KR20180034252A - 가스 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

가스 센서로서, 기판; 상기 기판 상에 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층으로서, 상기 제1 표면은 상기 기판과 접촉하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하고, 상기 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 상기 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함하는, 상기 제1 중합층; 및 상기 제1 중합층 상에 배치된 제2 중합층으로서, 상기 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 제2 중합층을 포함하는, 상기 가스 센서가 본원에 개시된다.

Description

가스 센서 및 이의 제조 방법{GAS SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}
본 개시는 가스 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
가스 센서는 가정 및 산업계에서 위험하고, 불필요하고 불쾌한 가스의 존재를 검출하는데 사용된다. 그러한 가스의 예들은 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데히드, 황화수소, 아민, 오존, 암모니아, 벤젠 등이 있다. 이들 위험한 가스를 검출하기 위해, 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용 및 가스와의 정전기 상호작용과 같은 약한 상호작용을 현시하는 작용화 폴리머들이 사용된다. 이들 작용화 폴리머들은 일반적으로 화학 센서에 사용된 압전 전기 센서와 직접 접촉하는 센서 전극의 표면 상에 코팅된다.
이러한 검출 공정 동안, 포획된 위험하고, 불필요하고 불쾌한 가스로부터의 중량 변화는 압전 전기 공정에 의해 전류로 변환된다. 그러므로, 가스 센서의 감도는 센서의 검출 표면과 접촉하는 가스의 양에 의존한다. 그러므로, 검출 성능을 개선하기 위해, 센서의 접촉 표면의 표면적을 증가시키는 것이 바람직하다.
가스 센서가 본 명세서에 개시되며, 가스 센서는 기판; 기판 상에 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층으로서, 제1 표면은 기판과 접촉하고, 제2 표면은 제1 표면과 대향하고, 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 제1 중합층은 탈보호된(deprotected) 수소 공여체를 갖는 반복 유닛을 포함하는, 제1 중합층; 및 제1 중합층 상에 배치된 제2 중합층으로서, 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 제2 중합층을 포함한다.
또한 가스 센서를 제조하는 방법이 본 명세서에 개시되고, 이러한 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층을 기판 상에 배치하는 단계로서, 제1 표면은 기판과 접촉하고, 제2 표면은 제1 표면과 대향하고, 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛을 포함하는, 상기 단계; 및 제2 중합 층을 제1 중합층 상에 배치하는 단계로서, 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 단계를 포함한다.
가스를 검출하는 방법은 또한 본 명세서에 개시되며, 이 방법은 가스 센서를 가스 분자와 접촉하는 단계로서, 가스 센서는 기판; 기판 상에 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층으로서, 제1 표면은 기판과 접촉하고, 제2 표면은 제1 표면과 대향하고, 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛을 포함하는, 상기 제1 중합층; 및 제1 중합층 상에 배치된 제2 중합층으로서, 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 제2 중합층을 포함하는, 상기 단계, 및 가스 분자와 제2 중합층 사이에서 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용 또는 정전기 상호작용 중 적어도 하나를 형성하는 단계, 및 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용 및 정전기 상호작용의 형성 이전에, 그리고 이후에 센서의 중량 차이에 기초하여 가스 분자의 특질을 계측하는 단계를 포함한다.
도 1은 가스 감지 디바이스 조립체의 예시적인 분해도이다.
도 2a는 제1 및 제2 중합층이 그 위에 배치된 기판의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 2b는 제1 및 제2 중합층이 그 위에 배치된 기판의 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 감지 요소를 제조하는 하나의 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 감지 요소를 제조하는 다른 방법을 도시한 도면이다.
대기에서 바람직하지 않은 위험한 가스의 검출 감도를 개선하는 가스 센서 및 가스 센서용 센서 요소가 본 명세서에 개시된다. 센서 요소는 제1 중합층이 그 위에 배치되는 기판을 포함한다. 실시예에서, 기판은 센서 요소 중량 변화를 전기 신호로 변환하는 압전 결정이다. 제1 중합층은 기판과 접촉하는 제1 표면과, 제1 표면과 대향하는 제2 표면을 갖고, 제2 표면은 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖는다. 예시적인 실시예에서, 제2 표면은 텍스처화(textured) 표면을 갖는다. 텍스처는 텍스처화되지 않을 때 동일한 표면 위의 표면적을 크게 증가시킨다.
실시예에서, 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함한다. 제2 중합층은 제1 중합층 위에 배치된다. 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛들을 갖는다.
가스 분자가 제2 중합층의 유리 표면(제1 표면이 주변 대기와 접촉하는 표면인 경우)과 접촉할 때, 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용, 정전기 상호작용, 또는 이들의 조합에 의해 유리 표면과 상호작용하고, 이는 센서 요소의 중량을 증가시킨다. 압전 결정은 감지 요소의 중량 차이를 전기 신호로 변환하고, 이것은 이후 위험한 가스의 특질을 계측하는데 사용된다.
도 1은 센서 요소(150) 및 하우징(160)을 포함하는 가스 감지 디바이스 조립체(100)의 분해도를 도시한다. 센서 요소(150)는 기판(154)을 포함하고, 기판(154)은 제1 중합층과, 원래 다중층 코팅과 상이한 질량 특징의 상호작용 생성물(product)을 산출하기 위해 해당 유체 성분과 상호작용하는 제2 중합층(155){이후부터 다중층 코팅(155)}으로 코팅된다. 실시예에서, 기판(154)은 압전 결정을 포함한다.
다중층 코팅이 그 위에 배치된 기판(154)(또한 본 명세서에서 코팅된 기판으로 언급됨)은 플러그 부재(152) 상에 장착되고, 기판(154)의 각 리드(lead)들은, 플러그 부재가 공동(cavity)(162)로 연장하는 코팅된 기판을 갖는 하우징(160)과 맞물릴 때 플러그 부재의 외부로 돌출한다. 하우징(160)은 개구부(opening)(164)를 특징으로 하고, 이러한 개구부(164)에 의해 가스는 센서 요소(150)를 포함하는 공동(162)으로 흐를 수 있다. 도 1의 전방 사시도에서 도시되지 않지만, 하우징(160)은 센서 요소(150)를 지나 흐르는 유체 성분의 하우징으로부터 방출하기 위해 개구부(164)와 대향하고, 그러한 개구부와 정합(register)되는 다른 개구부를 갖는다.
센서 요소(150)의 리드들(156 및 158)은 도 1에서 전자 기기 모듈(166)로서 개략적으로 도시된 적합한 전자 기기와 접촉할 수 있고, 이에 의해 위험한 가스 종의 존재 및 농도가 검출될 수 있다. 전자 기기 모듈(166)은 각각 와이어들(163 및 165)에 의해 센서 요소 리드들(156 및 158)과 접촉한다.
전자 기기 모듈(166)은, (i) 진동하는 전기장이 이에 인가되는 동안 압전 결정의 출력 공진 주파수를 샘플링하는 기능, (ii) 센서 물질이 모니터링되는 유체에서의 가스 종과 상호작용할 때 상호작용 생성물의 형성에 입사하는 기본 공진 주파수로부터 공진 주파수에서의 변화를 계측하는 기능, 및 (iii) 그러한 유체에서의 가스 종의 존재를 나타내는 출력을 생성하는 기능을 제공한다.
도 1에 도시된 센서 조립체의 특정 실시예에서, 하우징(160)은 금속 또는 플라스틱 하우징을 포함할 수 있고, 이 하우징은 센서 요소(150)의 삽입을 위해 이에 가공된 공동(162)뿐 아니라, 센서를 통해 흐르도록 모니터링 가스를 위한 2개의 피드스루(feedthrough) 개구부들{개구부(164) 및 도 1에 도시되지 않은 대향 개구부}을 갖는다. 흐름 억제 오리피스(orifice)는 이 하우징의 몸체에 존재한다. 전방 단부 구동기 전자 기기는 센서 조립체의 레그들{리드들(156 및 158)} 상에 직접 플러깅(plugged)된다.
도 2a 및 도 2b는 다중층 코팅(155)이 그 위에 배치된 기판(154)을 도시한다. 적합한 기판(154)은 압전 특성을 현시하는 것들이다. 그러한 기판들의 예들은 석영, 베르리나이트(AlPO4), 토파즈, 토르말린-그룹 광물, 납 티타네이트(PbTiO3), 랑가사이트(La3Ga5SiO14), 석영 유사 결정; 갈륨 오르소포스페이트(GaPO4), 또한 석영 유사 결정; 리튬 니오베이트(LiNbO3), 리튬 탄탈레이트(LiTaO3), 바륨 티타네이트(BaTiO3), 납 지르코네이트 티타네이트(Pb[ZrxTi1-x]O3, 0≤x≤1) - 더 일반적으로 PZT로서 알려져 있고, 칼륨 니오베이트(KNbO3), 나트륨 텅스테이트(Na2WO3), Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15, 산화 아연(ZnO), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 등, 또는 이들의 조합이다.
다중층 코팅(155)은 제1 중합층(155A) 및 제2 중합층(155B)을 포함한다. 제1 중합층(155A)은 대항 표면들(157 및 159)을 갖고, 여기서 표면(157){이후부터 제1 표면(157)}은 기판(154)과 접촉한다. 제2 표면(159)은 텍스처화되고, 제2 중합층(155B)과 접촉한다. 실시예에서, 제2 중합층(155B)은 제1 표면(161) 및 제2 표면(163)을 갖는다. 제2 중합층(155B)의 제1 표면(161)은 제1 중합층(155A)의 제2 표면(159)과 접촉한다. 실시예에서, 제2 중합층(155B)의 제2 표면(163)은 제2 중합층(155B)의 제2 표면(159)에 평행하다.
제1 중합층(155A)은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함한다. 탈보호된 수소 공여체가 제2 중합층(155B)으로부터 제1 중합층(155A)의 매크로-상(macro-phase) 분리를 방지하기 위해 제2 중합층(155B)을 구성하는 중합 유닛과 화학적으로 상호작용하는 것이 바람직하다. 제1 중합층(155A)에 사용된 중합체는 동종중합체, 공중합체, 또는 이들의 조합을 포함하는 열가소성 중합체일 수 있다. 공중합체는 블록 공중합체(예를 들어, 디블록 공중합체 또는 트리블록 공중합체), 교호 공중합체, 랜덤 공중합체, 구배 공중합체, 그래프트 공중합체, 성형(star) 블록 공중합체, 이오노머, 또는 이들 중합체들 중 적어도 하나를 포함하는 조합일 수 있다.
제1 중합층(155A)의 동종중합체 또는 공중합체는 제2 중합층(155B)에서의 수소 수용체 그룹과 상호작용(예를 들어, 결합을 형성함으로써)하는 탈보호된 수소 공여체를 포함한다. 탈보호된 수소 공여체는 제1 중합층(155A)의 동종중합체 또는 공중합체에 존재하는 보호된 수소 공여체(예를 들어, 보호된 산기 또는 보호된 알코올기)를 탈보호함으로써 수득된다. 보호된 수소 공여체기(또한 블록형 수소 공여체기로 언급됨)는 일반적으로 보호된 산기 또는 보호된 알코올기를 포함한다. 산 및/또는 알코올기는 산, 산 생성제(열 산 생성제 또는 광산 생성제와 같은), 열 에너지, 또는 전기 자기 복사선으로의 노출에 의해 탈보호될 수 있는 모이어티(예를 들어, 분해 가능한 기)에 의해 보호된다.
상기 차단에 사용될 수 있는 적합한 분해 가능한 산기는 C4-30 3차 알킬 에스테르이다. 예시적인 C4-30 3차 알킬기는 2-(2-메틸)프로필("t-부틸"), 2-(2-메틸)부틸1, 1-메틸시클로펜틸, 1-에틸시클로펜틸, 1-메틸시클로헥실, 1-에틸시클로헥실, 2-메틸라다만틸, 2-에틸라다만틸, 또는 이들의 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 특정한 실시예에서, 분해 가능한 산기는 t-부틸 기 또는 에틸시클로펜틸기이다.
카르복실산을 보호하기 위한 추가 분해 가능한 기는 메톡시메틸, 테트라히드로피라닐, 테트라히드로푸라닐, 2-(트리메틸시릴)에톡시메틸, 벤질옥시메틸, 등과 같은 치환된 메틸 에스테르; 2,2,2-트리클로로에틸, 2-할로에틸, 2-(트리메틸시릴)에틸 등과 같은 2-치환된 에틸 에스테르; 2,6-디메틸페닐, 2,6-디이소프로필페닐, 벤질 등과 같은 2,6-디알킬페닐 에스테르; 트리페닐메틸, p-메톡시벤질, 1-피레닐메틸 등과 같은 치환된 벤질 에스테르; 트리메틸시릴, 디-t-부틸메틸시릴, 트리이소프로필시릴 등과 같은 시릴 에스테르를 포함한다.
유리 카르복실산 또는 알코올을 형성하기 위해 전자기 복사선에 의해 분해될 수 있는 기의 예들은 다음을 포함한다:
Figure pat00001
유리 아민을 형성하기 위해 정전기 복사선에 의해 분해될 수 있는 기의 예들은 다음을 포함한다:
Figure pat00002
이들을 분해하기 위한 추가 보호 기 및 방법들은 종래의 유기 화학 분야에서 알려져 있고, 1999년, John Wiley & Sons, Inc., "Protective groups in organic synthesis", 제 3판에서 Greene 및 Wuts에 의해 요약된다.
제1 중합층(155A)이 공중합체를 포함할 때, 제1 중합체는 블록형 수소 공여체를 포함하는 반면, 제2 중합체는 제1 중합체와 호환되지 않는 중성 중합체일 수 있다.
제1 블록(또한 블록형 수소 공여체로서 언급됨)은 보호된 산기 및/또는 보호된 알코올기를 포함한다. 산 및/또는 알코올기는 산, 산 생성제(열 산 생성제 또는 광산 생성제와 같은), 열 에너지, 또는 전기 자기 복사선으로의 노출에 의해 탈보호될 수 있는 모이어티(예를 들어, 분해 가능한 기)에 의해 보호된다. 적합한 분해 가능한 산기는 위에 기술되어 있다.
보호된 기의 분해 온도는 100 내지 250℃이다. 전자기 복사선은 UV 복사선, 적외선, x선, 전자빔 복사선 등을 포함한다. 예시적인 보호된 산기는 화학식 (1) 내지 (9)에서 하기에 도시된다.
(1)
Figure pat00003
(2)
Figure pat00004
(3A)
Figure pat00005
(3B)
Figure pat00006
(4)
Figure pat00007
(5)
Figure pat00008
(6)
Figure pat00009
(7)
Figure pat00010
(8)
Figure pat00011
(9)
Figure pat00012
상기 식 중, n은 반복 유닛들의 수이고, R1은 C1 내지 C30 알킬기, 바람직하게 C2 내지 C10 알킬기이고, 화학식 (7) 내지 (12D) 내 R4는 수소이고, C1 내지 C10 알킬이고, R5는 수소 또는 C1 내지 C10 알킬이다. 화학식 (8)에서, 산소 헤테로원자는 오르쏘(ortho), 메타 또는 파라(para) 위치에 위치될 수 있다.
보호될 수 있는 다른 산기는 인산기 및 설폰산기를 포함할 수 있다. 제1 중합층(155A)의 블록 공중합체에 사용될 수 있는 인산기 및 설폰산 기를 포함하는 블록들은 하기에 도시된다.
(10)
Figure pat00013
및
(11)
Figure pat00014
적합한 산소 함유기는 저항 패턴의 표면에서 탈보호된 알코올기와의 수소 결합을 형성할 수 있다. 유용한 산소 함유기는 예를 들어, 에테르 및 알코올기를 포함한다. 적합한 알코올은 예를 들어, 하이드록시메틸, 하이드록시에틸 등과 같은 1차 히드록실기; 1-하이드록시에틸, 1-하이드록시프로필 등과 같은 2차 히드록실기; 및 2-하이드록시프로판-2-일, 2-하이드록시-2-메틸프로필, 등과 같은 3차 알코올; 및 2-하이드록시벤질, 3-하이드록시벤질, 4-하이드록시벤질, 2-하이드록시나프틸 등과 같은 페놀 유도체를 포함한다. 유용한 에테르 기는 예를 들어, 메톡시, 에톡시, 2-메톡시에톡시 등을 포함한다. 다른 유용한 산소 함유기는 펜탄-2, 4-디온과 같은 디케톤 기능, 및 에타논, 부타논과 같은 케톤 등을 포함한다.
보호된 알코올 블록의 예들은 화학식 (12) 및 (13)에 도시되고,
(12)
Figure pat00015
(13)
Figure pat00016
상기 식 중, n은 반복 유닛의 수이고, 화학식 (12) 내 R4는 수소 또는 C1 내지 C10 알킬이고, R5는 수소 또는 C1 내지 C10 알킬이다.
화학식 (1) 내지 (13)에 도시된 중합체 외에도, 중합체로 변환될 수 있고, 제1 중합층(155A)에서 동종중합체로서 또는 공중합체의 부분으로서 사용된 다른 동종중합체는 예를 들어, 하기에 도시된다.
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
제1 중합층(155A)에 사용된 제1 중합체가 동종중합체일 때, 제1 중합체는 몰당 1,000 내지 100,000 그램, 바람직하게 몰당 5,000 내지 30,000 그램의 중량 평균 분자량 평균을 갖는다.
제1 중합층(155A)에 사용된 제1 중합체가 공중합체의 부분일 때, 제1 중합체는 몰당 1,000 내지 100,000 그램, 바람직하게 몰당 5,000 내지 30,000 그램의 중량 평균 분자량 평균을 갖는다.
제1 중합층(155A)에 사용된 공중합체의 제2 중합체의 예들은 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리실록산, 폴리카보네이트, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴설폰, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리벤족사졸, 폴리프탈라이드, 폴리안히드라이드, 폴리비닐 에테르, 폴리비닐 티오에테르, 폴리비닐 케톤, 폴리비닐 할라이드, 폴리비닐 니트릴, 폴리비닐 에스테르, 폴리설포네이트, 폴리설파이드, 폴리티오에스테르, 폴리설폰아미드, 폴리우리아, 폴리포스페이젠, 폴리실라잔, 등, 또는 이들의 조합을 포함한다.
제1 중합층(155A)에 사용된 공중합체의 예시적인 제2 중합체는 비닐 방향족 모노머로부터 도출된다. 제2 블록의 비닐 방향족 모노머는 다음의 일반 화학식 (14)인 것이 바람직하다:
(14)
Figure pat00020
상기 식 중, R6는 수소 및 플루오로-, 클로로-, 아이오도- 또는 브로모알킬과 같은 C1 내지 C3 알킬 또는 할로알킬로부터 선택되며, 전형적으로는 수소이다; R7은 수소, 할로겐(F, CI, I 또는 Br), 임의로 치환된 C1 내지 C10 선형 또는 분지형 알킬 또는 C3 내지 C8 환식 알킬과 같은 임의로 치환된 알킬, C5 내지 C25, C5 내지 C15, 또는 C5 내지 C10 아릴 또는 C6 내지 C30, C6 내지 C20, 또는 C6 내지 C15 아랄킬과 같은 임의로 치환된 아릴로부터 독립적으로 선택되고, -O-, -S-, -C(O)O- 및 -OC(0)-로부터 선택된 하나 이상의 연결 모이어티를 임의로 포함하고, 2개 이상의 R2 기는 임의로 하나 이상의 환, 예를 들어 나프틸, 안트라세닐 등과 같은 용융된 환을 형성하고; a는 0 내지 5의 정수이다.
화학식 (14)의 적합한 비닐 방향족 모노머는 예를 들어 다음으로부터 선택된 모노머를 포함한다:
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
제1 중합층(155A)에 사용된 제2 중합체가 공중합체의 부분일 때, 제2 중합체는 몰당 1,000 내지 100,000 그램, 바람직하게 몰당 3,000 내지 30,000 그램의 중량 평균 분자량 평균을 갖는다.
제2 중합층(155B)은 일반적으로 수소 수용체 및 감지 수용체를 포함하는 반복 유닛들로부터 도출된 중합체를 포함한다. 실시예에서, 수소 수용체는 감지 수용체와 동일하다. 다른 실시예에서, 수소 수용체는 감지 수용체와 다르다. 제2 중합층(155B)에 사용된 중합체는 제2 중합층(155B)으로부터 분리하는 매크로 상으로부터 제1 중합층(155A)을 보호하기 위해 제1 중합층(155A)에 사용된 중합체와의 상호작용을 겪을 수 있다. 수소 수용체는 제1 중합층(155A)의 탈보호된 수소 공여체와의, 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용, 정전기 상호작용, 또는 이들의 조합을 겪도록 동작한다. 감지 수용체는 또한 센서를 둘러싸는 주변 대기에 존재하는 위험하고, 불필요하거나 불쾌한 가스 분자와의 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용, 정전기 상호작용, 또는 이들의 조합을 겪도록 동작한다.
제2 중합층(155B)에 사용된 수소 수용체 함유 중합체는 동종중합체 또는 공중합체일 수 있다. 실시예에서, 수소 수용체 함유 중합체는 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 제2 중합층(155B)에 사용된 수소 수용체 함유 중합체가 공중합체일 때, 양쪽 중합체는 일반적으로 수소 수용체들을 갖는 반복 유닛들을 포함한다. 실시예에서, 제2 중합층(155B)에 사용된 중합체가 동종중합체일 때, 수소 수용체는 또한 감지 수용체로서 작용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 중합층(155B)에 사용된 중합체가 공중합체일 때, 반복 유닛들 중 하나는 수소 수용체로서 기능할 수 있는 반면, 다른 것은 감지 수용체로서 기능할 수 있다. 대안적으로, 공중합체의 반복 유닛들 중 하나는 수소 수용체 및 감지 수용체 모두로서 기능할 수 있는 반면, 다른 반복 유닛은 다른 기능을 수행한다.
수소 수용체 함유 중합체는 일반적으로 질소 함유기를 포함한다. 감지 수용체는 질소 함유기, 지방족 또는 방향족 기, 또는 할로겐화된 지방족 또는 방향족 기를 포함한다. 적합한 질소 함유기는 중합층들(155A 및 155B)의 표면에서 산기와의 이온 결합을 형성할 수 있다. 유용한 질소 함유기는 예를 들어, 아민기 및 아미드기, 예를 들어, 아민과 같은 1차 아민, N-메틸아민, N-에틸아민, N-t-부틸아민 등을 포함하는 알킬아민과 같은 2차 아민, N,N-디메틸아민, N,N-메틸에틸아민, N,N-디에틸아민 등을 포함하는 N,N-디알킬아민과 같은 3차 아민을 포함한다. 유용한 아미드기는 N-메틸아미드, N-에틸아미드, n-페닐아미드, N,N-디메틸아미드 등과 같은 알킬아미드를 포함한다. 질소 함유기는 또한 피리딘, 인돌, 이미다졸, 트리아진, 피롤리딘, 아자시클로프로판, 아자시클로부탄, 피페리딘, 피롤, 푸린, 디아제티딘, 디티아진, 아조칸, 아조난, 퀴놀린, 카르바졸, 아크리딘, 이다졸, 벤즈이미다졸 등과 같은 환의 부분일 수 있다. 바람직한 질소 함유기는 아민기, 아미드기, 피리딘기, 또는 이들의 조합이다. 실시예에서, 제2 중합층(155B)에서의 아민은 제2 중합층(155B)을 고정하기 위해 제1 중합층(155A)의 표면에서 유리 산과의 이온 결합을 형성한다.
실시예에서, 제2 중합층(155B)에 사용된 중합체의 반복 유닛은 수소 수용체를 포함한다. 실시예에서, 수소 수용체는 질소 함유기를 포함한다. 질소 함유기를 포함하는 수소 수용체 함유 중합체의 예들은 화학식 (15) 내지 (20)에서 하기에 도시되고,
(15)
Figure pat00024
상기 식 중, n은 반복 유닛들의 수이고, R1은 C1 내지 C30 알킬기, 바람직하게, C2 내지 C10 알킬기이고, R2 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소, 히드록실, C1 내지 C30 알킬기, 바람직하게 C1 내지 C10 기일 수 있고, R4는 수소 또는 C1 내지 C30 알킬기이다.
(16)
Figure pat00025
상기 식 중, n, R1, R2, R3 및 R4는 화학식 (15)에서 상기 정의된다.
화학식 (16)의 구조의 바람직한 형태는 화학식 (17)에서 하기에 도시된다:
(17)
Figure pat00026
상기 식 중, R1NR2R3기는 파라-위치에 위치되고, n, R1, R2, R3 및 R4는 화학식 (15)에서 상기 정의된다.
질소 함유기를 포함하는 블록을 포함하는 수소 수용체의 다른 예는 화학식 (18)에서 하기에 도시된다.
(18)
Figure pat00027
화학식 (4)에서, n 및 R4는 화학식 (15)에서 정의되고, 질소 원자는 오르쏘, 메타, 파라 위치들, 또는 이들의 임의의 조합(예를 들어, 오르쏘와 파라 위치들 모두에서)에 존재할 수 있다.
질소 함유기를 포함하는 블록을 포함하는 수소 수용체의 또 다른 예는 화학식 (19)에서 하기에 도시되고
(19)
Figure pat00028
n 및 R4는 화학식 (15)에서 상기 정의된다.
질소 함유기를 포함하는 블록을 포함하는 수소 수용체의 또 다른 예는 화학식 (20)에서 하기에 도시된 폴리(알킬렌 이민)이고,
(20)
Figure pat00029
상기 식 중, R1은 1-4 질소 원자로 치환된 5-원 환이고, R2는 C1 내지 C15 알킬렌이고, n은 반복 유닛들의 총 수를 나타낸다. 화학식 (20)의 구조의 예는 폴리에틸렌이민이다. 화학식 (20)의 수소 수용체의 예시적인 구조들은 하기에 도시된다.
Figure pat00030
위에서 주지된 바와 같이, 수소 수용체를 포함하는 블록은 원하는 경우 차단기(blocking group)에 의해 보호될 수 있다. 수소 수용체는 분해 가능한 산기, 열적으로 분해 가능한 기 또는 전자기 복사선에 의해 분해될 수 있는 기에 의해 보호되거나 차단될 수 있다. 실시예에서, 분해 가능한 산기는 전자기 복사선으로의 노출의 결과로서 열적으로 분해되거나 분해될 수 있다.
보호된 아민 블록들(차단되거나 보호된 수용체들)의 예들은 화학식 (18) 내지 (21)에서 하기에 도시된다.
(18)
Figure pat00031
(19)
Figure pat00032
(20)
Figure pat00033
(21)
Figure pat00034
상기 식 중, 적용 가능한 화학식 (18) 내지 (21)에서, R4는 수소 또는 C1 내지 C10 알킬이고, R7 및 R8은 동일하거나 상이하고, 독립적으로 C1 내지 C30 알킬기, 바람직하게 C1 내지 C10 기이다.
제2 중합층(155B)에 사용된 중합체를 포함하는 예시적인 수소 수용체는 폴리(4-비닐프롤리돈), 폴리(2-비닐피롤리돈), 폴리(4-비닐피롤리돈) 및 폴리(2-비닐피롤리돈)의 공중합체들, 및 이들의 혼합물이다.
제2 중합층(155B)에 사용된 중합체는 몰당 1,000 내지 100,000 그램, 바람직하게 몰당 3,000 내지 30,000 그램의 중량 평균 분자량 평균을 갖는 동종중합체가다.
이제 도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 가스 센서를 제조하는 일 방식에서, 제1 중합층(155A)은 기판(154) 상에 배치된다. 제1 중합층(155A)은 중합체 외에도 용매를 포함할 수 있는 제1 조성물의 부분이다. 제1 조성물은 기판(154) 상에 먼저 배치된다. 제1 조성물은 그런 후에 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층(155A)을 형성하기 위해 용매를 증발함으로써 건조될 수 있다. 포토레지스트는 그런 후에 제1 중합층의 제2 표면 상에 배치될 수 있다. 제1 중합층(155A)의 부분들은 그런 후에 제2 표면의 표면적을 증가시키기 위해 에칭될 수 있다. 그러므로, 제2 표면은 제1 표면의 표면적의 적어도 2배, 바람직하게 제1 표면의 표면의 적어도 4배인 텍스처화 표면을 갖는다. 이것은 도 3에 도시되고, 여기서 제1 중합층(155A)은 기판(154)의 표면 상에 배치된다. 제1 중합층은 스핀 코팅, 스프레이 페인팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩 등을 이용하여 기판 상에 배치될 수 있다.
포토레지스트(200)는 그런 후에 제1 중합층(155A)의 제2 표면 상에 배치되고, 제1 층(155A)의 부분들은 텍스처화 제2 표면을 형성하기 위해 복사선(hν), 화학 에칭, 이온 빔 에칭 등을 이용하여 제거된다. 도 2a에서 알 수 있듯이, 제1 중합층(155A)의 부분만이 제거될 수 있어서, 제2 중합층(155B)이 제1 중합층(155A) 상에 배치될 때, 제2 중합층은 전체 영역을 따라 제1 중합층(155A)의 표면과 접촉한다.
하지만, 도 2b에서 알 수 있듯이, 제1 중합층(155A)의 부분들이 제거될 수 있어서, 제2 중합층(155B)이 제1 중합층(155A) 상에 배치될 때, 제2 중합층은 전체 영역을 따라 제1 중합층(155A)의 표면과 접촉하지만, 이에 더하여, 기판과 접촉한다. 즉, 제1 중합층(155A)의 부분들은 기판(154)의 표면을 노출시키기 위해 에칭 제거될 수 있다.
제1 중합층(155A)의 부분들이 제거된 후에, 보호된 수소 공여체는 전자기 복사선, 열 분해, 광산 생성제, 산 생성제 등, 또는 이들의 조합을 이용하여 탈보호될 수 있다. 제2 중합층(155B)은 그런 후에 스핀 코팅, 스프레이 페인팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩 등을 이용하여 제1 중합층(155A)의 제2 표면 상에 배치된다.
제2 중합층(155B)은 수소 수용체를 포함하는 중합체 뿐 아니라 용매를 포함하는 제2 조성물을 제1 중합층(155A) 상에 배치함으로써 수득될 수 있다. 제2 중합층(155B)이 보호된 수소 수용체를 포함하면, 제2 중합층은 전자기 복사선, 열 분해, 광산 생성제, 산 생성제 등을 이용하여 탈보호될 수 있다. 도 3에서 알 수 있듯이, 제2 중합층(155B)의 유리 표면은 제1 중합층(155A)의 제1 표면(기판과 접촉하는 표면인)보다 더 큰 표면적을 갖는다.
제1 중합층(155A)에 사용된 중합체가 공중합체이면, 제1 중합체 및 제2 중합체는 기판(154) 상에 배치되자마자 상 분리(블록 A에 의해 생성된 상 A와 블록 B에 의해 생성된 상 B로)될 수 있다. 이것은 도 4에 도시되어 있다. 블록 공중합체의 상들 중 하나는 제2 중합층(155B)이 그 위에 배치되는 텍스처화 제2 표면을 형성하기 위해 에칭될 수 있다. 제1 및 제2 중합층들은 원하는 경우 베이킹(baking)을 거칠 수 있다. 적합한 베이킹 온도는 75 내지 200℃, 바람직하게 100 내지 150℃이다.
제1 및 제2 중합층의 총 두께는 약 10 내지 3000 나노미터, 바람직하게 100 내지 1500 나노미터이다. 층들의 두께는 소형 및 경량의 가스 센서들을 제조할 수 있는 능력을 제공한다.
각 제1 및 제2 조성물들에 사용될 수 있는 적합한 용매는 예를 들어, n-부틸 아세테이트, n-부틸 프로피오네이트, n-펜틸 프로피오네이트, n-헥실 프로피오네이트 및 n-헵틸 프로피오네이트와 같은 알킬 에스테르, 및 n-부틸 부티레이트, 이소부틸 부티레이트 및 이소부틸 이소부티레이트와 같은 알킬 부티레이트; 2-헵타논, 2,6-디메틸-4-헵타논 및 2,5-디메틸-4-헥사논과 같은 케톤; n-헵탄, n-노난, n-옥탄, n-데칸, 2-메틸헵탄, 3-메틸헵탄, 3,3-디메틸헥산 및 2,3,4-트리메틸펜탄과 같은 지방족 탄화수소, 및 퍼플루오로헵탄과 같은 플루오르화 지방족 탄화수소; 및 1-부탄올, 2-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 이소부틸 알코올, tert-부틸 알코올, 1-펜타놀, 2-펜타놀, 1-헥사놀, 1-헵타놀, 1-옥타놀, 2-헥사놀, 2-헵타놀, 2-옥타놀, 3-헥사놀, 3-헵타놀, 3-옥타놀 및 4-옥타놀과 같은 직쇄, 분지형, 또는 환식 C4-C9 1가 알코올과 같은 알코올; 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로-1-부타놀, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1-펜타놀 및 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-데카플루오로-1-헥사놀, 및 2,2,3,3,4,4-헥사플루오로-1,5-펜탄디올, 2,2,3,3,4,4,5,5-옥타플루오로-1, 6-헥산디올 및 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-도데카플루오로-1, 8-옥탄디올과 같은 C5-C9 플루오르화 디올; 톨루엔, 아니졸 및 이들 용매들 중 하나 이상을 포함하는 혼합물을 포함한다. 이들 유기 용매들 중에서, 알킬 프로피오네이트, 알킬 부티레이트 및 케톤, 바람직하게 분지형 케톤이 바람직하고, 더 바람직하게, C8-C9 알킬 프로피오네이트, C8-C9 알킬 프로피오네이트, C8-C9 케톤, 및 이들 용매들 중 하나 이상을 포함하는 혼합물이 바람직하다. 적합한 혼합된 용매는 예를 들어, 위에 기재된 알킬 케톤 및 알킬 프로피오네이트와 같은 알킬 케톤과 알킬 프로피오네이트의 혼합물을 포함한다. 제1 조성물 또는 제2 조성물의 용매 성분은 일반적으로 제1 조성물 또는 제2 조성물의 총 중량에 기초하여 75 내지 99 wt%의 양으로 존재한다.
감지 요소가 유체에 의해 접촉될 때, 유체에서의 특정한 가스 분자는 제2 중합층과 접촉하고, 이에 결합된다. 가스 분자의 결합 이전의 그리고 이후의 감지 요소의 중량 차이는 압전 기판에 의해 비례하는 전류의 생성을 초래한다. 전기 신호는 제2 중합층(155B)과 상호작용한 분자(들)를 사용자에게 표시하도록 교정된다. 제2 중합층(155B)의 유리 표면의 증가된 표면적은 감지 요소의 표면 상의 위험한 가스 분자의 증가된 수집을 용이하게 하여, 가스 센서의 감도를 증가시킨다.
가스 센서는 이에 따라 거주지, 상업지 또는 산업계 환경에서의 환경에 존재하는 위험한 가스를 검출하는데 사용될 수 있다. 특히, 가스 센서는, 식료품 및 상하기 쉬운 항목이 저장될 수 있는 냉장고, 가전 기기 및 저장 영역에 사용된다. 가스 센서는 일산화탄소, 이산화탄소, 포름알데히드, 황화수소, 아민, 오존, 암모니아, 벤젠 등과 같은 위험하고, 불필요하거나 불쾌한 가스를 검출하는데 사용될 수 있다.
가스 센서에 대한 다른 응용은 생물학적 공정에 의해 방출된 호흡 또는 휘발성 가스의 분석에 있거나, 질환의 진단을 위해 있다. 예를 들어, 인간의 호흡은 다수의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함한다. 호기 호흡에서의 VOC의 정밀한 검출은 질변의 초기 진단을 위한 필수 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 아세톤, 황화수소, 암모니아, 메르캡탄, 일산화질소 및 톨루엔은 각각 당뇨병, 구취, 신장 오기능, 및 폐암을 평가하는데 사용될 수 있고, 여기서 이들 질환의 진단은 호기 호흡에서 VOC의 농도를 분석함으로써 달성될 수 있어서, 이것은 폐 조직과 혈액 사이의 분자 교환으로부터 유래한다. 특정한 질환에 대한 생체 마커로서 작용할 수 있는 호기 VOC의 농도에서의 변경은 아픈 사람으로부터 건강한 사람을 구별할 수 있다.
가스의 가스 센서 검출의 다른 응용은 과일과 같은 식품의 숙성, 또는 과일의 과숙성, 또는 생선과 고기 제품과 같은 식품의 노화 또는 부패를 모니터링하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 과일의 숙성은 에틸렌 가스를 생성한다. 과일에 의해 방출된 에틸렌 가스 또는 다른 휘발성 가스의 정밀한 검출은 저장 수명 또는 피크 숙성을 모니터링할 수 있다. 생선 제품의 노화 또는 상함(spoiling)은 트리메틸아민, 황화수소, 이산화황, 질소 산화물, 암모니아와 같은 아민을 생성하고, 고기의 노화 또는 상함은 에틸 아세테이트, 메탄, 이산화탄소 및 암모니아와 같은 다른 휘발성 성분을 생성한다. 방출된 VOC의 농도에서의 변경은 제품의 유용성, 품질 및 안전을 진단하는데 사용될 수 있다.
호기 가스의 가스 센서 검출의 다른 응용은 인간의 혈액 알코올 수준을 모니터링하기 위한 것일 수 있고, 이것은 자동차, 트럭, 보트 및 항공기 또는 다른 산업용 기기와 같은 기기의 안전 동작을 위한 것이다. 더욱이, 호기 가스의 그러한 가스 센서 검출은 또한 포렌식(forensic) 또는 법 집행 응용을 가질 수 있다. 예를 들어, 호흡에서 알코올, 케톤 및 알데히드의 농도에서의 변경은 혈액 알코올 수준과 밀접하게 상관된다.
가스 센서는 다음의 비 제한적인 예에 의해 구체화될 수 있다.
실시예
이것은 검출 가스에 사용될 수 있는 가스 센서를 제조하는 생존가능성을 예증하기 위한 예측 예(paper example)이다. 제1 층(155A)은 실제로 실험적으로 합성된 반면, 이 예의 감지 층(155B) 및 가스 검출 부분은 이러한 적용의 제출로서의 개념적 발상이다. 압전 기판 상의 제1 층(155A)의 배치, 제1 층(155A)의 에칭 및 제1 층(155A)의 에칭된 표면 상의 제2 층(155B)의 배치는 모두 가스 센서를 제조하도록 실행가능하다는 것을 증명하는 개념이다.
본 실시예는 비-공유 상호작용에 의해 제2 중합층(155B)과 상호작용하는 패턴화된 제1 중합층(155A)의 제조를 증명한다. 다음의 모노머는 패턴화된 제1 중합층의 합성에 이용되었다. 이들은 1-에틸시클로펜틸 메틸아크릴레이트(ECPMA), 1-메틸시클로펜틸 메타크릴레이트(MCPMA), 2-프로페노익산, 2-메틸-, 2-[(헥사히드로-2-옥소-3,5-메타노-2H-시클로펜타[b]푸란-6-일)옥시]-2-옥소에틸 에스테르(MNLMA) 및 3-하이드록시-1-아다만틸 아크릴레이트(HADA)이다.
ECPMA(5.092 그램(g)), MCPMA(10.967g), MNLMA(15.661g) 및 HADA(8.280g)의 모노머는 60g의 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA)에서 용해되었다. 모노머 용액은 20분 동안 질소로 기포화(bubbling)함으로써 탈기되었다. PGMEA(27.335g)은 응축기 및 기계적 교반기가 설치된 500mL 3-넥 플라스크로 충전되었고, 20분 동안 질소로 기포화함으로써 탈기되었다. 후속하여, 반응 플라스크에서의 용매는 80℃의 온도가 되었다. V601(디메틸-2,2-아조디이소부티레이트)(0.858 그램)은 PGMEA의 8 그램에서 용해되었고, 개시제 용액은 20분 동안 질소로 기포화함으로써 탈기되었다. 개시제 용액은 반응 플라스크에 첨가되었고, 그런 후에 모노머 용액은 엄격한 교반 및 질소 환경 하에서 3시간의 기간에 걸쳐 하강 방향으로 반응기에 공급되었다. 모노머 공급이 완료된 후에, 중합화 혼합물은 80℃에서 1시간의 추가 시간 동안 가만히 있는(stand) 상태로 남아있었다. 총 4시간의 중합화 시간(3시간의 공급 및 1시간의 후치-공급 교반) 이후에, 중합화 혼합물은 실온으로 냉각되도록 허용되었다. 침전은 메틸 tert-부틸 에테르(MTBE)(1634g)에서 수행되었다.
침전된 분말은 여과, 밤새 공기-건조에 의해 수집되었고, 120g의 THF에서 재용해되었고, MTBE(1634g)에서 재침전되었다. 최종 중합체는 31.0그램의 폴리(ECPMA/MCPMA/MNLMA/HADA)(15/35/30/20) 공중합체(MP-1)(Mw=몰당 20,120그램 및 Mw/Mn=1.59)를 제공하기 위해 48시간 동안 60℃에서 진공 하에서 여과되고, 밤새 공기-건조되었고, 추가로 건조되었다.
최종 중합체 폴리(ECPMA/MCPMA/MNLMA/HADA)는 그런 후에 용매에서 용해되고, 제1 중합층(155A)을 형성하기 위해 석영을 포함하는 압전 기판 상에 배치된다. 마스크(200)(도 3을 참조)는 제1 층(155A) 상에 배치되고, 경화되지 않은 제1 층(155A)의 부분들은 용해에 의해 제거된다. 제1 중합층(155A)으로부터의 보호된 에스테르 모이어티는 그런 후에 산, 산 생성제로의 노출에 의해, 또는 에스테르 모이어티의 저하를 촉진시키는 상승된 온도로의 노출에 의해 탈보호된다. 탈보호는 수소 공여체를 노출하고, 결국 제2 중합층(155B)과의 상호작용을 용이하게 한다. 제1 중합층(155A)의 부분들의 용해는 제1 층(155A)의 표면적(기판과 접촉하지 않은 표면)에서의 증가를 초래한다.
폴리(4-비닐피롤리돈) 수소 수용체를 포함하는 제2 중합층(155B)은 그런 후에 제1 중합층(155A)의 텍스처화 표면 상으로 주조된다. 제2 중합층(155B)을 건조한 후에, 압전 기판(154), 제2 중합층(155B)과 접촉하는 텍스처화 표면을 갖는 제1 중합층(155A)을 포함하는 가스 센서는 적절한 전자기기와 접촉하게 위치된다. 디바이스는 아세트산의 트레이스(trace)를 포함하는 스트림에 위치된다. 센서의 중량에서의 증가는 압전 기판에 의해 생성된 전류로 인해 검출된다.
그러므로, 센서는 센서 주위의 주변 대기에 존재하는 산 분자를 검출하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 바람직하지 않거나 불쾌한 가스로 노출되기 전에, 그리고 노출된 후에 센서의 중량 차이에 의해 바람직하지 않거나 불쾌한 분자(대기에서)의 존재를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 센서는 바람직하지 않거나 불쾌한 가스로 노출되기 전에, 그리고 노출된 후에 감지 층(155B)의 전기 전도도에서의 차이에 의해 바람직하지 않거나 불쾌한 분자의 존재를 검출할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서는 바람직하지 않거나 불쾌한 가스로 노출되기 전에, 그리고 노출된 후에 감지 표면 상에 배치된 분자의 화학적 분석에 의해 바람직하지 않거나 불쾌한 분자의 존재를 검출할 수 있다.
센서는 또한 불쾌하거나 바람직하지 않은 가스의 다양한 분자를 검출하는데 있어서 확장된 후에 감지 표면을 보충하거나 개조할 수 있는 성능을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 센서는 오염된 센서 표면을 개조하도록 화학적으로 처리될 수 있다. 다른 실시예에서, 센서는, 검출된 가스 분자가 표면으로부터 탈착하도록 함으로써 오염된 표면을 개조하는데 효율적인 온도로 가열될 수 있다. 표면을 개조하기 위한 가열은 전도, 복사 또는 대류에 의해 수행될 수 있다.

Claims (11)

  1. 가스 센서로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층으로서, 상기 제1 표면은 상기 기판과 접촉하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하고, 상기 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 상기 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함하는, 상기 제1 중합층; 및
    상기 제1 중합층 상에 배치된 제2 중합층으로서, 상기 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 제2 중합층
    을 포함하는, 가스 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 수소 수용체를 포함하는 상기 반복 유닛은 질소 함유기를 포함하고, 상기 수소 수용체는 제1 중합체의 수소 공여체와의 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용, 정전기 상호작용, 또는 이들의 조합을 겪도록 동작가능한, 가스 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 수소 수용체를 포함하는 상기 반복 유닛은 감지 수용체를 추가로 포함하고, 상기 감지 수용체는 가스와의 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용, 정전기 상호작용, 또는 이들의 조합을 겪도록 동작가능한, 가스 센서.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 질소 함유기는 아민, 아미드 및 피리딘 기들로부터 선택되는, 가스 센서.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 탈보호된 수소 공여체는 보호된 산기 및/또는 보호된 알코올기를 갖는 반복 유닛들을 탈보호함으로써 수득되는, 가스 센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 표면은 텍스처화되는, 가스 센서.
  7. 청구항 1에 있어서, 텍스처화된 상기 제2 표면은 상기 제1 표면의 표면적보다 적어도 2배 더 큰 표면적을 갖는, 가스 센서.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 중합층은 텍스처화된 유리 표면(free surface)을 갖는, 가스 센서.
  9. 가스 센서를 제조하는 방법으로서,
    제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층을 기판 상에 배치하는 단계로서, 상기 제1 표면은 상기 기판과 접촉하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하고, 상기 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 상기 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함하는, 상기 단계; 및
    제2 중합층을 상기 제1 중합층 상에 배치하는 단계로서, 상기 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 단계
    를 포함하는, 가스 센서를 제조하는 방법.
  10. 가스를 검출하는 방법으로서,
    가스 센서를 가스 분자와 접촉시키는 단계로서, 상기 가스 센서는
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 제1 중합층으로서, 상기 제1 표면은 상기 기판과 접촉하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 대향하고, 상기 제1 표면보다 더 큰 표면적을 갖고, 상기 제1 중합층은 탈보호된 수소 공여체를 갖는 반복 유닛들을 포함하는, 상기 제1 중합층; 및
    상기 제1 중합층 상에 배치된 제2 중합층으로서, 상기 제2 중합층은 수소 수용체를 포함하는 반복 유닛으로부터 도출되는, 상기 제2 중합층
    을 포함하는, 상기 단계; 및
    상기 가스 분자와 상기 제2 중합층 사이에서 수소 결합, 반데르발스 상호작용, π-π 상호작용 또는 정전기 상호작용 중 적어도 하나를 형성하는 단계; 및
    상기 수소 결합, 상기 반데르발스 상호작용, 상기 π-π 상호작용 또는 상기 정전기 상호작용의 형성 이전에, 그리고 이후에, 상기 센서의 차이에 기초하여 상기 가스 분자의 특질(identity)을 계측(determining)하는 단계
    를 포함하는, 가스를 검출하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 차이는 중량 차이 또는 전기 전도도에서의 차이인, 가스를 검출하는 방법.
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