[发明专利]一维有机纳米材料的化学自掺杂在化学电阻感测气体或蒸气中的高电导率应用

说明书

本发明提供了一种用于检测目标蒸气的化学电阻蒸气传感器化合物，所述化合物可包括根据结构(I)的苝‑四羧酸二酰亚胺(PTCDI)核心。其中R可为形态控制基团或‑A'‑D'，A和A'可独立地为连接基团，D和D'可独立地为强电子供体，其将足以形成所述PTCDI核心的阴离子PTCDI自由基的电子转移到所述PTCDI核心，并且R1至R8可独立地为侧基。本发明提供了一种用于检测目标化合物的化学电阻蒸气传感器(100)，所述传感器可包括由所述化学电阻传感器化合物形成的纳米纤维(105)的组件以及围绕所述纳米纤维(105)的组件可操作地取向的一对电极(150A,150B)，以允许电流从所述电极对(150A,150B)中的第一电极通过所述纳米纤维(105)的组件传递到所述电极对中的第二电极。

相关专利申请

本申请要求2016年8月11日提交的美国临时申请62/373,750以及2015年12月2日提交的美国临时申请62/386,489的权益，以上申请各自以引用方式并入本文。

政府利益

本发明是在美国国土安全部授予的2009-ST-108-LR0005以及国家科学基金会授予的拨款CHE0931466和拨款CBET1502433这些政府支持下完成的。政府对本发明享有某些权利。

技术领域

本发明涉及使用基于苝-四羧酸二酰亚胺的化合物进行蒸气或气体检测的领域。因此，本发明涉及有机化学、化学工程和纳米技术领域。

背景技术

包括TATP、DADP和HMTD在内的过氧化物爆炸物代表了一类最难以捉摸的爆炸物，其可以在家由可商购获得的产品轻松制造。容易制备以及爆炸力巨大和容易启动这些特点使恐怖分子和叛乱分子首选过氧化物爆炸物来制造简易爆炸装置(IED)。简易爆炸装置是美国国土安全部特别感兴趣的三种主要爆炸物类型之一。目前的技术无法以检查点安全所要求的速度、特异性和距离来检测所有需要的爆炸物。此外，目前的检测系统较为昂贵。因此，急需开发一种便宜但高效的用于过氧化物爆炸物检测的方法。H₂O₂常用作过氧化物爆炸物的化学标记物，其通常从有机过氧化物中作为合成杂质泄漏，或者可由过氧化物爆炸物的化学分解产生。因此，对H₂O₂具有高灵敏度和选择性的传感材料将有利于过氧化物爆炸物检测。开发可提供便宜且简单的过氧化物检测的低功率传感器装置可以用可靠且经济的传感器代替当前昂贵的爆炸物检测设备。

大多数氧化剂气体或蒸气都是危险化学品，需要对其进行控制和监测。H₂O₂是广泛用于应用诸如废水处理、造纸、漂白、牙膏和染发中的工业化学品。如果摄入、吸入H₂O₂或者H₂O₂接触皮肤或眼睛，则H₂O₂可能是有毒的。吸入户内强度的H₂O₂(3％)会引起呼吸道刺激。暴露于户内强度的H₂O₂会引起轻微的眼部刺激。NO₂是一种众所周知的氧化剂气体，由化石燃料的燃烧过程产生，是最危险的空气污染物之一。NO₂在臭氧和酸雨的形成中起主要作用。持续或频繁暴露于高于空气质量标准的NO₂可能导致急性呼吸道疾病的发病率增加。用于实时监测危险氧化剂气体的高效、较小、轻型和低功率氧化剂蒸气传感器将是有利的。

发明内容

用于检测目标蒸气的化学电阻蒸气传感器化合物可包括根据结构(I)的苝-四羧酸二酰亚胺(PTCDI)核心：