(57)【要約】      （修正有）【課題】検出能力を改善するために、ガスセンサの接触表面の表面積を増加させる。【解決手段】圧電性基板と基板１５４上に配置された第１のポリマー層１５５Ａとを含み、第１のポリマー層が基板に接触する第１の表面を有し、第２の表面が第１の表面より大きい表面積を有し、第１のポリマー層が大気中に存在する分子を吸着するのに効果的である反復単位を含むガスセンサとする。【選択図】図２（Ａ）
2018109614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサであって、
圧電性基板と、
前記基板上に配置された第１のポリマー層と、を含み、前記第１のポリマー層は、基板に接触する第１の表面と、前記第１の表面より大きい表面積を有する第２の表面とを有し、前記第１のポリマー層が、大気中に存在する分子を吸着するのに効果的である反復単位を含む、ガスセンサ。
【請求項２】
前記第１のポリマー層が、周囲のガス状分子との水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受けるように機能する反復単位を有する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記第１のポリマー層が、エッチングに供されるポリマーの残渣を含む、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記第１のポリマー層が、コポリマーの少なくも１つのブロックを除去するようにエッチングに供されるブロックコポリマーの残渣を含む、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項５】
前記第１のポリマー層が、ブロックコポリマーの１つのブロックから形成され、前記第２の表面が、前記ブロックコポリマーの第２のブロックと接触する、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項６】
前記第１のポリマー層が、ブロックコポリマーの１つのブロックから形成され、前記第２の表面が、大気に曝露される、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項７】
前記反復単位が、窒素含有基またはカルボキシレート含有基を含む、請求項５または６のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項８】
前記窒素含有基が、アミン基、アミド基、及びピリジン基から選択される、請求項７に記載のガスセンサ。
【請求項９】
前記第２の表面が、テクスチャ加工され、前記テクスチャ加工が、前記第１のポリマー層からブロックを除去することによって得られる、請求項６に記載のガスセンサ。
【請求項１０】
前記第２の表面が、前記第１の表面の表面積より少なくとも２倍大きい表面積を有する、請求項９に記載のガスセンサ。
【請求項１１】
前記基板上に配置され、前記第１のポリマー層の固着を容易にする表面改質層をさらに含み、前記表面改質層が、オーバーコーティングされたブロックコポリマー内に垂直配列形態の形成を容易にするランダムコポリマーを含む、請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項１２】
前記第１のポリマー層上に配置された第２のポリマー層をさらに含み、前記第２のポリマー層の自由表面がテクスチャ加工され、前記第２のポリマー層が、窒素含有基、カルボキシレート含有基、カルボン酸含有基、炭化水素含有基、またはそれらの組み合わせを含む反復単位を含む、請求項５または６のいずれか一項に記載のガスセンサ。
【請求項１３】
ガスセンサの製造方法であって、
圧電性基板上に、第１の表面及び第２の表面を有する第１のポリマー層を配置することを含み、前記第２の表面が、前記第１の表面より大きい表面積を有し、前記第１のポリマー層が、周囲のガス状分子との水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受けるように機能する反復単位を含む、方法。
【請求項１４】
ガスの検出方法であって、
ガスセンサをガス状分子と接触させることであって、前記ガスセンサが、
圧電性基板と、
前記基板上に配置された第１の表面及び第２の表面を有する第１のポリマー層と、を含み、前記第２の表面が、前記第１の表面より大きい表面積を有する、接触させることと、
前記ガス分子と前記第１のポリマー層との間に水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、または静電相互作用のうちの少なくとも１つを形成することと、
前記水素結合、前記ファンデルワールス相互作用、前記π−π相互作用、及び／または前記静電相互作用の前記形成の前と後との前記センサの差に基づいて、前記ガス分子の同一性を決定することと、を含む、方法。
【請求項１５】
前記差が、振動差、重量差、または導電率の差である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、ガスセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
ガスセンサは、家庭及び工業界における有害なガス、不要なガス、及び不快なガスの存在を検出するために使用される。かかるガスの例は、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、硫化水素、アミン、オゾン、アンモニア、ベンゼン等である。これらの有害なガスを検出するために、ガスとの水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、及び静電相互作用等の弱い相互作用を有する官能化ポリマーが使用される。これらの官能化ポリマーは概して、化学センサ内に使用される圧電性センサと直接接触するセンサ電極の表面にコーティングされる。
【０００３】
この検出プロセス中、捕捉された有害なガス、不要なガス、及び不快なガスからの重量変化が、圧電性プロセスによって電流に転換される。したがって、ガスセンサの感度は、センサの検出表面に接触するガスの量に依存する。したがって、検出能力を改善するために、センサの接触表面の表面積を増加させることが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
圧電性基板及び基板上に配置された第１のポリマー層を含み、第１のポリマー層が基板に接触する第１の表面を有し、第２の表面が第１の表面より大きい表面積を有し、第１のポリマー層が大気中に存在する分子を吸着するのに効果的である反復単位を含む、ガスセンサが、本明細書に開示される。
【０００５】
圧電性基板上に、基板に接触する第１の表面及び第１の表面より大きい表面積を有する第２の表面を有する第１のポリマー層を配置することを含み、第１のポリマー層が、周囲のガス状分子との、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受けるように機能する反復単位を有する、ガスセンサの製造方法も、本明細書に開示される。
【０００６】
圧電性基板と、基板に接触する第１の表面及び第１の表面より大きい表面積を有する第２の表面を有する第１のポリマー層とを含むガスセンサをガス状分子と接触させることと、ガス分子と第１のポリマー層との間に、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、または静電相互作用のうちの少なくとも１つを形成することと、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、及び／または静電相互作用の形成の前と後とのセンサの差に基づいて、ガス分子の同一性を決定することと、を含む、ガスの検出方法が、本明細書に開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ガス検知装置アセンブリの例示的な分解図を描写する。
【図２（Ａ）】その上に配置された第１及び第２のポリマー層を有する基板の１つの例示的な実施形態を描写する。
【図２（Ｂ）】その上に配置された第１及び第２のポリマー層を有する基板の別の例示的な実施形態を描写する。
【図３】異なる溶解パラメータを有する分子を描写する。
【図４】検知要素の別の製造方法を描写する。
【図５】検知要素の別の製造方法を描写する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で使用されるとき、「相分離」は、「ミクロドメイン」または「ナノドメイン」とも称され、また単に「ドメイン」とも称される、個別のミクロ相分離ドメインを形成するブロックコポリマーのブロックの傾向を指す。同じモノマーのブロックが集まり、周期ドメインを形成し、ドメインの間隔及び形態は、ブロックコポリマー内の異なるブロック間の相互作用、サイズ、及び体積分率に依存する。ブロックコポリマーのドメインは、スピンキャスティングステップの間、加熱ステップの間等の適用中に形成しても、アニーリング工程によって調整されてもよい。本明細書で「ベーキング」とも称される「加熱」は、基板及びその上のコーティング層の温度を周囲温度よりも上昇させる一般的な工程である。「アニーリング」としては、熱アニーリング、熱勾配アニーリング、溶媒蒸気アニーリング、または他のアニーリング方法が挙げられ得る。しばしば「熱硬化」として称される熱アニーリングは、ブロックコポリマー組織の層において、パターンを固定し、欠陥を除去するための特異的なベーキング工程であり得、概して、膜形成工程の終わりまたは終わり近くで、高温（例えば、１５０℃〜４００℃）で、長時間（例えば、数分〜数日間）加熱することに関与する。アニーリングは、行われる場合、ミクロ相分離ドメインの層（以降、「膜」として称する）における欠陥を減少または除去するために使用される。
【０００９】
自己組織化層は、相分離によってドメインを形成する、少なくとも第１のブロック及び第２のブロックを有するブロックコポリマーを有する。「ドメイン」は、本明細書で使用されるとき、ブロックコポリマーの対応するブロックによって形成される小型の結晶、半結晶、または非晶領域を意味し、これらの領域は、ラメラ状、円筒形、球状であり得るか、または共連続ネットワークを形成し得、基板上に配置された基板の表面及び／または表面改質層の面に対して、直交もしくは垂直に形成されるか、または代替的に、基板に対して平行もしくは同一面内に形成される。一実施形態において、ドメインは、約２〜約７５ナノメートル（ｎｍ）、具体的には約４〜約５０ｎｍ、さらにより具体的には約７〜約３０ｎｍの平均最大寸法を有し得る。
【００１０】
本発明のブロックコポリマーに関連して、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語「ＭＮ」は、本明細書の実施例で使用の方法に従って決定される、ブロックコポリマーの数平均分子量（ｇ／モル）である。
【００１１】
本発明のブロックコポリマーに関連して、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語「ＭＷ」は、本明細書の実施例で使用の方法に従って決定される、ブロックコポリマーの重量平均分子量（ｇ／モル）である。
【００１２】
本発明のブロックコポリマーに関連して、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語
【００１３】
2018109614.tif 000003
【００１４】
は、以下の等式に従って決定される、ブロックコポリマーの多分散（多分散指数または単に「分散度」とも称される）である。
【００１５】
【数１】
2018109614.tif 000004
【００１６】
大気中の望ましくない有害なガスの検出の感度を改善するガスセンサ及びガスセンサのためのセンサ要素が、本明細書に開示される。センサ要素は、その上に第１のポリマー層が配置されている基板を備える。一実施形態において、基板は、センサ要素の重量変化を電気信号に変換する圧電性基板（結晶）である。別の実施形態において、検知要素は、ポリマー層を通って移動する電流の変化によりガス分子の検出を容易にする。第１のポリマー層は、基板に接触する第１の表面、及び第１の表面より大きい表面積を有する、第１の表面に対向する第２の表面を有する。例示的な一実施形態において、第２の表面は、テクスチャ加工された表面を有する。テクスチャは、テクスチャ加工されていない同一の表面を著しく上回って表面積を増加させる。第２の表面は、大気に曝露される。
【００１７】
一実施形態において、第１のポリマー層は、分離相に相分離するコポリマーを有する。相のうちの１つが除去（例えば、エッチング）されて、テクスチャ加工された表面を有する第１のポリマー層が残る。コポリマーの相のうちの１つの除去後、第２のポリマー層は、任意選択で、テクスチャ加工された第１のポリマー層上に配置されてもよい。第１のポリマー層は、ラメラ状、円筒形、球状、及び規則正しいかまたは規則正しくない共連続（フィンガープリントとしても知られる）形態への相分離を受け得る。一実施形態において、ガスセンサは、単一のポリマー層、つまりテクスチャ加工された第１のポリマー層のみを含む。
【００１８】
ガス分子が第１のポリマー層または任意選択の第２のポリマー層の自由表面に接触するとき（自由表面が周囲大気に接触する表面である場合）、ガス分子は、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせによって自由表面と相互作用し、これは、センサ要素の重量を増加させる。圧電性結晶は、検知要素の重量差を電気信号に変換し、電気信号は次に、有害ガスの同一性を決定するために使用される。
【００１９】
図１は、センサ要素１５０及びハウジング１６０を備えるガス検知装置アセンブリ１００の分解図を示す。センサ要素１５０は、目的の流体成分と相互作用して、元の多層コーティングとは異なる質量特性の相互作用生成物をもたらす第１のポリマー層及び任意選択の第２のポリマー層１５５（以降、多層コーティング１５５）でコーティングされている基板１５４を備える。一実施形態において、基板１５４は、圧電性結晶を備える。
【００２０】
その上に配置された多層コーティングを有する基板１５４（本明細書ではコーティング基板とも称される）は、プラグ部材１５２に装着され、コーティング基板が空洞１６２の中に延在する状態でプラグ部材がハウジング１６０に係合されるときに、基板１５４のそれぞれのリードはプラグ部材の外に突出する。ハウジング１６０は、開口１６４を特徴付け、それによって、ガスは、センサ要素１５０を含有する空洞１６２の中へ流れ得る。図１の正面斜視図には示されていないが、ハウジング１６０は、センサ要素１５０を通過して流れる流体成分をハウジングから排出するために、開口１６４に対向し、かかる開口に対して位置決めされた別の開口をその中に有する。
【００２１】
センサ要素１５０のリード１５６及び１５８は、図１において電子機器モジュール１６６として概略的に示される好適な電子機器に接触してもよく、それによって、有害ガス種の存在濃度が検出され得る。電子機器モジュール１６６は、ワイヤ１６３及び１６５によって、それぞれセンサ要素リード１５６及び１５８に接触する。
【００２２】
電子機器モジュール１０６は、（ｉ）振動電場が印加されている間の圧電性結晶の出力共鳴周波数をサンプリングする、（ｉｉ）センサ材料が監視されている流体中のガス種と相互作用するときの相互作用生成物の形成に起因する、基本共鳴周波数からの共鳴周波数の変化を決定する、及び（ｉｉｉ）かかる流体中のガス種の存在を示す出力を発生させる、機能を提供する。
【００２３】
図１に示されるセンサアセンブリの具体的な実施形態では、ハウジング１６０は、その中に機械加工されたセンサ要素１５０の挿入のための空洞１６２と、センサを通って流れるように監視されているガスのための２つの貫通開口（開口１６４、及び図１には示されていない対向する開口）とを有する金属またはプラスチックのハウジングを備えてもよい。流れ規制開口部が、このハウジングの本体内にある。フロントエンドドライバ電子機器は、センサアセンブリの脚（リード１５６及び１５８）に直接差し込まれる。
【００２４】
図２（Ａ）及び２（Ｂ）は、その上に配置された多層コーティング１５５を有する基板１５４を示す。好適な基板１５４は、圧電性特性を示すものである。かかる基板の例は、石英、ベルリナイト（ＡｌＰＯ４）、トパーズ、トルマリングループ鉱物、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、石英様結晶；オルトリン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、同様に石英様結晶；ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、より一般的にはＰＺＴとして知られるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ［ＺｒｘＴｉ１−ｘ］Ｏ３、０≦ｘ≦１）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ２ＷＯ３）、Ｂａ２ＮａＮｂ５Ｏ５、Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等、またはそれらの組み合わせである。
【００２５】
多層コーティング１５５は、第１のポリマー層１５５Ａ及び第２のポリマー層１５５Ｂを備える。第１のポリマー層１５５Ａは、対向する表面１５７及び１５９を有し、表面１５７（以降、第１の表面１５７）は、基板１５４に接触する。任意選択の表面改質層１４１が、基板１５４上に配置されてもよい。後で詳述されるように、表面改質層は、任意選択であり、基板１５４に共有結合されてブラシポリマーを形成するランダムコポリマーを含む。第２の表面１５９は、テクスチャ加工され、任意選択の第２のポリマー層１５５Ｂに接触する。テクスチャ加工された第２の表面１５９は、ジグザグテクスチャ、矩形波テクスチャ、正弦曲線テクスチャ等、またはそれらの組み合わせであり得る。
【００２６】
一実施形態において、任意選択の第２のポリマー層１５５Ｂは、第１の表面１６１及び第２の表面１６３を有する。第２のポリマー層１５５Ｂの第１の表面１６１は、第１のポリマー層１５５Ａの第２の表面１５９に接触する。一実施形態において、第２のポリマー層１５５Ｂの第２の表面１６３は、第２のポリマー層１５５Ｂの第２の表面１５９に対して平行である。
【００２７】
第１のポリマー層１５５Ａは、少なくとも２つの異なる反復単位を含み、各反復単位がポリマーの一部である、コポリマーである。したがって、コポリマーは、２つ以上の異なるポリマーを含む。一実施形態において、コポリマーは、第１のポリマー及び第２のポリマーを含む。第１のポリマーと第２のポリマーとの間の相互作用を測定するカイパラメータは、２００℃の温度で、０．００３〜０．１５である。コポリマーは、ブロックコポリマー（例えば、ジブロックコポリマーまたはトリブロックコポリマー）、交互コポリマー、ランダムコポリマー、勾配コポリマー、グラフトコポリマー、星型ブロックコポリマー、イオノマー、ボトルブラシコポリマー、または前述のポリマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせであり得る。例示的な一実施形態において、コポリマーは、ブロックコポリマーである。
【００２８】
コポリマーが第１のポリマー（第１の反復単位を含む）及び第２のポリマー（第２の反復単位を含む）を有するブロックコポリマーである場合、第１のポリマーと第２のポリマーとの間の相互作用を測定するカイパラメータは、２００℃の温度で、０．００３〜０．１５である。
【００２９】
換言すると、第１の層１５５Ａを形成するコポリマーは、第１のポリマー及び第２のポリマーを含み、第１のポリマー及び第２のポリマーは、化学的に異種であり、かつ一方のポリマーを他方のポリマーの中に溶解させるときのエネルギーペナルティ（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ  ｐｅｎａｌｔｙ）によって特徴付けられる。ブロックコポリマーにおいて、このエネルギーペナルティは、一方のブロックポリマーを他方のブロックポリマーの中へ溶解させる際に適用される。このエネルギーペナルティは、フローリー・ハギンズの相互作用パラメータ、または「カイ」（χで示される）によって特徴付けられ、かつブロックコポリマーにおけるミクロ相の分離挙動を決定する際に重要な要因である。したがって、ブロックコポリマーのχ値は、そのブロックコポリマーが、ブロックコポリマーの重量、鎖長、及び／または重合度に応じて、ミクロドメインへ分離する傾向を定義する。カイパラメータは、多くの場合、コポリマーのそれぞれのポリマーのＨｉｌｄｅｂｒａｎｄの溶解パラメータの差の二乗から近似され得る。例示的な一実施形態においては、カイパラメータは、２００℃の温度で０．００３〜０．１５の値を有する。
【００３０】
本明細書で使用されるとき、χパラメータは、０．１１８立方ナノメートル（ｎｍ３）のセグメント体積に関連付けられたセグメント間相互作用パラメータを示す。セグメントの分子量Ｍｏ（ｇ／モルの単位）は、ポリマー密度を乗じ、アボガドロ数で割ったセグメント体積に等しい。また本明細書で使用されるとき、重合度Ｎは、ブロックコポリマー分子当たりのセグメント数として定義され、ＭＮ＝Ｎ×Ｍｏである。
【００３１】
コポリマーの第１のブロックとコポリマーの第２のブロックとの間のより大きなカイパラメータは、より小さな、高度に周期的なラメラ状及び／または円筒形のドメインの形成を促進し、これは、コポリマーが配置される基板内に周期的な構造を生成させるために使用され得る。
【００３２】
カイパラメータχ１２はまた、以下の等式によって表すことができる。
【００３３】
【数２】
2018109614.tif 000005
【００３４】
式中、χ１２は、カイパラメータを表し、Ｖｓｅｇは、セグメント体積であり、δａ及びδｂは、それぞれ第１のポリマー及び第２のポリマーの溶解パラメータであり、Ｒは、気体定数であり、Ｔは、温度である。ブロックコポリマーについて、δａ及びδｂは、それぞれ第１のポリマー及び第２のポリマーの溶解パラメータである。図３は、異なるポリマーの溶解パラメータの変動の例示的描写である。ポリビニルピリジン（ポリ（４−ビニルピリジン）及びポリ（２−ビニルピリジン）など）は、比較的高い溶解パラメータを有するが、ジアルキルシロキサンポリマーは、比較的低い溶解パラメータを有する。
【００３５】
一実施形態において、第１のポリマー及び第２のポリマーは、ポリアセタール、ポリアクリル酸、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルファイド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンゾオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジーノフェノチアジン、ポリベンゾオキサゾール、ポリピラジノキノキサリン（ｐｏｌｙｐｙｒａｚｉｎｏｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅ）、ポリピロメリットイミド、ポリキノキサリン、ポリベンゾイミダゾール、ポリオキシインドール、ポリオキソイソインドール、ポリジオキソイソインドール、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリピロリドン、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリ無水物、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ハロゲン化ポリビニル、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリノルボルネン、ポリ硫化物、ポリチオエステル、ポリスルフォンアミド、ポリ尿素、ポリホスファゼン、ポリシラザン、ポリウレタン等、または前述のポリマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせからなる群から選択される（カイパラメータが、２００℃の温度で、０．００１０〜０．１５０の値を有する）異なるポリマーであり得る。
【００３６】
一実施形態において、第１または第２のブロック（しかしながら第１及び第２のブロックの両方ではない）は、式（１）によって表せる構造を有する、アクリレートまたはアクリル酸のモノマーに由来するポリマーを含み得、
【００３７】
【化１】
2018109614.tif 000006
【００３８】
式中、Ｒ１は、１〜１０個の炭素原子を有する、水素またはアルキル基である。第１の反復モノマーの例は、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、アクリル酸等、または前述のアクリレートのうちの少なくとも１つを含む組み合わせ等のアクリレート及びアルキルアクリレートである。
【００３９】
一実施形態において、第１または第２のブロック（しかしながら第１及び第２のブロックの両方ではない）は、式（２）によって表せる構造を有するアクリレートモノマーに由来するポリマーを含み得、
【００４０】
【化２】
2018109614.tif 000007
【００４１】
式中、Ｒ１は、１〜１０個の炭素原子を有する、水素またはアルキル基であり、Ｒ２は、Ｃ１−１０アルキル、Ｃ３−１０シクロアルキル、またはＣ７−１０アラルキル基である。（メタ）アクリレートの例は、メタクリレート、エタクリレート、プロピルアクリレート、メチルメタクリレート、メチルエチルアクリレート、メチルプロピルアクリレート、エチルエチルアクリレート、メチルアリールアクリレート等、または前述のアクリレートのうちの少なくとも１つを含む組み合わせである。用語「（メタ）アクリレート」は、別様に指定されない限り、アクリレートまたはメタクリレートのいずれかが企図されているということを含意する。
【００４２】
上で示されるように、第１または第２のブロック（しかしながら第１及び第２のブロックの両方ではない）は、式（３）によって表せる構造を有するアクリレートモノマーに由来するポリマーを含み得、
【００４３】
【化３】
2018109614.tif 000008
【００４４】
式中、Ｒ１は、１〜１０個の炭素原子を有する、水素またはアルキル基であり、Ｒ３は、Ｃ２−１０フルオロアルキル基である。式（３）の構造を有する化合物の例は、トリフルオロエチルメタクリレート及びドデカフルオロペンチルメタクリレートである。
【００４５】
別の実施形態において、第１または第２のブロック（しかしながら第１及び第２のブロックの両方ではない）は、ビニル芳香族モノマーに由来するポリマーであり得る。第２のブロックのビニル芳香族モノマーは、好ましくは以下の一般式（４）のものであり、
【００４６】
【化４】
2018109614.tif 000009
【００４７】
式中、Ｒ６は、水素及びＣ１−Ｃ３アルキルまたはハロアルキル、例えば、フルオロ−、クロロ−、ヨード−、もしくはブロモアルキル等から選択され、水素が典型的であり、Ｒ７は独立して、水素、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ、Ｉ、またはＢｒ）、及び任意選択で置換されたアルキル、例えば、任意選択で置換されたＣ１−Ｃ１０直鎖もしくは分岐状アルキルまたはＣ３−Ｃ８環状アルキル等、任意選択で置換されたアリール、例えば、Ｃ５−Ｃ２５、Ｃ５−Ｃ１５、もしくはＣ５−Ｃ１０アリール、またはＣ６−Ｃ３０、Ｃ６−Ｃ２０、もしくはＣ６−Ｃ１５アラルキル等から選択され、また任意選択で、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｃ（Ｏ）Ｏ−、及び−ＯＣ（Ｏ）−から選択される１つ以上の結合部分を含み、２つ以上のＲ２基が、任意選択で、例えば、ナフチル、アントラセニル等の縮合環等の１つ以上の環を形成し、ａは、０〜５の整数である。
【００４８】
式（４）の好適なビニル芳香族モノマーとしては、例えば、以下から選択されるモノマーが挙げられ、
【００４９】
【化５−１】
2018109614.tif 000010
【００５０】
【化５−２】
2018109614.tif 000011
【００５１】
好適なビニル芳香族モノマーの例は、スチレン、ｏ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ｏ−エチルスチレン、ｍ−エチルスチレン、ｐ−エチルスチレン、α−メチル−ｐ−メチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、モノクロロスチレン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン、４−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン等、または前述のビニル芳香族モノマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせである。第１のブロックまたは第２のブロックのいずれかで使用するための例示的なビニル芳香族モノマーは、スチレン及び４−ｔｅｒｔ−ブチルスチレンである。
【００５２】
別の実施形態において、第１または第２のブロック（しかしながら第１及び第２のブロックの両方ではない）は、シロキサンモノマーに由来するポリマーであり得る。シロキサンモノマーに由来し、式（５）の構造を有する繰り返し単位を有するポリシロキサンは、
【００５３】
【化６】
2018109614.tif 000012
【００５４】
式中、各Ｒは独立して、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ６−Ｃ１４アリール、Ｃ７−Ｃ１３アルキルアリール、またはＣ７−Ｃ１３アリールアルキルであり、ｎは、１０〜１０，０００である。前述のＲ基の組み合わせが、同じモノマーの中に存在し得る。例示的なシロキサンとしては、ジメチルシロキサン、ジエチルシロキサン、ジフェニルシロキサン、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
【００５５】
また別の実施形態では、第１及び第２のポリマーは、窒素含有基を含むモノマーに由来し得る。窒素含有基の例としては、例えば、アミン基及びアミド基、例えば、アミン等の１級アミン、Ｎ−メチルアミン、Ｎ−エチルアミン、Ｎ−ｔ−ブチルアミン等を含むアルキルアミン等の２級アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミン、Ｎ，Ｎ−メチルエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミン等を含むＮ，Ｎ−ジアルキルアミン等の３級アミンが挙げられる。有用なアミド基としては、Ｎ−メチルアミド、Ｎ−エチルアミド、Ｎ−フェニルアミド、Ｎ−ジメチルアミド等のアルキルアミドが挙げられる。窒素含有基はまた、例えば、ピリジン、インドール、イミダゾール、トリアジン、ピロリジン、アザシクロプロパン、アザシクロブタン、ピペリジン、ピロール、プリン、ジアゼチジン、ジチアジン、アゾカン、アゾナン（ａｚｏｎａｎｅ）、キノリン、カルバゾール、アクリジン、インダゾール、ベンズイミダゾール等の、環の一部でもあり得る。好ましい窒素含有基は、アミン基、アミド基、ピリジン基、またはそれらの組み合わせである。
【００５６】
一実施形態において、第１または第２のポリマーは、式（６）〜（１１）において下で示されるような窒素含有基を含み得、
【００５７】
【化７】
2018109614.tif 000013
【００５８】
式中、ｎは、反復単位の数であり、Ｒ１は、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、好ましくはＣ２−Ｃ１０アルキル基であり、Ｒ２及びＲ３は、同じであっても、異なっていてもよく、また水素、ヒドロキシル、Ｃ１−Ｃ３０アルキル基、好ましくはＣ１−Ｃ１０基であってもよく、Ｒ４は、水素またはＣ１−Ｃ３０アルキル基である。
【００５９】
【化８】
2018109614.tif 000014
【００６０】
式中、ｎ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、式（６）において上に定義される。
【００６１】
式（７）の構造の好ましい形態は、式（８）において下に示され、
【００６２】
【化９】
2018109614.tif 000015
【００６３】
式中、Ｒ１ＮＲ２Ｒ３基は、パラ位に位置し、ｎ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、式（６）において上に定義される。
【００６４】
窒素含有基を含む水素受容体含有ブロックの別の例は、式（９）において下に示され、
【００６５】
【化１０】
2018109614.tif 000016
【００６６】
式（９）において、ｎ及びＲ４は、式（６）において定義され、窒素原子は、オルト、メタ、パラ位、または任意のそれらの組み合わせ（例えば、オルト及びパラ位の両方）にあり得る。
【００６７】
窒素含有基を含む水素受容体含有ブロックのまた別の例は、式（１０）において下に示され、
【００６８】
【化１１】
2018109614.tif 000017
【００６９】
式中、ｎ及びＲ４は、式（６）において上に定義される。
【００７０】
窒素含有基を含む水素受容体含有ブロックのまた別の例は、式（１１）において下に示されるポリ（アルキレンイミン）であり、
【００７１】
【化１２】
2018109614.tif 000018
【００７２】
式中、Ｒ１は、１〜４個の窒素原子で置換されている５員環であり、Ｒ２は、Ｃ１−Ｃ１５アルキレンであり、ｎは、反復単位の総数を表す。式（１１）の構造の例は、ポリエチレンイミンである。式（１１）の水素受容体の例示的な構造は、下に示される。
【００７３】
【化１３】
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【００７４】
第１の層１５５Ａでの使用のために企図される例示的なブロックコポリマーは、例えば、ポリ（スチレン−ｂ−ビニルピリジン）、ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン）、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン）、ポリ（スチレン−ｂ−メチルメタクリレート）、ポリ（スチレン−ｂ−アルケニル芳香族）、ポリ（イソプレン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−（エチレン−プロピレン））、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−カプロラクトン）、ポリ（ブタジエン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−ｔ−ブチル（メタ）アクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ｔ−ブチルメタクリレート）、ポリ（エチレンオキシド−ｂ−プロピレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−テトラヒドロフラン）、ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−エチレンオキシド）、ポリ（スチレン−ｂ−ジメチルシロキサン）、ポリ（スチレン−ｂ−トリメチルシリルメチルメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ジメチルシロキアン）、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−トリメチルシリルメチルメタクリレート）、ポリ（メチルメタクリレート−ｂ−ビニルピリジン）等、または前述のブロックコポリマーのうちの少なくとも１つを含む組み合わせのジブロックコポリマーまたはトリブロックコポリマーを含む。
【００７５】
一実施形態において、第１のポリマーの重量平均分子量は、１モル当たり１，０００〜２５０，０００グラムであり、第２のポリマーの重量平均分子量は、１モル当たり１，０００〜２５０，０００グラムである。別の実施形態において、第１のポリマーは、コポリマーの総重量に基づいて、５〜９５重量パーセント（重量％）の量でブロックコポリマーの中に存在し、第２のポリマーは、コポリマーの総重量に基づいて、５〜９５重量パーセント（重量％）の量でブロックコポリマーの中に存在する。
【００７６】
一実施形態において、第１のポリマー層１５５Ａは、コポリマー（第１のポリマー及び第２のポリマーを含む）を好適な溶媒と撹拌して溶液を形成し、その溶液を基板上に配置することによって製造される。
【００７７】
使用され得る好適な溶媒としては、例えば、ｎ−ブチルアセテート、ｎ−ブチルプロピオネート、ｎ−ペンチルプロピオネート、ｎ−ヘキシルプロピオネート、及びｎ−ヘプチルプロピオネート等のアルキルエステル、ならびにｎ−ブチルブチレート、イソブチルブチレート、及びイソブチルブチレート等のアルキルブチレート；２−ヘプタノン、２，６−ジメチル−４−ヘプタノン、及び２，５−ジメチル−４−ヘキサノン等のケトン；ｎ−ヘプタン、ｎ−ノナン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、２−メチルヘプタン、３−メチルヘプタン、３，３−ジメチルヘキサン、及び２，３，４−トリメチルペンタン等の脂肪族炭化水素、ならびにペルフルオロヘプタン等のフッ素化脂肪族炭化水素；ならびに１−ブタノール、２−ブタノール、３−メチル−１−ブタノール、イソブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、１−ヘキサノール、１−ヘプタノール、１−オクタノール、２−ヘキサノール、２−ヘプタノール、２−オクタノール、３−ヘキサノール、３−ヘプタノール、３−オクタノール、及び４−オクタノール等の直鎖、分岐、または環式Ｃ４−Ｃ９一価アルコール等のアルコール；２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロ−１−ブタノール、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロ−１−ペンタノール、及び２，２，３，３，４，４，５，５，６，６−デカフルオロ−１−ヘキサノール、ならびに２，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロ−１，５−ペンタンジオール、２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロ−１，６−ヘキサンジオール、及び２，２，３，３，４，４，５，５，６，６，７，７−ドデカフルオロ−１，８−オクタンジオール等のＣ５−Ｃ９フッ素化ジオール；トルエン、アニソール、ならびにこれらの溶媒のうちの１つ以上を含有する混合物が挙げられる。これらの有機溶媒のうちでは、アルキルプロピオネート、アルキルブチレート、及びケトン、好ましくは分岐ケトン、より好ましくはＣ８−Ｃ９アルキルプロピオネート、Ｃ８−Ｃ９アルキルプロピオネート、Ｃ８−Ｃ９ケトン、及びこれらの溶媒のうちの１つ以上を含有する混合物が好ましい。好適な混合溶媒としては、例えば、上記のアルキルケトン及びアルキルプロピオネート等、アルキルケトンとアルキルプロピオネートとの混合物が挙げられる。溶媒成分は、典型的には、ブロックコポリマー及び溶媒の総重量に基づいて、７５〜９９重量％の量で存在する。
【００７８】
上記、図２（Ａ）及び２（Ｂ）で示されるように、基板は、所望により表面改質層でコーティングされてもよい。表面改質層は、任意選択であり、基板に反応してブラシポリマーとして機能するランダムコポリマーを含み得る。一実施形態において、ランダムコポリマーは、その構成物として、ブロックコポリマーの中で使用されるものと同じポリマーを有し得る。別の実施形態において、ランダムコポリマーは、その構成物として、ブロックコポリマーの中で使用されるものとは異なるが、ブロックコポリマーの中で使用されるものと化学的に互換性のあるポリマーを有し得る。
【００７９】
表面改質層が基板上に配置される場合、表面改質層は、スピンコーティング、噴霧乾燥、浸漬コーティング等によって配置され得る。表面改質層は、基板の表面に反応してブラシを形成するか、または代替的に、表面改質層は、熱エネルギー及び／または電磁放射のいずれかを使用して硬化することができる。紫外線放射を使用して表面改質層を硬化することができる。活性化剤及び開始剤を使用して表面改質膜の硬化特性を変えることができる。
【００８０】
表面改質層は、基板の表面とブロックコポリマーとの間に介在している連結層のように作用して、ブロックコポリマー組成物と基板との間の接着を強化する。
【００８１】
表面改質層はまた、表面エネルギーを調整するように作用して、アニーリングステップの後、ブロックコポリマーの中での望ましい分離形態の形成を容易にし得る。例えば、表面改質層が、ブロックコポリマーの第１のブロックと第２のブロックの表面エネルギーとの間のほぼ中間の表面エネルギーをもたらす場合、これは、各それぞれのブロックの垂直配列ドメインへのブロックコポリマーの自己組織化を容易にするのに役立つ場合があり、例えば、ブロックコポリマーが平衡状態にアニーリングされたときにラメラを自然に形成する事例では、これは、垂直に配向されたラメラ状のドメインをもたらし得るか、または別の例において、ブロックコポリマーが平衡状態にアニーリングされたときに円筒形を自然に形成する事例では、これは、垂直に配向された円筒形のドメインをもたらし得る。
【００８２】
次いで、第１の層の形成を可能にする、ブロックコポリマー及び溶媒の溶液が、表面改質層上に配置される。次いで、基板は、第２のポリマーからの第１のポリマーの相分離を容易にし、かつ溶媒の除去を容易にするように、６０〜２５０℃の高温で、１０分〜５時間、アニーリングされ得る。
【００８３】
第１のポリマーは、第２のポリマーから相分離して、球状、円筒形、ラメラ状、規則正しいかまたは規則正しくない共連続構造を形成し得る。ガスセンサの適用については、相分離の前述の形態のうちのいずれも検知表面を形成するのに適している。
【００８４】
相分離が生じた後、ブロックコポリマーの相のうちの１つが、任意選択で、第１のポリマー層から除去されて、テクスチャ加工された上面を有する層が基板上に残る。したがって、第１のポリマー層は、ブロックのうちの１つがエッチング除去された第１のブロックコポリマーの残渣である。別の実施形態において、第１のポリマー層は、テクスチャ加工された表面を作り出すように一部分がエッチング除去されたポリマーの残渣である。換言すると、ブロックコポリマーのうちの１つのブロックは、エッチングすることによって除去されて、ブロックコポリマーの第１のポリマー層のためのテクスチャ加工された第２の表面を生成し得る。テクスチャ加工によりブロックコポリマーの表面積が増加する。大気中のガス分子は、ガス分子が第１のポリマー層の反復単位と水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受け得る、第１のポリマー層の第２の表面に接触する。
【００８５】
別の実施形態では、ブロックコポリマーの第２のブロック（ポリマー）は、エッチングすることによっては除去されず、適所に残される。ガス分子は、第２のブロックを通って拡散して、ガス分子が第１のポリマー層の反復単位と水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受け得る、第１のポリマー層の第２の表面に接触し得る。
【００８６】
一実施形態において、基板上に配置された第１のポリマー層は、第１の表面及び第２の表面を有する。第１の表面は、基板に接触し、第２の表面が、第１の表面に対向し、第１の表面より大きい表面積を有する。第１のポリマー層がブロックコポリマーを含む場合、第２の表面は、ブロックコポリマーの第１のブロックの表面に対応する。一実施形態において、第２の表面の全体は、周囲大気に接触する。別の実施形態において、第２の表面の一部分は、周囲大気に接触し、第２の表面の一部分がブロックコポリマーの第２のブロックに接触する。
【００８７】
一実施形態において、第１のポリマー層の第１の表面の全体は、基板に直接接触する。また別の実施形態では、第１のポリマー層の第１の表面の全体は、基板上に直接配置されている表面改質層に直接接触する。別の実施形態において、２００ｎｍ×２００ｎｍより大きい、好ましくは４００ｎｍ×４００ｎｍより大きい面積を有する第１の表面の一部分は、ａ）基板、またはｂ）基板上に配置され、基板に直接接触する、テクスチャ加工された表面改質層に直接接触する。好ましい実施形態では、第１のポリマー層が、単一のポリマーの分子を含む。
【００８８】
一実施形態において、第２のポリマー層の一部分は、第１のポリマー層上に配置され、そこでは第２のポリマー層が水素受容体を含む反復単位に由来する。
【００８９】
ブロックコポリマーのテクスチャ加工が図４において描写されており、フォトレジスト２００が、第１の層１５５Ａのうちの１つのｐのエッチングを容易にするために使用されている。エッチング除去されておらず、基板上に残されている層は、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを介して、周囲大気中のある特定のガス状分子と結合することができる。かかるガスの例は、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、硫化水素、アミン、オゾン、アンモニア、ベンゼン等である。
【００９０】
第１のポリマー層１５５Ａの中で使用されるポリマーがコポリマーである場合、第１のポリマー及び第２のポリマーは、基板１５４上に配置される際に、（ブロックＡによって生成される相Ａ及びブロックＢによって生成される相Ｂに）相分離し得る。これは、図５に示される。ブロックコポリマーの相のうちの１つが、エッチングされて、第２のポリマー層１５５Ｂがその上に配置されるテクスチャ加工された第２の表面を形成し得る。第１及び第２のポリマー層は、所望によりベーキングに供されてもよい。好適なベーキング温度は、７５〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃である。
【００９１】
ここで図２（Ａ）、２（Ｂ）、及び４を参照すると、ガスセンサの１つの製造様式において、第１のポリマー層１５５Ａは、基板１５４上に配置される。上で詳述されるように、表面改質層１４１が、所望により使用されてもよい。第１のポリマー層１５５Ａは、コポリマーに加えて溶媒を含有し得る第１の組成物の一部である。第１の組成物は、初めに基板１５４上に配置される。次いで、第１の組成物は、溶媒を蒸発させることによって乾燥されて、第１の表面及び第２の表面を有する第１のポリマー層１５５Ａを形成し得る。次いで、フォトレジストが、第１のポリマー層の第２の表面上に配置され得る。次いで、第１のポリマー層１５５Ａの一部分が、第２の表面の表面積を増加させるようにエッチングされ得る。したがって、第２の表面は、第１の表面の表面積の少なくとも２倍、好ましくは第１の表面の表面積の少なくとも４倍である、テクスチャ加工された表面を有する。これは図４に描写され、ここでは、第１のポリマー層１５５Ａは、基板１５４の表面上に配置される。第１のポリマー層は、スピンコーティング、スプレー塗装、浸漬コーティング、ドクターブレード等を使用して、基板上に配置されてもよい。
【００９２】
次いで、フォトレジスト２００は、第１のポリマー層１５５Ａの第２の表面上に配置され、第１の層１５５Ａの一部分は、放射線（ｈν）、化学エッチング、イオンビームエッチング等を使用して除去されて、テクスチャ加工された第２の表面を形成する。図２（Ａ）において読み取れるように、第２のポリマー層１５５Ｂが第１のポリマー層１５５Ａ上に配置される場合に、第２のポリマー層１５５Ｂがその全面積に沿って第１のポリマー層１５５Ａの表面に接触するように、第１のポリマー層１５５Ａの一部分のみが除去され得る。
【００９３】
一実施形態において、第２のポリマー層１５５Ｂは、第１のポリマー層１５５Ａがエッチングされた後に第１のポリマー層１５５Ａ上に配置され得る。エッチング後に基板上に残る、第１のポリマー層１５５Ａの一部分は、第２のポリマー層１５５Ｂの中で使用されるポリマーと水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを受けることができる。第２のポリマー層１５５Ｂはまた、水素結合、ファンデルワールス相互作用、π−π相互作用、静電相互作用、またはそれらの組み合わせを介して、周囲大気中のある特定のガス状分子と結合することができる。
【００９４】
第２のポリマー層１５５Ｂが第１のポリマー層１５５Ａ及びある特定のガス状分子の両方と相互作用を有するため、第２のポリマー層１５５Ｂは、ホモポリマー、ランダムコポリマー、またはブロックコポリマーであり得る。
【００９５】
第２のポリマー層１５５Ｂの中で使用される例示的なポリマーは、ポリ（４−ビニルピリジン）、ポリ（２−ビニルピリジン）、ポリ（イソ−ブチレン）、ポリ（メタクリル酸メチル）等、またはそれらの組み合わせのホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーである。
【００９６】
第１のポリマー層１５５Ａの一部分が除去された後、次いで、第２のポリマー層１５５Ｂが、スピンコーティング、スプレー塗装、浸漬コーティング、ドクターブレード等を使用して、第１のポリマー層１５５Ａの第２の表面上に配置される。
【００９７】
第２のポリマー層１５５Ｂは、第１のポリマー層１５５Ａ上に、溶媒、及び水素受容体または水素供与体を含有するポリマーを含む第２の組成物を配置することによって得ることができる。第２のポリマー層１５５Ｂは、保護された水素受容体または水素供与体を含有する場合、電磁放射、熱分解、光酸発生剤、酸発生剤等、またはそれらの組み合わせを使用して脱保護することができる。図４において読み取ることができるように、第２のポリマー層１５５Ｂの自由表面は、第１のポリマー層１５５Ａの第１の表面（基板に接触する表面）より大きい表面積を有する。第２のポリマー層１５５Ｂの自由表面はまた、テクスチャ加工される。
【００９８】
図２（Ｂ）において読み取れるように、第２のポリマー層１５５Ｂが第１のポリマー層１５５Ａ上に配置される場合に、第２のポリマー層１５５Ｂがその全面積に沿って第１のポリマー層１５５Ａの表面に接触するが、さらに基板に接触するように、第１のポリマー層１５５Ａの一部分が除去され得る。換言すると、第１のポリマー層１５５Ａの一部分がエッチング除去されて、基板１５４の表面が曝露され得る。
【００９９】
第１のポリマー層１５５Ａの中で使用されるポリマーがコポリマーである場合、第１のポリマー及び第２のポリマーは、基板１５４上に配置される際に、（ブロックＡによって生成される相Ａ及びブロックＢによって生成される相Ｂに）相分離し得る。これは、図４に示される。ブロックコポリマーの相のうちの１つが、エッチングされて、第２のポリマー層１５５Ｂがその上に配置されるテクスチャ加工された第２の表面を形成し得る。第１及び第２のポリマー層は、所望によりベーキングに供されてもよい。好適なベーキング温度は、７５〜２００℃、好ましくは１００〜１５０℃である。
【０１００】
第１及び第２のポリマー層の総厚さは、約１０〜３０００ナノメートル、好ましくは２０〜１５００ナノメートルである。層の厚さは、小型で軽量のガスセンサを製造する能力を提供する。
【０１０１】
検知要素が流体と接触すると、流体の中のある特定のガス状分子が、第２のポリマー層に接触し、それに結合する。ガス状分子の結合の前と後との検知要素の重量差は、圧電性基板による比例した電流の発生をもたらす。電気信号は、使用者に第２のポリマー層１５５Ｂと相互作用した分子（複数可）を示すように調整される。第２のポリマー層１５５Ｂの自由表面の増加した表面積は、検知要素の表面上での有害ガス分子の増加した収集を容易にし、それにともなってガスセンサの感度が増加する。
【０１０２】
したがって、ガスセンサは、居住、商業、または工業環境における環境内に存在する有害ガスを検出するために使用され得る。特に、ガスセンサは、冷蔵庫、電化製品、ならびに食品及び傷みやすい品物が保管され得る保管場所において使用される。ガスセンサは、一酸化炭素、二酸化炭素、ホルムアルデヒド、硫化水素、アミン、オゾン、アンモニア、ベンゼン等の有害なガス、不要なガス、または不快なガスを検出するために使用され得る。
【０１０３】
ガスセンサに関する別の用途は、生物学的プロセスによって排出される息もしくは揮発性ガスの分析にあるか、または疾患の診断のためである。例えば、人の息は、多数の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する。呼気中のＶＯＣの正確な検出は、疾患の早期診断に不可欠な情報を提供し得る。例えば、アセトン、硫化水素、アンモニア、メルカプタン、一酸化窒素、及びトルエンは、それぞれ、糖尿病、口臭、腎機能不全、及び肺癌を評価するために使用され得、これらの疾患の診断は、肺組織と血液との間の分子交換から生じる呼気中のＶＯＣの濃度を分析することによって達成され得る。特定の疾患のバイオマーカとして機能し得る吐き出されたＶＯＣの濃度の変動は、健康な人と病人とを区別し得る。
【０１０４】
ガスのガスセンサ検出の別の用途は、果物等の食料品の成熟、もしくは果物の過熟、または魚及び肉製品等の食料品の熟成もしくは腐敗の監視のためであってもよい。例えば、熟した果物は、エチレンガスを発生させる。果物によって排出されるエチレンガスまたは他の揮発性ガスの正確な検出は、賞味期限または食べ頃を監視し得る。魚製品の熟成または腐敗は、トリメチルアミン等のアミン、硫化水素、二酸化硫黄、酸化窒素、及びアンモニアを発生させ、肉の熟成または腐敗は、酢酸エチル、メタン、二酸化炭素、及びアンモニア等の他の揮発性成分を発生させる。排出されるＶＯＣの濃度の変動は、製品の有用性、品質、及び安全性を診断するために使用されてもよい。
【０１０５】
吐き出されるガスのガスセンサ検出の別の用途は、自動車、トラック、船、及び航空機、または他の工業用設備等の設備の安全な操作の目的のための人の血中アルコールレベルの監視のためであってもよい。加えて、かかる吐き出されるガスのガスセンサ検出は、法医学または法執行用途を有することもできる。例えば、息中のアルコール、ケトン、及びアルデヒドの濃度の変動は、血中アルコールレベルと密接に相関する。
【０１０６】
本ガスセンサは、以下の非限定的な実施例によって例示され得る。
【実施例】
【０１０７】
これは、ガスの検出のために使用され得るガスセンサの製造の実現可能性を実証するための机上の実験例である。ポリメチルメタクリレート及びポリジメチルシロキサンのブロックコポリマーを含む第１の層１５５Ａを、石英を含む圧電性基板上に配置する。ブロックコポリマーを、溶媒の中で溶解し、次いで、基板上に配置する。基板をその上に配置されたブロックコポリマーとともに９０℃の温度で３時間アニーリングして溶媒を除去する。
【０１０８】
アニーリングの間、ポリメチルメタクリレートのブロックは、ポリジメチルシロキサンのブロックから相分離して、円筒形のドメインまたはラメラ状のドメインを形成する。円筒形またはラメラ状のドメインは概して、ポリジメチルシロキサンを含む。次いで、ブロックコポリマーをエッチングに供して、ポリジメチルシロキサン相をブロックコポリマーから除去し、ガス分子を検出するように使用され得るテクスチャ加工された第２の表面を残す。圧電性基板１５４及びテクスチャ加工された第１のポリマー層１５５Ａを含むガスセンサを、適切な電子機器と接触して定置する。装置を、微量の酢酸を含有するストリームの中に定置する。センサの重量の増加を、圧電性基板によって発生される電流によって検出する。
【０１０９】
したがって、本センサは、センサの周りの周囲大気中に存在する酸性分子を検出するために使用され得る。一実施形態において、本センサは、望ましくないガスまたは不快なガスに曝露される前と後とのセンサの重量差によって、（大気中の）望ましくない分子または不快な分子の存在を検出し得る。別の実施形態では、本センサは、望ましくないガスまたは不快なガスに曝露される前と後との検知層１５５Ａの導電率の差によって、望ましくない分子または不快な分子の存在を検出し得る。また別の実施形態では、本センサは、望ましくないガスまたは不快なガスに曝露される前と後との検知表面上に配置された分子の化学分析によって、望ましくない分子または不快な分子の存在を検出し得る。
【０１１０】
本センサはまた、不快なガスまたは望ましくないガスの種々の分子の検出において消費された後に、検知表面を補充または修復する能力を備え得る。一実施形態において、本センサは、汚染されたセンサ表面を修復するように化学的に処理されてもよい。別の実施形態では、本センサは、検出されたガス分子を表面から剥離させることによって、汚染された表面を修復するのに効果的な温度まで加熱することができる。表面を修復するための加熱は、伝導、放射、または対流によって行うことができる。
【図１】
2018109614.tif 000020
【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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