CN101836108B - 具有等离子体沉积微孔层的有机化学传感器及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于感测有机化学被分析物的感测元件，所述感测元件包括第一电极、第二电极和设置为至少靠近所述第一电极和第二电极的对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料。所述对被分析物敏感的电介质材料可以为具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度的无定形无规共价网络。所述感测元件的电气性质(例如电容)可被监测，以感测有机化学被分析物。

Description

具有等离子体沉积微孔层的有机化学传感器及其制备和使用方法
背景技术
检测化学被分析物(尤其是有机化学被分析物)的能力在许多应用(包括环境监测等等)中是重要的。这种对有机分子的检测和/或监测尤其可用于(例如)所谓的使用寿命结束指示器中，该指示器是个人防护设备(例如呼吸器)所需的。
已经开发出许多用于检测化学被分析物的方法，例如光学、重量分析、微电子机械等方法。具体而言，已经开发出用于监测电气性质(例如电容、阻抗、电阻等)的传感器。这类传感器常常依赖于被分析物被吸附到材料上或吸收到其中时材料电气性质发生的变化。
例如，授予Snow等人的美国专利申请公开2006/0249402公开了一种感测装置，该感测装置具有底部电极、底部电极上的电介质、电介质上的纳米电极网格和与该网格电接触的顶部电极。纳米电极可以是碳纳米管网。Snow等人将这种装置描述为在存在化学被分析物的情况下能够表现出电容变化。
授予Patel等人的美国专利申请公开2006/0237310公开了一种装置，该装置被描述为能够通过被分析物在化学感测材料中的吸附或吸收，使得电气性质(如电容、电阻等)以可被与涂有该化学感测材料的感测电极对相关的电路所检测的方式发生变化，从而检测到多种目标被分析物。
授予Stetter和Maclay的美国专利5,512,882公开了一种传感器，其阻抗在暴露于所选化学物质的蒸气时改变。该传感器包含某种聚合物，该聚合物的物理结构被蒸气改变(如通过膨胀或衰变)。该传感器还具有散布有聚合物的导电元件。可通过阻抗测量电路来测量变化。
授予Sittler的美国专利5,482,678公开了一种传感器，其包含在存在有机液体、气体或蒸气的情况下膨胀的材料。该材料被涂敷到载体表面，使得该材料膨胀后载体挠曲并改变两块电容器极板之间的距离，从而改变极板之间的电容。
授予Plog和Maunz的美国专利5,965,451公开了一种用于选择性地检测烃的气体传感器，其具有电容元件和作为电介质的气体可渗透的敏感层。该敏感层为掺杂贵金属的沸石，该沸石具有由原生孔隙构成的规则晶体结构，原生孔隙的直径接近待检测的气体分子的气体动力学直径。
发明内容
申请人公开了一种适用于检测或监测环境中(例如大气环境中)的有机化学被分析物的感测元件。这种感测元件包含靠近第一电极和第二电极的对被分析物敏感的电介质材料。在上下文中，对被分析物敏感的电介质材料意指这样一种材料：能够吸收有机化学被分析物，并且在将有机被分析物吸收到该材料中时电气性质能表现出可测量的变化。在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料在吸收被分析物时表现出介电常数的变化，使得感测元件构成电容器并且可观测到感测元件的电容变化。
在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料为微孔疏水材料，该材料具有无定形无规共价网络，该无定形无规共价网络包含至少约30％碳原子，并且具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度。该材料可以提供下列优点：对低含量有机被分析物敏感度高、对有机被分析物响应迅速以及对水敏感度低。在不受理论或机理限制的情况下，该材料用作对被分析物敏感的电介质材料时表现出的性能可能是由于任一个或全部下列若干性质：疏水性、最佳孔隙度、涵盖最佳孔尺寸范围的微孔的孔体积、以及无定形无规共价网络通过等离子体沉积以形成对被分析物敏感的电介质层的能力。
在一个方面，本文公开了用于感测有机化学被分析物的传感器，该传感器包括：感测元件，感测元件包括第一电极、第二电极和设置为至少靠近第一电极和第二电极的对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料，其中对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料具有无定形无规共价网络，该无定形无规共价网络包含至少约30％的碳，并且具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度；和操作电路，操作电路与第一电极和第二电极电气连通，其中操作电路能够向第一电极和第二电极施加电压并且能够检测感测元件的电气性质的变化。在一个实施例中，无定形无规共价网络包含至少约30％的碳，并且还包含硅、氧和氢。在可供选择的实施例中，无定形无规共价网络包含基本上100％的碳。
在另一方面，本文公开了用于感测有机化学被分析物的方法，该方法包括：提供包括下列部件的传感器：感测元件，感测元件包括第一电极、第二电极和设置为至少靠近第一电极和第二电极的对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料，其中对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料具有无定形无规共价网络，该无定形无规共价网络包含至少约30％的碳，并且具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度；和操作电路，操作电路与第一电极和第二电极电气连通，其中操作电路能够向第一电极和第二电极施加电压并且能够检测感测元件的电气性质的变化。将所述感测元件暴露于可能含有一种或多种有机化学被分析物的环境中；向第一电极和第二电极施加电压；以及监测感测元件的电气性质。在一个实施例中，无定形无规共价网络包含至少约30％的碳，并且还包含硅、氧和氢。在可供选择的实施例中，无定形无规共价网络包含基本上100％的碳。
在另一方面，本文公开了用于制备有机化学被分析物感测元件的方法，该方法包括：提供具有导电层的基底；由包含有机硅烷、氧和烃类的气体混合物形成等离子体；将上面带有导电层的基底暴露于等离子体，使得在导电层的顶部上形成无定形无规共价网络层，该无定形无规共价网络层包含至少约30％的碳，并且还包含硅、氢和氧；加热无定形无规共价网络以形成具有微孔疏水性无定形无规共价网络的对被分析物敏感的电介质层，该无定形无规共价网络具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度；以及在对被分析物敏感的电介质层顶部上沉积第二导电层。
在又一方面，本文公开了用于制备有机化学被分析物感测元件的方法，该方法包括：提供具有第一导电电极和第二导电电极的基底，其中第一导电电极和第二导电电极采用叉指状构型且彼此间隔一定距离；由包含有机硅烷、氧和烃类的气体混合物形成等离子体；将上面带有导电电极的基底暴露于等离子体，使得至少在叉指状电极之间的空间内形成无定形无规共价网络层，该无定形无规共价网络层包含至少约30％的碳，并且还包含硅、氢和氧；加热该无定形无规共价网络以形成具有微孔疏水性无定形无规共价网络的对被分析物敏感的电介质层，该无定形无规共价网络具有小于约10nm的平均孔尺寸和至少约20％的孔隙度。
本发明的这些方面和其他方面从以下具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下不应将以上内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，因为其在审查期间可以进行修改。
附图说明
图1为采用平行极板构型的示例性感测元件的侧视图。
图2为采用叉指状构型的示例性感测元件的俯视图。
图2a为沿图2中标记为“2a”的线截取的图2的示例性感测元件的剖视图。
图3为采用叉指状构型的示例性感测元件的透视图。
图4为平行极板构型的示例性感测元件的电容测量值的图线，电容测量值随暴露于多种含量的有机被分析物的时间而变化。
在上述多张图中，相同的附图标记表明相同的元件。除非另外指明，本文件中所有附图均未按比例绘制，并且选择这些附图只是为了示出本发明的不同实施例。具体来说，多种组件的尺寸仅采用说明性术语进行描述，不应从附图推断多种组件的尺寸之间的任何关系。
具体实施方式
虽然本公开中可以使用例如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“前”、“后”以及“第一”和“第二”之类的术语，但应当理解，这些术语仅仅是在相对意义上使用。
感测元件
参照图1和图2，本文公开了感测元件1/101，其至少包括对被分析物敏感的电介质层10/110，该电介质层靠近第一电极20/120和第二电极30/130。下文将依次讨论这些组件及其特征和性质，以及其他任选组件及其特征和性质。这些讨论将参考以下两者进行：图1，其示出基于平行极板电容器的一般构型的示例性感测元件；图2、图2a和图3，其示出基于叉指状电容器的一般构型的示例性感测元件。为了清楚起见，在描绘不同的一般构型的图中，对多种组件标以不同的附图标记(一般来讲，以100为单位增加)。然而应当理解，除非另外说明，多种组件的结构、组合物和性质可以适用于任何电容性设计的感测元件。
感测元件1/101被构造为使得对被分析物敏感的电介质层10/110足够靠近第一电极20/120和第二电极30/130，以至于该层中包含的对被分析物敏感的电介质材料能够与电极建立的电场发生相互作用。在感测元件1/101的操作中，对被分析物敏感的电介质层10/110在吸收一种或多种被分析物时表现出电气性质的变化。在一个实施例中，电气性质为下述的电容或与电容有关的性质。通过在第一电极20/120和第二电极30/130之间赋予电荷差(例如在两个电极之间赋予电压差)，并监测感测元件为对被分析物的存在做出响应而发生的性质变化，可测量这种与电容有关的性质的变化。如本文随后所述，使用操作电路28/128可完成这种监测。
术语“电容”和“与电容有关的性质”涵盖任何电气性质及其测定过程，这种测定过程通常与赋予电荷(无论是静电荷还是时变电荷)和在赋予电荷期间和/或之后监测电气性质相关。这种性质不但包括电容，而且包括阻抗、导纳、电阻、电导系数等，并且可以根据本领域已知的多种方法测量。
对被分析物敏感的电介质层
对被分析物敏感的电介质层10/110(术语“层”在一般意义上使用，并涵盖任何物理构型)至少部分地包含对被分析物敏感的电介质材料。在上下文中，术语“对被分析物敏感的电介质材料”意指这样一种材料：能够吸收有机化学被分析物，并且在将有机被分析物吸收到该材料中时在一些电气性质方面可表现出可测量的变化。
等离子体沉积
在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料具有原子的无定形无规共价网络。这种无定形无规共价网络可通过等离子体沉积形成。在上下文中，“等离子体”意指含有活性种(如电子、离子、中性分子、自由基、其他激发态原子和分子等)的至少部分离子化的气态或液态物质。
在多个实施例中，无定形无规共价网络包含至少约20％、至少约30％或至少约40％碳原子(这些百分比代表平均数；例如，包含30％碳原子的网络每100个原子平均有30个碳原子)。
在具体实施例中，无定形无规共价网络由基本上100％的碳构成(除去(例如)由于等离子体反应器中存在痕量的其他气体的情况下的这些痕量其他原子)。通过(例如)形成碳氢无定形无规共价网络，然后进行如下所述热处理，可以制备这种结构。
在其他实施例中，无定形无规共价网络的非碳部分可以包含选自由下列组成的组的原子：硅、氧、氢和/或氮(单独或组合)。在其他实施例中，无定形无规共价网络的非碳部分也可以包含选自卤素(氟、氯等)的原子。
在一个实施例中，无定形无规共价网络包含硅原子、碳原子、氢原子和氧原子，并利用下文详述的方法，由包含硅、碳、氧和氢原子或分子的混合物的等离子体沉积而成。在具体的实施例中，向等离子体供给有机硅烷、氧和烃类的混合物。
这种无定形无规共价网络通常包括连续基质。本文将这种基质定义为组件(如涂层、层等)，其中材料的固体部分由共价键连续地互连(不论是否存在下文详细描述的孔隙度)。也就是说，连续基质与包含粒子聚集体(如沸石、活性炭、碳纳米管等)的组件是区别明显的。例如，等离子体沉积层或涂层(如无定形无规共价网络)将包含连续基质，即使涂层本身是以图案化方式施加和/或具有微孔。
在多个实施例中，可用于等离子体沉积的有机硅烷包括(但不限于)四甲基硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、乙基硅烷、正硅酸四乙酯(TEOS)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、二硅烷醇甲烷(disilanomethane)、双(甲基硅烷醇)甲烷(bis(methylsilano)methane)、1，2-二硅烷醇乙烷(1，2-disilanoethane)、1，2-双(甲基硅烷醇)乙烷(1，2-bis(methylsilano)ethane)、2，2-二硅烷醇丙烷(2，2-disilanopropane)、二乙基硅烷、二乙基甲基硅烷、丙基硅烷、甲基乙烯基硅烷、二乙烯基二甲基硅烷、1，1，2，2-四甲基二硅烷、六甲基二硅烷、1，1，2，2，3，3-六甲基三硅烷、1，1，2，3，3-五甲基三硅烷、二甲基二硅烷醇乙烷(dimethyldisilanoethane)、二甲基二硅烷醇丙烷(dimethyldisilanopropane)、四甲基二硅烷醇乙烷(tetramethyldisilanoethane)、四甲基二硅烷醇丙烷(tetramethyldisilanopropane)等等，或上述两种或更多种的组合。
在多个实施例中，可用于等离子体沉积的烃类包括(但不限于)直链或支链烷烃、烯烃、炔烃以及具有二至十个碳原子的环烃。合适的烃类包括(C1-C10)烷烃或(C1-C10)炔烃，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯、环己烷、甲苯、乙烯、丙烯、乙炔和丁二烯。
在一个实施例中，在等离子体产生和沉积过程中采用分子氧(O2)。与提供只作为更大分子(如包含Si-O基团、C-O基团等的分子)一部分的氧相比，采用分子氧会导致氧原子以更无规的分布方式存在于整个无定形无规共价网络中，在前种情况下，氧原子可以在无定形无规共价网络中优先靠近Si、C等。
任何合适的等离子体反应器都可用来形成本文所述无定形共价网络薄膜。一种合适的等离子体反应器设备提供了具有电容耦合系统的反应室，其具有至少一个由射频(RF)源供电的电极和至少一个接地电极。一种合适的反应室是易抽空的，并且能够保持进行等离子体处理的条件。也就是说，该反应室提供了这样一种环境，它允许控制(例如)压力、多种惰性和反应性气体的流量、施加到供电电极的电压、穿过离子鞘的电场强度、含活性种的等离子体的形成、离子轰击强度、以及活性种向无定形共价网络沉积的速率。在一种设备中，铝是反应室材料，因为铝具有较低溅镀率，这意味着反应室表面会出现很少的污染。然而，也可以使用其他合适的材料，例如，石墨、铜、玻璃或不锈钢。
为了使用等离子体沉积方法在基底顶部形成无定形无规共价网络，通常将基底设置在易抽空的反应室内部或穿过反应室。在一些实施例中，在此沉积过程中多个基底的顶部上可以同时形成多个无定形共价网络膜。
通过向至少一个电极供电(例如，由0.001至100MHz频率范围内工作的RF发生器供电)，可以产生并保持由反应室内的气体形成的等离子体。电极系统可以对称或不对称。在一些等离子体设备中，接地电极和供电电极之间的电极表面积比率为2∶1至4∶1或3∶1至4∶1。供电电极可以用(例如)水冷却。对于离散平面制品，通过(例如)将制品设置为直接接触不对称电极配置的较小电极，可以实现等离子体沉积。由于供电电极和制品之间的电容耦合，这样可以让制品充当电极。
RF电源以在0.01至50MHz、或13.56MHz、或其任何整数倍(如1、2或3)范围内的典型频率供电。RF电源可以为诸如13.56MHz振荡器之类的RF发生器。为了获得高效的电耦合(即，其中反射功率为入射功率的一小部分)，可以通过网络将电源连接到电极，该网络用来将电源的阻抗与传输线路的阻抗(通常为50欧姆电抗)相匹配，从而通过同轴传输线路高效传输RF能。一种类型的匹配网络(其包括两个可变电容器和一个感应器)可以商品名AMN3000得自Plasmatherm(St.Petersburg，FL)。传统的电耦合方法涉及在供电电极和电源之间的阻抗匹配网络内使用隔直流电容器。这种隔直流电容器可以防止直流偏压被分流到剩余电路。相反，接地电极内的直流偏压被分流。虽然RF电源的可接受频率范围可以足够高，以便在较小电极上形成大的负直流自偏压，但该频率范围不应该如此高，以至于在所得等离子体内产生驻波，这会造成等离子体处理无效。
热处理/微孔结构
在一个实施例中，等离子体沉积的无定形无规共价网络经热处理，从网络中逐出氢和/或烃类，从而形成微孔结构。在上下文中，“微孔的”意指材料具有大量内部互连的孔体积，并且平均孔尺寸(用(例如)吸附等温线方法表征时)小于约100nm。因此，有机被分析物的分子(如果有)能够渗透材料的内部孔体积，并且留在孔中。这种被分析物在内部孔中的存在可改变材料的介电性质，使得介电常数(或任何其他合适的电气性质)的变化可被观测。
在不受理论或机理限制的情况下，申请人认为，凭借微孔电介质材料，本发明所公开的感测元件1/101可以具有感测有机被分析物方面的有利性质在于：电介质材料的电气性质方面的可测量的变化可能由被分析物分子在孔中的存在所致。因此，在不要求被分析物分子在电介质材料本身内被充分溶解以引起电介质材料的性质(例如溶胀和/或膨胀)发生变化(虽然这种现象也可能发生，并且也可能有助于可测量的电气响应)的情况下，可能会检测到被分析物。对被分析物敏感的电介质材料的这种微孔性可能有助于提高电介质材料对少量有机被分析物的灵敏度。
在多个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料具有至少约20％、至少约30％、或至少约40％的孔隙度(如用(例如)吸附等温线技术表征时，该技术例如使用(例如)可以商品名Autosorb得自QuantachromeInstruments(Boynton Beach，Florida)的仪器进行的那些)。这种孔隙度可提供对低含量有机化学被分析物的良好响应。然而，对被分析物敏感的电介质材料不应当具有这样大的孔体积，以至于难以避免第一电极20/120和第二电极30/130之间的电气短路或电弧放电。因此，在多个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料具有至多约90％、至多约70％、或至多约50％的孔隙度。
再次在不受理论或机制限制的情况下，内部孔的尺寸和分布可以使得至少一些孔中的至少一些有机被分析物分子可以形成比本来(如，比在监测被分析物的环境下)会有的凝聚度更高的状态(如准液态)。这会导致内部孔中收集的被分析物分子具有比在被监测环境下更大的数量和/或更高的浓度；除此之外或与此相反，这种状态下的被分析物分子会表现出比未凝结蒸气或气体状态下更高的介电常数(相对介电常数)。因此，基于对被分析物敏感的微孔电介质材料(正确选择了孔尺寸和分布)的感测元件可以显示具有对少量有机被分析物优异的灵敏度。在多个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料具有小于约50nm、小于约20nm、小于约10nm或小于约5nm的平均孔尺寸。在多个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料具有大于约0.3nm、大于约0.5nm、或大于约1.0nm的平均孔尺寸。
在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质材料基本上不含直径大于1μm的孔。
具有无定形无规共价网络的对被分析物敏感的电介质材料可以通过热处理来形成上述微孔结构。具体加热条件可经过选择，以改进该材料的其他属性。例如，通过在惰性(或还原性)气体环境中和/或低于大气压的环境中加热无定形无规共价网络，可以形成更具疏水性的结构。这种疏水材料通常不会吸收足量的液态水，以至于该材料显著膨胀或以其他方式表现出物理特性的显著变化，并且该疏水材料可以用来提供对水的存在相对不敏感的有机被分析物感测元件。可用来生产合适的对被分析物敏感的疏水性微孔电介质材料的典型加热方法包括(例如)将该材料在450摄氏度的真空烘箱内真空加热一小时。
在沉积只包含碳和氢的无定形无规共价网络(如，由具有烃类的等离子体制成)的具体情况下，可利用合适的热处理移除基本上所有氢，以形成具有基本上100％的碳的微孔材料。
对被分析物敏感的电介质层10/110包含等离子体沉积的、对被分析物敏感的微孔电介质材料，对被分析物敏感的电介质层10/110可以具有任何所需的总体厚度。在多个实施例中，层10/110具有小于约2000nm或小于约1000nm的总体厚度。在其他实施例中，层10/110具有大于约50nm、大于约100nm或大于约200nm的总体厚度。在一个实施例中，层10/110具有在层的整个长度和宽度上基本上相等的厚度。
在一个实施例中，等离子体沉积的层沉积在导电材料层的顶部上，该导电材料层适于充当电容感测元件的一个电极(如下文所详细讨论)。在多个实施例中，对被分析物不敏感的电介质材料的额外的层可以设置为靠近对被分析物敏感的电介质层。提供这种层可以出于多种原因中的任何者，如，作为保护层、作为粘结层以提高粘接性等等。在另外的实施例中，等离子体沉积材料可以被图案化。使该材料形成图案化的构型的合适的方法包括(但不限于)在空间上控制材料的沉积条件，以改变材料厚度或密度。例如，可以在沉积源和基底之间设置掩模，使得沉积材料的厚度在上表面的第一位置和第二位置之间变化。
在多个实施例中，可使用多个单独的对被分析物敏感的电介质材料层。例如，可以使用多层等离子体沉积的对被分析物敏感的电介质材料。或者，除了等离子体沉积的对被分析物敏感的电介质材料层之外，还可使用一个或多个对被分析物敏感的某些其他电介质材料层。对被分析物敏感的电介质材料的各种层可以彼此直接接触；或者，也可以由用于某些其他目的的层(如钝化层、粘结层，如本文所述)隔开。
电极
参照图1和图2，第一电极20/120和第二电极30/130可包含任何合适的导电材料。可使用不同的材料(导电和/或不导电的材料)的组合作为不同的层或作为混合物，只要具有足够的整体导电性(如，电极材料具有小于约10-2欧姆·米的恒定电阻率)。可用于制备第一电极和/或第二电极的材料的例子包括(但不限于)有机材料、无机材料、金属、合金、以及包含任何或全部这些材料的多种混合物和复合材料。在某些实施例中，可以使用被涂覆的(例如，蒸镀、溅镀等)金属或金属氧化物或它们的组合。合适的导电材料包括(例如)铝、锡、铟锡氧化物、金、银、铂、钯、铜、镍、钛、铬等等。在一个实施例中，两个电极都具有相同材料。在可供选择的实施例中，第一电极和第二电极具有不同材料。
在多个实施例中，第一电极和第二电极中的任一者或两者可被有机被分析物渗透。就按照如图1所示的平行极板电容器的一般方式构造的感测元件而言，这种电极渗透性可以特别有用。在这种情况下，如果第二电极30是可渗透的，则有机被分析物可通过主表面13进入对被分析物敏感的电介质层10，而不必只能通过边缘15进入对被分析物敏感的电介质层10(其可能是较慢的过程)。同样，如果第一电极20是可渗透的，则有机被分析物可以能够通过主表面11进入对被分析物敏感的电介质层10(然而，如果背衬40对被分析物而言为不可渗透的，则以可渗透构型提供第一电极20可能没有用)。
在多个实施例中，电极可由于不连续而为被分析物可渗透的。在上下文中，术语“不连续的”并不意味着电极包括彼此未电接触的单元(斑点、岛等)。相反，“不连续的”意指在电极的整个边界内，一些区域不包含导电材料。这种不连续的电极可以是微观不连续的。例如，电极可通过沉积(如涂覆、喷墨印刷等)具有导电材料的粒子(如纳米粒子)的溶胶形成。(典型的溶胶可由银、金、铂、钯或其他金属材料构成)。在这种情况下，电极可以含有充分接触的导电粒子以确保电极具有导电性，但在粒子之间具有足够的空间以使得电极对有机被分析物而言为可渗透的。在一些实施例中，加热(如烧结)导电材料(如，在约100℃至约250℃的温度范围内加热约10分钟至约2小时的时间)可以增加粒子之间的接触，从而在提高导电性的同时仍保持蒸气渗透性。在其他实施例中，电极可具有宏观不连续的结构。例如，如果导电材料包含蒸镀金属(其通常为不可渗透的)，则可以将导电金属以图案(例如，以网格图案、或以实例1所公开的“梳形”图案)的方式而不是作为连续层来沉积。
参照图1和图2，第一电极20/120的电气可触及区域25/125和第二电极30/130的电气可触及区域35/135被设置为使得可以通过这些区域将操作电路28/128连接到感测元件。这种电气可触及区域可设置在任何方便的位置中。例如，这种电气可触及区域在图1和图2的示例性图中显示在电极边缘上，而在图3的示例性图中则显示在电极的主表面(123和133)上。在一个实施例中，连接装置(如接触垫或凸块)22/122设置为接触(如连接到)第一电极20的可触及区域，使得在感测元件1/101和操作电路28/128之间实现电气连接(例如通过附接线材24/124)。相似地，可以设置为同样与第二电极30的可触及区域接触的连接装置32/132。
示例性感测元件及制备方法
平行极板构型
在一个实施例中，可制备按平行极板电容器的一般方式(如图1的剖视图中的示例方式所示)构造的感测元件1。在这种构型中，感测元件具有两个大致为平面的、平行的、相对的电极，对被分析物敏感的电介质层存在于两个电极之间并且防止两个电极之间直接电接触。
在制备这种感测元件的示例性方法中，提供了背衬40(其可以为材料的连续块、层或膜)，其靠近电极中的至少一个，并且可以起到为成品感测元件提供物理强度和完整性的作用。可以使用任何合适的材料，包括玻璃、陶瓷、塑料等。在大规模生产过程中，可以使用聚合物膜(例如聚酯、聚酰亚胺等)。在一些实施例中，背衬为被分析物可渗透的材料(例如，硅橡胶、多孔薄膜等)。
在一个实施例中，在背衬40上设置了充当第一电极20的导电层。该导电层可以包含上述材料中的任何材料，包括导电材料和不导电材料的共混物或混合物，并且可以通过任何合适的方法沉积，包括(但不限于)旋涂、浸涂、溶液模具涂布、网版印刷、转涂、溅镀、物理气相沉积、化学气相沉积、或这些方法中的两种或更多种的组合。在替代实施例中，可以通过在背衬40顶部上设置预制膜(如金属箔、导电胶带等)来形成导电层。如上所述，该第一电极20可以作为连续层或不连续层提供。
在一个实施例中，导电层被设置为使得电极20的第一表面21靠近和/或接触背衬40的第一表面41的至少一部分。在可供选择的实施例中，在电极20的第一表面21的至少一部分与背衬40的第一表面41之间存在任选层。只要不妨碍感测元件1的功能，则这种任选层可以用于任何目的(例如增强第一电极20与背衬40之间的粘结)。
在制备感测元件1的过程中，也提供对被分析物敏感的电介质层10。在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质层10被设置为使得层10的第一主表面11直接接触第一电极20的第二表面23的至少一部分(保持第一电极20的至少一部分可触及，以用于连接到操作电路)。
在一个实施例中，通过诸如上文详细描述的等离子体沉积法将对被分析物敏感的电介质材料设置在靠近第一电极处。在这种情况下，基底和第一电极(对被分析物敏感的电介质材料设置在其上)应当使得其能够耐受施加等离子体的条件。
在另一个实施例中，将对被分析物敏感的电介质材料等离子体沉积到载体基底上，然后再将载体基底设置在第一电极顶部上，通过这种方法可以形成对被分析物敏感的电介质层。在可供选择的实施例中，可以将对被分析物敏感的电介质材料等离子体沉积到临时载体上，随后可以将对被分析物敏感的电介质材料从载体上移除并成型为粉末，然后再将粉末沉积到第一电极上。
在多个实施例中，可通过将第二导电层设置为靠近对被分析物敏感的电介质层10来形成第二电极30。第二电极30可以包含上述导电材料，并且可以根据上述方法沉积。在某些实施例中(特别是在背衬40对被分析物而言为不可渗透的情况下)，第二电极30可以包括不连续结构(同样如此前所述)，以便对有机被分析物而言为可被渗透的。
参照图1，任选护盖层或阻挡层50可被设置为靠近电极中的至少一个。在一个实施例中，覆盖层50设置在第二电极30的顶部上(保持第二电极30的某个区域可触及，以用于电接触)。任何这种覆盖层50都不应显著妨碍感测元件1的功能。例如，如果感测元件被构造为使得所关注的被分析物必须穿过覆盖层50以便到达对被分析物敏感的电介质层10，则该覆盖层应当对被分析物而言为可充分渗透的。
覆盖层50可通过本领域已知的任何方法沉积，包括涂布(如旋涂、浸涂、溶剂涂布、蒸镀、转涂、网版印刷、柔性版印刷等等)。在替代实施例中，覆盖层50可包括设置在第二电极30上的预制层(如膜或带)。在一个实施例中，覆盖层50被设置为使得覆盖层50的第一表面51直接接触第二电极30的第二表面33的至少一部分。覆盖层的第二表面可以为感测元件的最外表面，或(如果需要)其本身可以接纳额外的涂层或层。
在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质层经过热处理(例如，暴露于450℃的温度下1小时)，从而在上述方法的任何合适点增加无定形无规共价网络的孔隙度和/或增强疏水性。例如，可以对基底/第一电极/对被分析物敏感的电介质层组合物进行热处理，随后再形成第二电极(以及任何可选覆盖层)。或者，可以形成整个基底/第一电极/对被分析物敏感的电介质层/第二电极组合物，然后再进行热处理。热处理过程中存在的任何部件(如基底、电极、任选粘结层、任选覆盖层、电连接装置等)必须经过选择，以便能够耐受热处理，并且仍能执行其在感测元件内的所需功能。
在一个实施例中，第一电极20的第二表面23以及对被分析物敏感的电介质层10的第一主表面11直接接触，两者间没有插入层。同样，在一个实施例中，第二电极30的第一表面31与对被分析物敏感的电介质层10的第二主表面13直接接触，两者间没有插入层。图1描绘了这种实施例。然而，也可以设想的是，第一电极20与对被分析物敏感的电介质层10之间、和/或第二电极30与对被分析物敏感的电介质层10之间可以存在其他任选层。在这种情况下，电极中的任一者或两者可以不直接接触对被分析物敏感的电介质材料的表面中的一些或全部。例如，可以用粘结层提高电极与对被分析物敏感的电介质层之间的粘结性。或可以在对被分析物敏感的电介质层的表面和电极的表面之间设置钝化层(例如二氧化硅层)，以便使电极之间的电弧放电的可能性最小化。在一些实施例中，可以使用多个这种任选层；或者单个层可以具有多种功能。只要它们不会显著妨碍感测元件的所需功能，就可以将任何这类任选层(例如上述粘结层、钝化层、保护层、覆盖层等)用于任何目的。例如，如果感测元件被构造为使得所关注的被分析物必须穿过任选层以便到达对被分析物敏感的电介质层10，则该任选层应当对该被分析物而言为可充分渗透的。
通常，多种层的边缘可彼此齐平对齐(如图1的示例性实施例所示)。或者，多种层可以与其他层重叠、和/或某些层的边缘可以相对于其他层凹陷。
在将对被分析物敏感的电介质材料沉积在第一电极20的顶部上的过程中，应当在第一电极20上设置电气可触及区域25，以使电极和操作电路之间能够电接触。相似地，如果将覆盖层置于第二电极30的顶部上，则应当相似地设置电气可触及区域35。这种电气可触及区域可设置在任何方便的位置中。在一个实施例中，可以设置与第一电极20的可触及区域25电接触的连接装置(如接触垫、凸块等)22。相似地，可以设置同样与第二电极30的可触及区域35接触的连接装置32。
叉指状构型
在另一个实施例中，可制备按照叉指状电容器的一般方式构造的感测元件。图2的俯视图、图2a的剖视图(沿图2的线“2a”截取)和图3的透视图示出了叉指状感测元件的示例性实施例。在上下文中，术语“叉指状”涵盖了以叉指状构型存在的包括至少两个电极的任何布置方式。这种构型包括叉指状梳形图案(例如图2、图2a和图3所示)，以及本领域熟知的叉指状螺旋型或螺线型图案。所有这些设计都具有共同的特点：即在大体上共面的叉指状布置方式中存在(至少)两个电极，并且在电极附近存在对被分析物敏感的电介质层，使得当电极之间建立电场时，该层中包含的对被分析物敏感的电介质材料能够与电场相互作用。对被分析物敏感的电介质层/材料可以设置在电极之间(即在两电极所处的平面内，并且插入靠近第一电极和第二电极的任何两个最近点之间的线性通道内)。或者，对被分析物敏感的电介质层/材料可以设置为使得：虽然不与电极共面，但对被分析物敏感的电介质材料至少暴露于两个电极的相邻的部分之间建立的边缘电场中。在又一个替代实施例中，对被分析物敏感的电介质层可以同时设置在这两个位置中。
利用熟知的图案化沉积材料的任何方法(如掩模气相沉积、网版印刷、喷墨印刷)将导电材料沉积为两个叉指图案，即可形成叉指状电极。可以根据需要设计电极图案的具体几何/尺寸性质(间距、高度、长度等)。
在一个实施例中，叉指状电极设置在可以由上述材料构成的背衬140上。第一电极120和第二电极130通常设置在相同背衬140上。在一个实施例(图2、图2a和图3所示)中，第一电极120的第一表面121、以及第二电极130的第一表面131均直接接触背衬140的第一表面141的至少某个部分。在可供选择的实施例中(未描绘)，电极120和/或130与背衬140之间可存在任选层，该任选层类似于上述任选层，并且受到相同的问题和约束。
如图2、图2a和图3的示例性实施例所示，第一电极120和第二电极130的图案化沉积可以让背衬140的表面141(或其上的任何任选层的表面)的某个区域暴露在外。接着，利用类似上文参照平行极板型感测元件所述的方法，可以将对被分析物敏感的电介质层等离子体沉积到背衬140上。(同样，基底和/或电极的选择和设计应使得其可以耐受等离子体沉积方法。)所沉积的对被分析物敏感的电介质材料因而将充满两个电极之间的空间(如图2、图2a和图3所示空间117)。因此，在该实施例中，对被分析物敏感的电介质层110的第一表面111将直接接触背衬140的表面141的至少一部分。如图2a和图3所示，该沉积方法也可以引起对被分析物敏感的电介质层110覆盖、并接触第一电极的第二表面123以及第二电极的第二表面133(除非有选择地进行沉积，如将电极中的一个或两个均掩盖)。因此，在多个实施例中，对被分析物敏感的电介质层110的第一表面111直接接触第一电极120的第二表面123、和/或第二电极130的第二表面133。
在可供选择的实施例中，任选层(图2、图2a或图3中未示出)可以设置在第一电极120的第二表面123的顶部上、和/或第一电极130的第二表面133的顶部上。在该实施例中，对被分析物敏感的电介质层110的第一表面111与第一电极120的第二表面123之间、和/或与第二电极130的第二表面133之间可以不进行直接接触。这种任选层可以起到与之前描述类似的作用(保护等)。然而，在叉指型感测元件中，一个或两个电极的顶部上的任选层可以不必对被分析物而言为可渗透的，因为被分析物可以不必通过渗透任选层到达对被分析物敏感的电介质层110的区域117。
在一个实施例中，可以将任选覆盖层150(其可以充当保护层、绝缘层、装饰层等)沉积在对被分析物敏感的电介质层110的第二表面113的顶部上。任何这类覆盖层都不应显著妨碍感测元件的功能(如，它对关注的被分析物而言应当为可充分渗透的)。该覆盖层可以具有通过任何已知的涂布方法(如旋涂、浸涂、溶剂涂布、蒸镀、转涂、网版印刷、柔性版印刷等)沉积的涂层。在替代实施例中，覆盖层150可以包括设置在层110的第二表面113顶部上的预制层(如膜或带)。
在一个实施例中，对被分析物敏感的电介质层经过热处理，从而增加无定形无规共价网络的孔隙度和/或增强疏水性。热处理过程中存在的任何部件(如基底、电极、任选粘结层、任选覆盖层、电连接装置等)必须经过选择，以便能够耐受热处理，并且仍能执行其在感测元件内的所需功能。
在沉积对被分析物敏感的电介质材料(以及任何任选覆盖层)时，应当在第一电极120上设置电气可触及区域125、以及在第二电极130上设置可触及区域135，以允许每一个电极和操作电路之间进行电接触。这种电气可触及区域可设置在任何方便的位置中。例如，这种电气可触及区域125和135在图2的示例性说明中被示出位于电极的边缘上，而在图3的示例性例证中被示出位于电极的表面123和133上。
在一个实施例中，可以设置与第一电极120的可触及区域125电接触的连接装置(如接触垫、凸块等)122。相似地，可以设置同样与第二电极130的可触及区域135接触的连接装置132。
操作电路
对被分析物敏感的电介质层吸收足够的被分析物时，与感测元件相关的电气性质(包括(但不限于)电容、阻抗、导纳、电流、或电阻)可以发生可检测的变化。这种可检测的变化可以被与第一电极和第二电极电气连通的操作电路28/128检测到。在上下文中，“操作电路”通常是指可用于向第一电极和第二电极施加电压(从而向电极赋予电荷差)和/或监测感测元件的电气性质的电气设备，其中电气性质可以响应有机被分析物的存在而发生变化。在多个实施例中，操作电路可以监测下列任何一种性质或其组合：电感、电容、电压、电阻、电导系数、电流、阻抗、相位角、功耗因子、或耗散。
这种操作电路可以包括单个设备，该设备既向电极施加电压、又监测电气性质。在可供选择的实施例中，这种操作电路可以包括两个单独的设备：一个提供电压、另一个监测信号。操作电路可以通过线材24/124和34/134连接到第一电极20/120和第二电极30/130。在可供选择的实施例中，操作电路可以设置为直接接触第一电极和/或第二电极，这种接触既可以通过连接装置22/122和32/132来完成，也可以通过将操作电路的某个部分直接接触每一个电极的电气可触及区域来完成。例如，操作电路可设置为驻留在电路板或柔性电路(其中的任一者可充当背衬40/140)上。然后可将第一电极直接沉积到电路板/背衬40上，使得它直接接触操作电路的一部分。
操作电路28/128可以包括(例如)电源(电源可以包括电池或硬连线的电源；作为另外一种选择，也可以通过(例如)向工作电路中内置的RFID电路的充电间接提供电源)。操作电路28/128也可以包括一个或多个微处理器，其被构造用于控制电极的充电和/或监测被充电的感测电极对的一个或多个电气性质的变化。另外提供的有：模数转换器、用于保存来自感测元件的数据的存储装置、用于操作感测元件的软件、提供数据记录和/或单向或双向遥测功能的元件等。
被分析物
感测元件(例如本文所公开的)可用于检测和/或监测(不论是定性地还是定量地)有机被分析物的存在。这种被分析物可包括(但不限于)：烃类、碳氟化合物、烷烃类、环烷类、芳族化合物、醇类、醚类、酯类、酮类、卤代烃类、胺类、有机酸类、氰酸盐类、硝酸盐类以及腈类，例如正辛烷、环己烷、甲基乙基酮、丙酮、乙酸乙酯、二硫化碳、四氯化碳、苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯类、甲基氯仿、四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、2-乙氧基乙醇、乙酸、2-氨基吡啶、乙二醇单甲醚、甲苯-2，4-二异氰酸酯、硝基甲烷和乙腈等。被分析物可为相对非极性有机分子或相对极性有机分子。被分析物可为所谓的蒸气，即在被分析物(如甲苯、丙酮、庚烷等)所经历的温度和压力环境条件下能够形成固体或液体的分子。被分析物可为所谓的气体，即在环境条件下通常不能形成液体或固体的分子(但如上所述，这种分子在对被分析物敏感的电介质材料的内部孔中仍可以具有凝聚度更高的状态)。这种气体可以包括甲烷、乙烷等等。在一些情况下，可以检测到有机被分析物分子的混合物。
本发明可以通过下列实例进一步说明。
实例
等离子体反应器
利用平面射频(RF)等离子体系统沉积无定形无规共价网络层。该系统由干泵站(罗茨泵EH1200，Edwards；以及iQDP80干式机械泵，Edwards)提供支持的涡轮分子泵(TPH2000型，Balzers)抽吸。气体流量由数字流量控制器(MKS Corporation)控制。利用在AMN3000型阻抗匹配网络(得自Plasmatherm(St.Petersburg，FL))内工作的RF50S型电源(得自RF Power Products(Voorhees，NJ))传输RF能。
制备样品1
使用以1.3mPa(1×10-5托)的基底压力操作的CHA IndustriesMark-50蒸发器和No.A-2049铝丸(纯度99.995％，6×6mm，得自CeracInc.)在洁净的玻璃片(2.5cm×2.5cm)上涂布连续的(未图案化的)铝涂层。以大约15埃/秒的速率沉积铝涂层。最终厚度为约100nm。用金刚石笔在距离该镀铝玻璃一侧边缘约5mm处划线，使得形成两个彼此不电接触的铝涂层区域。较大的区域由此形成第一电极，较小的(边缘)区域由此形成可以与(随后施加的)第二电极电接触的区域，如下所述。用胶带将划线后的镀铝玻璃片粘贴成5cm×5cm的玻璃片，以便于处理。在较小的镀铝区域的边缘部分的顶部上设置掩模材料。同样在较大的镀铝区域的边缘部分的顶部上设置掩模材料。
将玻璃片安装到上述等离子体反应器系统中的平面电极上(用聚酰亚胺胶带粘贴)。将反应室关闭并抽吸至压强约0.07Pa。将包含四甲基硅烷、1，3-丁二烯和氧的气体混合物以下列流速送入真空室。将等离子体保持在下述条件下：
四甲基硅烷流速：     100sccm(标准立方厘米/分钟)
1，3-丁二烯流速：    160sccm
氧气流速：           100sccm
工作压强：           4.9Pa(37毫托)
Rf功率：             75瓦特
沉积时间：           14分钟
该方法产生具有无定形无规共价网络材料的厚约0.77μm的层。接着从样品上移除掩模材料。然后，将该样品在大约450℃的抽空的真空烘箱内热处理1小时。
将图案化的第二电极在等离子体沉积材料的顶部上喷墨印刷，以完成该样品的构造。为了喷墨印刷第二电极，在Adobe Photoshop中创建了位图图像(17.8m(702点/英寸))，然后下载到XY沉积系统。用于沉积银的印刷头为具有10pL的液滴体积、128个喷嘴/孔的Dimatix SX3-128印刷头，印刷头组件长度大约为6.5cm，喷嘴间距为508微米。用于构造该电极的银纳米粒子溶胶可以商品名AG-ID-G-100-S1购自Cabot。在喷墨印刷过程中使用多孔铝真空台板将样品固定。完成印刷时，将样品从多孔铝真空台板上移除，并在125℃下置于Thermolyne热板上10分钟。
喷墨印刷银电极包括由具有从一边伸出的细纹的实心矩形组成的梳形图案。印刷电极的矩形部分被布置为使得该矩形的一部分位于较小的镀铝区域的一部分的顶部上(使得通过将导线附接到该较小的镀铝区域上，可以实现与顶部电极的电接触)，第二印刷电极的其余部分位于等离子体沉积材料的顶部上。电极上的细纹设计成长度大约为8.3mm、宽度大约为250微米。细纹之间的间隙设计成大约250微米。(应该指出的是，所有这些尺寸均为位图图像的标称尺寸，而不是实际“印刷的”尺寸。)
该工序在玻璃背衬层上提供了包含连续铝的第一电极。铝电极的顶部上为包含等离子体沉积材料的对被分析物敏感的电介质层，包括梳形图案银层的第二电极位于等离子体沉积层的顶部上。
测试样品1
使用简单的定制构建的直通递送体系将已知浓度的丙酮递送至样品以进行测量。递送体系整体采用特氟隆管子。将氮气喷入含有液态丙酮的容器内并保持恒温，以形成含有饱和丙酮的氮气流。利用得自FisherScientific的制冷机使液态丙酮保持恒温，并按照Handbook of VaporPressure(蒸气压力手册)(Yaws，C.I.Gulf Publishing：Houston，1994)计算为了产生饱和丙酮气流而使该制冷机保持的温度。通过使用一系列质量流量控制器，用额外的氮气将此饱和丙酮气流稀释。使用红外光谱仪(可以商品名Miran Sapphire得自ThermoElectron(Waltham，MA))校准气流中丙酮的浓度。将丙酮气流通入含有样品1的样品箱(保持受控温度)。利用鳄鱼夹将样品的第一电极和第二电极连接到包括LCR测量仪(可以商品名Instek Model 821 LCR测量仪得自Instek America，Corp.(Chino，CA))的操作电路。在整个蒸气测试期间，按特定时间间隔以1千赫的频率监测样品电容(以皮法拉计)的变化(如图4所示)。
首先将样品置于未密封的试验箱中，以测量样品在环境条件下(室内空气中)的初始电容。然后从0时点开始将样品暴露于干燥的氮气(相对湿度大约8％，20℃)中。然后将试验箱密封，将含大约200ppm丙酮的氮气流引入试验箱中并保持第一时期。随后将样品暴露于含有大约370ppm丙酮的干燥氮气流中一段时间。然后将试验箱返回到干燥氮气环境中。随后，将样品依次暴露于大约90ppm的丙酮、大约90ppm的丙酮(再次)和大约50ppm的丙酮中，并且在这些暴露之间，将样品暴露于不含丙酮的干燥氮气流中。在暴露于大约50ppm的丙酮中之后，将样品暴露于大约730ppm的丙酮中，随后再次将样品暴露于不含丙酮的干燥氮气流中。
本文描述了本发明的多个实施例。然而应当理解，在不脱离本发明的情况下可以作出多种修改。因此，其他的实施例在以下权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于感测有机化学被分析物的传感器，包括：
感测元件，所述感测元件包括第一电极、第二电极和对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料，所述对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料设置在至少靠近所述第一电极和第二电极处，其中所述对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料具有无定形无规共价网络，所述无定形无规共价网络包含至少30％的碳，并且具有小于10nm的平均孔尺寸和至少20％的孔隙度；以及
操作电路，所述操作电路与所述第一电极和第二电极电气连通，其中所述操作电路能够向所述第一电极和第二电极施加电压，并且能够检测所述感测元件的电气性质的变化。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述无定形无规共价网络还包含硅、氧和氢。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述无定形无规共价网络包含基本上100％的碳。
4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述无定形无规共价网络具有至少30％的孔隙度。
5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述电极中的至少一个可渗透有机化学被分析物。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述可渗透的电极具有不连续的导电材料层。
7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述感测元件具有平行极板电容器构型。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述感测元件具有叉指状电容器构型。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述感测元件具有靠近至少一个所述电极的覆盖层，所述覆盖层可渗透有机化学被分析物。
10.一种制备有机化学被分析物感测元件的方法，包括：
提供具有导电层的基底；
由包含有机硅烷、氧和烃类的气体混合物形成等离子体；
将上面带有导电层的基底暴露于所述等离子体，使得在所述导电层的顶部上形成无定形无规共价网络层，所述无定形无规共价网络层包含至少30％的碳，并且还包含硅、氢和氧；
加热所述无定形无规共价网络以形成对被分析物敏感的电介质层，所述对被分析物敏感的电介质层具有微孔疏水性无定形无规共价网络，所述微孔疏水性无定形无规共价网络具有小于10nm的平均孔尺寸和至少20％的孔隙度；以及
在所述对被分析物敏感的电介质层的顶部上沉积第二导电层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述对被分析物敏感的电介质层具有至少30％的孔隙度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二导电层可渗透所关注的有机化学被分析物。
13.一种制备有机化学被分析物感测元件的方法，包括：
提供具有第一导电电极和第二导电电极的基底，所述第一导电电极和所述第二导电电极具有叉指状构型，并且彼此隔开；
由包含有机硅烷、氧和烃类的气体混合物形成等离子体；
将上面带有导电电极的所述基底暴露于所述等离子体，使得至少在所述叉指状电极之间的空间内形成无定形无规共价网络层，所述无定形无规共价网络层包含至少30％的碳，并且还包含硅、氢和氧；
加热所述无定形无规共价网络以形成对被分析物敏感的电介质层，所述对被分析物敏感的电介质层具有微孔疏水性无定形无规共价网络，所述微孔疏水性无定形无规共价网络具有小于10nm的平均孔尺寸和至少20％的孔隙度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述对被分析物敏感的电介质层具有至少30％的孔隙度。
15.一种感测有机化学被分析物的方法，包括：
提供传感器，所述传感器包括：
感测元件，所述感测元件包括第一电极、第二电极和对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料，所述对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料设置在至少靠近所述第一电极和所述第二电极处，其中所述对被分析物敏感的微孔疏水性电介质材料具有无定形无规共价网络，所述无定形无规共价网络包含至少30％的碳，并且具有小于10nm的平均孔尺寸和至少20％的孔隙度；以及
操作电路，所述操作电路与所述第一电极和第二电极电气连通，其中所述操作电路能够向所述第一电极和第二电极施加电压，并且能够检测所述感测元件的电气性质的变化；
将所述感测元件暴露于可能含有一种或多种有机化学被分析物的环境中；
向所述第一电极和第二电极施加电压；以及
监测所述感测元件的电气性质。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述无定形无规共价网络还包含硅、氧和氢。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述无定形无规共价网络包含基本上100％的碳。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述对被分析物敏感的电介质层具有至少30％的孔隙度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述感测元件包括电容器，并且其中所述被监测的电气性质为所述感测元件的电容性质。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述被监测的性质为所述感测元件的电容。
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