
【００４６】
電極上に堆積させた溶液Ｓ１の体積は、有利なことには、０．１μＬ〜１０ｍＬ、特に０．５μＬ〜１ｍＬ、とりわけ１μＬ〜１００μＬ、最も詳細には５μＬ〜５０μＬである。溶液Ｓ１は、有利なことには１または数滴の液滴の形態で堆積される。
工程（ｉｉ）は、有利なことには、電極上に堆積した溶液Ｓ１の液滴によって形成されたメニスカスの蒸発中に適用される。電極間に適用されるピークからピークが正弦曲線状に変化する交流電圧は、５〜５０Ｖ、特に１０〜３０Ｖ、およびとりわけ２０Ｖのオーダー（すなわち、２０±５Ｖ）である。工程（ｉｉ）中に使用される周波数範囲は、１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ、および特に５〜３０ＭＨｚである。
工程（ｉｉｉ）中、デバイスは、５０〜２００℃、特に１００〜１５０℃、およびとりわけ１２０℃のオーダー（すなわち１２０±５℃）の温度でのオーブン中に、１５分〜３６時間、特に８〜２４時間、およびとりわけ１２時間のオーダー（すなわち１２時間±３０分）の期間、使用前に置かれる。化学センサの操作が最適である（最良の感度、シグナル対ノイズ比および安定性）初期抵抗範囲は、１００〜５００Ωに位置する。
【００４７】
本発明の方法は、カーボンナノチューブ上に、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する分子をグラフトさせることからなる予備工程を含む。
当業者に既知のあらゆるグラフト化技術が、本発明の範囲内で使用できる。しかし、有利に適用される技術は、国際出願ＷＯ２００８／０７８０５２［２２］に記載されるものである。
故に、この予備グラフト化工程は、少なくとも１つのカーボンナノチューブの存在下、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する少なくとも１つの分子またはこうした分子の前駆体を含有する溶液Ｓ２を、この分子または前駆体から少なくとも１つのラジカル体を形成できる条件に供することからなる。
【００４８】
本発明に従う方法のグラフト化工程に適用される溶液Ｓ２は、次のものであってもよい溶媒を、溶媒として含有する：
−プロトン性溶媒、すなわちプロトンとして放出され得る少なくとも１つの水素原子を含む溶媒、および有利なことには水、脱イオン水、酸性化または塩基性化の蒸留水、酢酸、ヒドロキシル溶媒、例えばメタノールおよびエタノール、低分子量液体グリコール、例えばエチレングリコール、およびこれらの混合物によって形成される群から選択される溶媒；
−または非プロトン性溶媒、すなわち非極限条件下でプロトンを放出できない、および、プロトンを受容できない溶媒、および有利なことには、ジメチルホルミド（ＤＭＦ），アセトン、アセトニトリル、およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）から選択される溶媒；
−または少なくとも１つのプロトン性溶媒および少なくとも１つの非プロトン性溶媒の混合物。
【００４９】
本発明の方法のグラフト化工程において少なくとも１つのラジカル体の形成を可能にする条件は、溶媒、少なくとも１つのナノチューブ、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する少なくとも１つの分子またはこうした分子の前駆体を含む反応混合物に、電圧を適用することなしに、ラジカル体形成を可能にする条件である。
これらの条件は、例えば、温度、溶媒の性質、特定の添加剤の存在、撹拌、圧力のようなパラメータを含むが、電流は、ラジカル体の形成中に関与しない。ラジカル体の形成を可能にする条件は、多数あり、このタイプの反応は、既知であり、先行技術に詳細に試験されている。
【００５０】
それにより、ラジカル体を形成するように脱安定化させるために、例えば、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１を保持する分子またはこの基の前駆体（またはこうした分子の前駆体）の熱的、動力学的、化学的、光化学的または放射線化学的環境に作用させることができる。もちろん、これらのパラメータのいくつかに対して同時に作用させることもできる。
本発明の範囲内において、本発明に従うグラフト化工程中のラジカル体を形成可能な条件は、通常、熱的条件、動力学的条件、化学的条件、光化学的条件、放射線化学的条件およびそれらの組み合わせによって形成される群から選択され、その条件に、分子またはその前駆体を供する。有利なことには、本発明に従う方法のグラフト化工程の範囲内において適用される条件は、熱的条件、化学的条件、光化学的条件、放射線化学的条件ならびに互いの組み合わせおよび／または動力学的条件との組み合わせによって形成される群から選択される。本発明の方法に従う方法のグラフト化工程の範囲内で適用される条件は、より詳細には化学的条件である。
【００５１】
熱的環境は、温度に依存する。当業者に慣用的に使用される加熱手段を用いて温度を制御することは容易である。恒温環境の使用は、反応条件を正確に制御できるので、特に有利である。
動力学的環境は、本質的に、システムの撹拌および摩擦力に対応する。ここでの問題は、分子自体の撹拌（結合の伸長など）ではなく、分子の全体的な動きである。
故に、このグラフト化工程の間、溶液Ｓ２は、機械的撹拌および／または超音波による処理に供される。第１の代替例において、グラフト化工程中に適用される懸濁液は、磁性撹拌器によって、および磁性棒によって高速回転に供され、これは５分〜２４時間、特に１０分〜１２時間、およびとりわけ１５分〜６時間の期間の撹拌である。第２の代替例において、グラフト化工程の間に適用される懸濁液は、典型的に５００Ｗの吸収および２５または４５ｋＨｚの周波数での超音波パンを用いることによって超音波処理に供され、これは、５分〜２４時間、特に１５分〜１２時間、およびとりわけ３０分〜６時間の期間の撹拌である。
【００５２】
最後に、種々の放射線、例えば、電磁放射線、γ線、ＵＶ線、電子線またはイオンビームの作用も、ラジカルを形成させるために十分、分子Ｍを脱安定化できる。使用される波長は、いかなる発明的努力も必要とせずに、使用される分子Ｍに従って選択される。例えば約３０６ｎｍの波長は、４−ヘキシルベンゼンジアゾニウムに使用される。
化学的条件の範囲内において、１つ以上の化学開始剤が反応媒体中で使用される。化学開始剤の存在は、多くの場合、上記で議論されたように、非化学的環境条件と組み合わせられる。通常、化学的開始剤は、その安定性が選択された環境条件の下で適用される分子または前駆体よりも小さく、不安定な形態になり、分子または前駆体に作用し、ラジカル体の形成を生じる。また、化学的開始剤の使用が可能であり、その作用は本質的には環境条件に関連せず、広範囲の熱またはさらには動力学的条件にわたって作用し得る。開始剤は、好ましくは反応環境、例えば使用される溶媒に適合される。
【００５３】
多くの化学的開始剤が存在する。３つのタイプが、一般に使用される環境条件に依存して区別される：
−熱開始剤であって、この最も一般的なものは、過酸化物またはアゾ化合物である。熱の作用下で、これらの化合物は解離してフリーラジカルになる。この場合、反応は、開始剤からラジカルを形成するために必要とされる温度に対応する最低温度にて行われる。このタイプの化学開始剤は、一般に、それらの分解動力学に依存して、特定の温度間隔にて特に使用される；
−照射によって引き起こされる放射線により励起される光化学または放射線化学開始剤（ほとんどの場合ＵＶによるだけでなく、γ線または電子線による）が、多少複雑な機構によってラジカル生成を可能にする。Ｂｕ３ＳｎＨおよびＩ２は、光化学または放射線化学開始剤に属する；
【００５４】
−本質的な化学開始剤であって、このタイプの開始剤は、ラジカルを形成可能にするために、標準の温度および圧力条件下で、分子またはその前駆体に素早く作用する。こうした開始剤は、一般に、酸化還元電位を有し、それは、反応条件下で使用されるこの分子または前駆体を還元するための電位未満である。故に、分子またはその前駆体の性質に依存して、これは、分子またはその前駆体の脱安定化を可能にするのに十分な割合での、還元性金属、例えば鉄、亜鉛、ニッケル；メタロセン；有機還元剤、例えば次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）またはアスコルビン酸；有機または無機塩基であってもよい。有利なことには、化学開始剤として使用される還元性金属は、微細に分割された形態、例えば金属ウール（より一般的には「スケール」とも呼ばれる）または金属削りくずである。一般に、有機または無機塩基が、化学開始剤として使用される場合、４以上のｐＨが一般に十分である。先に述べた電子線または重イオンビームおよび／または照射手段全体を用いて予め照射処理されたポリマーマトリックスのようなラジカル貯蔵体タイプの構造はまた、分子またはその前駆体を脱安定化し、それらからラジカル体の形成を導くために化学的開始剤としても使用されてもよい。
【００５５】
本発明に従う方法のグラフト化工程の間、カーボンナノチューブは、溶液Ｓ２の１．１０−５ｇ／ｍＬ〜１．１０−１ｇ／ｍＬ、および有利なことには溶液Ｓ２の１．１０−４ｇ／ｍＬ〜１．１０−２ｇ／ｍＬの量で、溶液Ｓ２中に存在する。
さらに、本発明に従う方法のグラフト化工程の間、使用される固体化合物、特にカーボンナノチューブおよび化学開始剤、例えば鉄ウールの濃度は、溶液Ｓ２の１．１０−５ｇ／ｍＬ〜１ｇ／ｍＬ、および有利なことには溶液Ｓ２の１．１０−４ｇ／ｍＬ〜１．１０−１ｇ／ｍＬの量で溶液Ｓ２中に存在する。
より詳細には、本発明に従う方法は、次の連続工程を含む：
ａ）場合により、いくつかのグラフェン層を有するカーボンナノチューブを、特に先に記載の条件下にてアニールする工程；
ｂ）工程（ａ）にて場合によりアニールされたナノチューブを、化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する少なくとも１つの分子またはこうした分子の少なくとも１つの前駆体を含む溶液Ｓ２と接触させる工程；
ｃ）このナノチューブ上に、この分子またはこの前駆体をグラフトさせるために工程（ｂ）の混合物を非電気化学条件に供する工程；
ｄ）工程（ｃ）の後に得られたグラフトされたナノチューブを回収し、２つの電極間に、特に誘電泳動によって堆積させる工程。
【００５６】
本発明に従う方法にて適用される所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する分子は、有利なことには、先に定義されたような分子Ｍである。
「この前駆体」とは、本発明の範囲内において、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこの基の前駆体を保持する分子の前駆体を意味する。
第１の代替例において、「この前駆体」とは、より詳細には、適用するのが容易な単一操作工程によって分子Ｍから分離される分子を意味する。
【００５７】
一般に、前駆体は、同じ環境条件下にて分子Ｍよりも高い安定性を有する。当業者は、種々の「分子Ｍの前駆体」／「分子Ｍ」対を認知する。故に、例えばアリールアミンは、アリールジアゾニウム塩の前駆体である。実際、簡便な反応により、例えば酸性水性媒体中のＮａＮＯ２を用いるまたは有機媒体中のＮＯＢＦ４を用いる反応によって、対応するアリールジアゾニウム塩を形成できる。
分子Ｍの前駆体として、特にアリールジアゾニウム塩の前駆体を挙げることができ、この分子の前駆体は次の式（ＩＩ）を有する：
Ｒ−ＮＨ２（ＩＩ）、
Ｒは、先に定義されたようなアリール基である。
【００５８】
本発明の範囲内で適用できる分子Ｍの前駆体としては、フェニルアミン、４−ニトロフェニルアミン、４−ブロモフェニルアミン、４−アミノフェニルアミン、２−メチル−４−クロロフェニルアミン、４−ベンゾイルベンゼンアミン、４−シアノフェニルアミン、４−カルボキシフェニルアミン、４−アセトアミドフェニルアミン、ジアゾニウム４−フェニル酢酸テトラフルオロボレート、２−メチル−４−［（２−メチル−フェニル）−ジアゼニル］アミン、９，１０−ジオキソ−９，１０−ジヒドロ−１−アントラセン−アミン、４−ニトロナフタレン−アミンおよびナフタレン−アミンによって形成される群から選択される前駆体を使用するのが特に有利であり、これらすべての化合物は、必要により、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体で置換されている。実際、上記で列挙した化合物のうち、特定の化合物は、所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を有していない場合、こうした基は、この化合物が本発明の範囲内で使用可能となるように、置換によってこうした基を化合物に導入しなければならないことは明らかである。
【００５９】
当業者は、発明的な努力を必要とせずに、適用される前駆体のタイプおよび得られるべき分子Ｍに依存して、方法のグラフト化工程（すなわち工程（ｃ））の間に、使用されるべき適切な条件を如何にして決定するかがわかる。故に、アミン機能のジアゾニウム機能への変換は、酸性水性媒体中のＮａＮＯ２によって、または有機媒体中のＮＯＢＦ４によって単一工程にて行われてもよい。
特に所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１を保持する分子がポリマーまたはコポリマーである場合に適用される第２の代替例において、その前駆体は次のものである：
−ラジカル経路を介して重合可能なモノマー、および特に先に定義された式（ＩＩ）のモノマー；
【００６０】
−またはラジカル反応を開始する接着剤プライマーであって、その反応により最終的にポリマーまたはコポリマーにすることができ、こうした接着剤プライマーは、分子Ｍが必ずしも所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する必要はない場合を除いて、先に定義された分子Ｍであってもよい；
−または、前駆体が必ずしも所与の化学化合物と反応できる基Ｇ１またはこうした基の前駆体を保持する必要はない場合を除いて、こうした接着剤プライマーの前駆体、およびより詳細には先に定義されたような分子Ｍの前駆体、
−または、これらの混合物の１つ。
【００６１】
分子Ｍ、分子Ｍの前駆体、接着剤プライマーまたは接着剤プライマーの前駆体の溶液Ｓ２中の量は、実験者が所望することに応じて変更できる。この量は、溶液Ｓ２内において、有利なことには、約１０−６〜５Ｍ、好ましくは５．１０−２〜１０−１Ｍである。
溶液Ｓ２中の重合可能なモノマーの量は、実験者が所望することに依存して変更できる。この量は、使用される溶液Ｓ２の溶媒中の関連モノマーの溶解度よりも大きくてもよく、例えば所与の温度、一般に室温または反応温度にて溶液Ｓ２中のモノマーの溶解度の１８〜４０倍を示してもよい。これらの条件下、溶液中のモノマー分子の分散を可能にする手段、例えば界面活性剤または超音波を使用するのが有利である。使用可能な界面活性剤は、特に、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤、両性界面活性剤および中性（非イオン性）界面活性剤、および特に国際出願ＷＯ２００８／０７８０５２［２２］に記載される界面活性剤である。
【００６２】
本発明に従う方法の工程（ｂ）中、カーボンナノチューブは、先に定義されたような少なくとも１つの分子Ｍまたは先に定義されたような分子の少なくとも１つの前駆体と接触させる。この接触は、化学反応における標準的な工程である。
本発明に従う方法の工程（ｃ）は、先に定義されたようなグラフト化工程に対応する。
グラフトされるべき分子またはその前駆体が溶液Ｓ２中に多量に存在する場合、グラフト化工程は、すべての分子がカーボンナノチューブに付着する前に停止してもよい。当業者は、グラフト化工程を停止できる種々の技術を認知し、工程（ｃ）において適用されるグラフトされるべき分子またはその前駆体に依存して最も好適な技術を如何にして決定するかがわかる。こうした技術の例として、溶液Ｓ２のｐＨの変化、特に塩基性溶液をそこに添加することによるもの（例えばｐＨが１０を超える塩基性の水）、溶液Ｓ２中に存在するグラフトされるべき分子またはその前駆体の除去（例えば、濾過による、沈殿により、または錯化によるもの）を挙げることができる。
【００６３】
本発明に従う調製方法において、工程（ｄ）は、まず最初に、工程（ｃ）の後に、グラフトされたカーボンナノチューブを、溶液Ｓ１にそれらを配置する前に回収し、先に記載されたような電極にそれらを堆積させることからなる。カーボンナノチューブの回収を可能にする任意の技術は、本発明の範囲内で適用できる。
例として、工程（ｃ）において適用される溶液の濾過による、特にテフロン膜または折り畳まれたクレープの状態の紙フィルターを用いることによる、ナノチューブの回収を挙げることができる。この濾過工程を数回繰り返すことが必要な場合がある。
さらに、それによって回収されたグラフトされたカーボンナノチューブを懸濁させる前に、これらのナノチューブの乾燥が考慮できる。この乾燥工程は、８０℃〜１５０℃、および特に１００℃〜１３０℃の温度にてオーブンまたはストーブ中で適用されてもよい。
【００６４】
本発明の他の特徴および利点はさらに、添付の図面を参照して、限定としてではなく例示として以下に与えられる実施例を通して読む際に当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に従うデバイスの原理の概略図である。
【図２】誘電泳動を用いてまたは用いずに電極上に堆積させた液滴（液滴あたり８μＬ）の数に対するセンサの初期抵抗を示す。
【図３】懸濁液滴の堆積後の誘電泳動による（図３Ａ）、および１６個の懸濁液滴を堆積させた後に誘電泳動を用いない（図３Ｂ）、互いにかみ合った電極上に堆積された多層カーボンナノチューブの光学顕微鏡画像を示す。
【図４】懸濁液滴（５ｍｇ／Ｌ）を堆積させた後の誘電泳動により互いにかみ合った電極上に堆積させた多層カーボンナノチューブの光学顕微鏡画像を示すが、このカーボンナノチューブは、粗製（図４Ａ）またはアニールされている（図４Ｂ）のいずれかである。
【図５】「粗製」および「アニールされた」ナノチューブに基づくセンサの１００ｐｐｂ（窒素で希釈）の含有量における塩素検出に関する曲線を示す。規格化された抵抗、すなわち初期抵抗で除した測定抵抗を、分で表現される時間に対して縦座標にプロットする。
【図６】アニールされたナノチューブに基づく本発明に従うセンサの手段によって２７ｐｐｂ（窒素で希釈）の含有量における塩素検出に関する曲線を示す。規格化された抵抗、すなわち初期抵抗で除した測定抵抗を、分で表現される時間に対して縦座標にプロットする。
【図７】「粗製」ナノチューブ（図７Ａでは矢印はナノチューブのコアにおける鉄系粒子の存在を示す）、機能化された「粗製」ナノチューブ（図７Ｂ）、アニールされたナノチューブ（鉄の除去）（図７Ｃ）および機能化されたアニールされたナノチューブ（図７Ｄ）の走査電子顕微鏡画像を示す。
【図８】基−Ｐｈ−ＣＨ２−ＮＨ２によって機能化された粗製マルチシートのカーボンナノチューブ（図８Ａ）、またはアニールされ、基−Ｐｈ−ＣＨ２−ＮＨ２で機能化されたマルチシートのカーボンナノチューブ（図８Ｂ）の光学顕微鏡画像を示す。
【図９】「粗製」ナノチューブに基づくセンサと、機能化されたナノチューブに基づく本発明に従うセンサとの間の、１００ｐｐｂ（窒素で希釈）含有量における塩素検出に関する曲線の比較を示す。
【図１０】アニールされたナノチューブに基づくセンサと、アニールされ、機能化されたナノチューブに基づく本発明に従うセンサとの間の、１００ｐｐｂ（窒素で希釈）含有量における塩素検出に関する曲線の比較を示す。
【図１１】機能化されたナノチューブに基づく、アニールされているか、アニールされていないかのいずれかである本発明に従うセンサ間の、１００ｐｐｂ（窒素で希釈）含有量における塩素検出に関する曲線の比較を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
実施例１：長いマルチシートのカーボンナノチューブの懸濁液の調製
イソプロパノール中の異なる濃度（１〜１００ｍｇ／Ｌ）の長いマルチシートのカーボンナノチューブ（４００μｍ）の懸濁液を、超音波プローブを用いて調製する。この実施例において、懸濁液を２５０Ｗの出力の超音波に８分間供する。１０ｍｇ／Ｌまで、懸濁液は、数時間（視覚的に）安定である。
より濃縮された懸濁液に関して、ナノチューブの凝集または沈降が数十分後に見られる。５〜１０ｍｇ／Ｌのナノチューブ濃度を有する懸濁液は、非機能化ナノチューブの使用に基づくセンサを製造するために使用される。
それらについて、機能化されたナノチューブの懸濁液は、１００ｍｇ／Ｌ未満の濃度において、数時間またはさにらは数日イソプロパノール中で安定である。２０〜１００ｍｇ／Ｌの範囲のナノチューブ濃度を有する懸濁液は、機能化されたナノチューブに基づくセンサを調製するために使用される。
【００６７】
実施例２：本発明に従うセンサの調製中での誘電泳動の効果
適用される誘電泳動条件は、５ＭＨｚで正弦曲線状に変化する２０Ｖのピークからピークの電圧である。
誘電泳動ありおよびなしで、電極上に堆積した液滴（液滴あたり８μＬ）の数に依存するセンサの初期抵抗を調査した（図２）。両方のセンサに使用される懸濁液のナノチューブ濃度は５ｍｇ／Ｌである。
この実施例において、誘電泳動を用いると、適切な初期抵抗値を得るために堆積させる液滴の数を１６倍低減できる。
【００６８】
さらに、懸濁液滴を堆積させた後、誘電泳動により互いにかみ合った電極に堆積した多層カーボンナノチューブの光学顕微鏡画像から、ナノチューブが外見上個々にあり、電極に対して垂直に優先的に配向していることが明らかである（図３Ａ）。反対に、１６個の懸濁液滴を堆積させた後、誘電泳動を用いずに互いにかみ合った電極に堆積させた多層カーボンナノチューブの光学顕微鏡画像に見られるように、ナノチューブはクラスターとして組織化されている（図３Ｂ）。
【００６９】
実施例３：カーボンナノチューブでのアニールの効果
この実施例は、「粗製」カーボンナノチューブに基づくデバイスと、アルゴン下、２，０００℃で１時間アニールされたカーボンナノチューブに基づくデバイスとを比較することを目的とする。
図４Ａおよび４Ｂは、１つの懸濁液滴（５ｍｇ／Ｌ）を堆積させた後、誘電泳動により互いにかみ合った電極に堆積させた「粗製」または「アニールされた」多層カーボンナノチューブそれぞれに関して得られた光学顕微鏡画像である。
【００７０】
１００ｐｐｂの含有量にて窒素中に希釈された塩素に対して、「粗製」および「アニールされた」ナノチューブに基づくこうしたセンサの感度も比較した。図５に示される結果は、「アニールされた」ナノチューブに基づくセンサの５０分での感度（Ｓ＝（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０）＊１００）は、「粗製」ナノチューブに基づくセンサの場合と比較した場合に、２倍大きい（２６対１２．５）。
さらに２７ｐｐｂの含有量で窒素中に希釈された塩素に対する、「アニールされた」ナノチューブに基づくセンサの５０分にて測定された感度（Ｓ＝（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０）＊１００）は、７％である（図６）。
【００７１】
実施例４：−Ｐｈ−ＣＨ２−ＮＨ２基によって機能化されたマルチシートのカーボンナノチューブに基づくセンサの精密化
ナノチューブの機能化は、以降に記載される手順に従って行われる。
１５ｍｇのナノチューブを、３．１０−３モルの４−アミノベンジルアミンを用いて、０．５ＭのＨＣｌ３０ｍＬ中にて、２５０Ｗで８分間超音波処理に供する。次いでこの混合物に、蒸留水３０ｍＬ中に溶解した亜硝酸ナトリウム３．１０−３モルを添加した。４ｇの鉄粉末を全体に添加し、それを超音波パンに移す。
９０分の反応後、鉄粉末は、磁性棒によって除去され、混合物を濾過し、次いでエタノール、アセトンおよび蒸留水で完全に洗浄する。次いでナノチューブを１２０℃のオーブン中で乾燥させる。機能化されたナノチューブを、２０〜１００ｍｇ／Ｌの量で、イソプロパノールを用いて２５０Ｗで８分間の超音波処理に再び供する。懸濁液は、数時間またはさらには一日安定である。
【００７２】
機能化されている、または、されていないのいずれかである粗製または「アニールされた」ナノチューブを、透過電子顕微鏡によって観察する。鉄系粒子は、機能化されていない「粗製」ナノチューブのコアに存在し（図７Ａ）、ポリマー薄層（＜１０ｎｍ）は、機能化された「粗製」ナノチューブの表面を覆う（図７Ｂ）。鉄は、「アニールされた」ナノチューブから除去され（図７Ｃ）、ポリマー薄層（＜２０ｎｍ）は、機能化された「アニールされた」ナノチューブの表面を覆う。
粗製または「アニールされた」機能化（−Ｐｈ−ＣＨ２−ＮＨ２）マルチシートのナノチューブは、それぞれ２０ｍｇ／Ｌおよび４０ｍｇ／Ｌ懸濁液（図８Ａおよび８Ｂ）を用いて、３つの液滴（８μＬ）による誘電泳動により互いにかみ合った電極上に堆積させた。
【００７３】
機能化は、機能化されていない粗製ナノチューブに基づくセンサと比較した場合、センサにおいて、１００ｐｐｂの含有量で窒素中に希釈した塩素に対して、１２０％の感度（Ｓ＝（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０）＊１００）増加（２００分にて）を導く（図９）。
機能化は、機能化されていない「アニールされた」ナノチューブに基づくセンサと比較して、「アニールされた」機能化ナノチューブに基づくセンサにおいて、１００ｐｐｂの含有量で窒素中に希釈した塩素に対して、３５％の感度（Ｓ＝（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０）＊１００）増加（２００分にて）を導く（図１０）。
「アニールされた」および機能化されたナノチューブに基づくセンサは、予めアニールされていないが、機能化されたナノチューブに基づくセンサと比較した場合、１００ｐｐｂの含有量で窒素中に希釈した塩素に対して、４０％の感度（Ｓ＝（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０）＊１００）増加（２００分にて）を有する（図１１）。
【００７４】
引用文献
［１］Ｎｉｉｚｅｋｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １４５  （１９９８）  ２４４５‐２４４７  “Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓｏｌｉｄ‐ｓｔａｔｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ｃｈｌｏｒｉｎｅ  ｇａｓ”．
［２］Ｂａｎｅｔ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ  ８３  （２００７）  １５４１  “Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｐｒｏｂｅｓ  ｆｏｒ  ａ  ｆａｓｔ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｈｌｏｒｉｎｅ  ｇａｓ  ａｔ  ｐｐｂ  ｌｅｖｅｌ”．
［３］Ｂｅｎｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  ７７  （２００１）  ２８１−２８６  “Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ＷＯ３  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｃｈｌｏｒｉｎｅ  ｓｅｎｓｏｒ”．
［４］Ｗｅｉ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  １０１  （２００４）  ８１‐８９  “Ａ  ｎｏｖｅｌ  ＳｎＯ２  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｄｏｐｅｄ  ｗｉｔｈ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ａｔ  ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ”．
［５］Ｂｉｔｔｅｎｃｏｕｒｔ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  １１５  （２００５）  ３３  “ＷＯ３  ｆｉｌｍｓ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｗｉｔｈ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｓｅｄ  ｍｕｌｔｉ‐ｗａｌｌ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ：Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ，  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ  ａｎｄ  ｇａｓ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｓｔｕｄｉｅｓ”．
［６］特許出願ＵＳ２００７／０１４５３５６（Ａｍｌａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．）  ２００７年７月２８日発行
［７］Ｋｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８７  （２０００）  ６２２  “Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｉｒｅｓ  ａｓ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ”．
［８］Ｑｉ  ｅｔ  ａｌ.  Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ  ３  （２００３）  ３４７  “Ｔｏｗａｒｄ  Ｌａｒｇｅ  Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”．
［９］Ｊａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ｂ  ９９  （２００４）  １１８  “Ａ  ｓｉｍｐｌｅ  ａｐｐｒｏａｃｈ  ｉｎ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｌａｔｅｒａｌｌｙ  ｇｒｏｗｎ  ｍｕｌｔｉ‐ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”．
［１０］Ｖａｌｅｎｔｉｎｉ  ｅｔ  ａｌ.  Ａｐｐｌ.  Ｐｈｙｓ.  Ｌｅｔｔ．  ８２  （２００３）  ９６１  “Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ｓｕｂ‐ｐｐｍ  ＮＯ２  ｇａｓ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ”．
［１１］Ｒｏｙ  ｅｔ  ａｌ．  Ｖａｃｕｕｍ  ７７  （２００５）  ２２３  “Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｓｅｎｓｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ  ａｎｄ  ｎａｎｏｆｉｂｒｅｓ  ｆｏｒ  ｍｅｔｈａｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”．
［１２］Ｌｉ  ｅｔ  ａｌ．  ＩＥＥＥ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ６  （２００６）  １０４７‐１０４９  “Ｎａｎｏ‐Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  Ｗｉｔｈ  Ｐｏｌｙｍｅｒ‐Ｃｏａｔｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ”．
［１３］Ｗａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．  Ｄｉａｍ．  Ｒｅｌａｔ．  Ｍａｔｅｒ．  １３  （２００４）  １３２７  “Ｍｕｌｔｉ‐ｗａｌｌｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ−ｂａｓｅｄ  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  ＮＨ３  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ”．
［１４］Ｓｕｅｈｉｒｏ  ｅｔ  ａｌ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ  Ｄ：Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ  ３６（２００３）  １０９  “Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ‐ｂａｓｅｄ  ｇａｓ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｉｔｓ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ａｍｍｏｎｉａ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｂｙ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”．
［１５］国際出願ＷＯ２００５／０２６６９４（ＮＡＮＯＭＩＸ，ＩＮＣ．）  ２００５年３月２４日発行
［１６］国際出願ＷＯ２００５／０６２０３１（ＮＡＮＯＭＩＸ，ＩＮＣ．）  ２００５年７月７日発行
［１７］特許出願ＵＳ２００６／０２６３２５５（Ａｍｌａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．）  ２００６年１１月２３日発行
［１８］米国特許７，３１２，０９５（ＮＡＮＯＭＩＸ，ＩＮＣ．）  ２００７年１２月２５日発行
［１９］国際出願ＷＯ２００４／０００７２７（ＣＥＡ）  ２００３年１２月３１日発行
［２０］国際出願ＷＯ２００５／０３３３７８（ＣＥＡ）  ２００５年４月１４日発行
［２１］国際出願ＷＯ２００６／０９７６１１（ＣＥＡ）  ２００６年９月２１日発行
［２２］国際出願ＷＯ２００８／０７８０５２（ＣＥＡ）  ２００８年７月３日発行
【図１】
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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６】
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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１１】
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