TW201415024A - 揮發性有機化合物偵測系統及其形成方法與應用 - Google Patents

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Abstract

本發明之揮發性有機化合物偵測系統係以奈米材料和導電高分子的混合物所製作成之感測材料，其對有機物揮發物的反應速度與靈敏度可與商業化商品之水準比擬，且因不需使用電訊原理感應方法便可檢測，因此可大幅降低操作所需耗能與繁雜程序。無機奈米粒子的添加，有助於增加感測物暴露於揮發性有機化合物的表面積並強化感測材料的分子形態之改變，進而提升感測活性。

Description

揮發性有機化合物偵測系統及其形成方法與應用
本發明係關於一種揮發物偵測系統，特別係關於一種揮發性有機化合物偵測系統及其製程與應用。
現今，多數典形的具有毒性、爆炸性、易燃性與環境危害等揮發性有機化合物已經被廣泛地被使用於各種工業產品的製造上及各樣化學實驗的研究上。在各種工業產物及其研究中，如半導體、石化、化學等，常在生產期間使用揮發性有機化合物(volatile organic compounds；VOCs)當成試劑、溶劑、添加劑、中間產物，甚或最終產物，如開發藥劑、清潔液、油物等。一般而言，此些揮發性有機化合物都有爆炸、易燃、毒性、危害環境等危險性存在。若此些化合物的洩漏、溢出將導致如爆炸、火災等嚴重災難，且因此造成人員嚴重的損傷與健康、重大的財產損失與嚴重的環境污染，例如，2012年5月17日於台灣彰化縣所在之彰濱工業區之一化學工廠，因攪拌甲苯不慎，發生大爆炸，造成1死13傷的慘劇，另，早年亦發生在美國德州精煉廠源於溢油的爆炸案，其造成超過100人的傷亡，證實15人死亡。因此，儲存槽、輸送管、與任何其他與揮發性有機化合物的相關處理者都應該極其小心。此外，人體暴露於揮發性有機化合物中將有相當高的比例 會造成如過敏、氣喘、惡性腫瘤等病變。因此，為了能保護人體與環境免受到揮發性有機化合物或其汽化體的洩漏所造成的危害，即時且準確地監控揮發性有機化合物的儲存與運輸是極其重要的事項。偵測毒性化合物的重要性在於確保人體健康與財產的安全，且也能避免環境災害的發生。
感測揮發性有機化合物的研究始於1982年Dodd與Persaud等人論證了電子雜訊的概念，其係以一種類似人類鼻子的電子裝置，其藉由偵測諸如電阻率、電壓、電流、頻率等單一變動率，能識別不同化合物之間的味道特徵。，例如，半導體感測法、觸媒燃燒法、電化學感測法、紅外線感測法等等。現今已經有一些方法論被應用於商業化的感測器產品上。但是大多數的此類產測產品都極其昂貴，例如，揮發性有機化合物之紅外線偵漏感測器的成本超過USD 130,000，此顯然地大為限制了其推廣與民眾的使用意願。特別是目前所知還未有商業化的揮發性有機化合物感測器能被大量地配備於任意地方，如每個傳輸管路上的接合點、儲存槽的開關、或所有具備揮發性有機化合物滲漏的高風險區域。
目前常見的揮發性有機化合物檢測儀的技術原理主要有下列幾種：首先為電阻式的量測，其利用感測物質電阻對有機物質濃度的變化進行標定，然而其感應元件壽命約只有一年，也有部分元件利用感測材料為標靶感應基材，標靶感應基材可 以針對特定的分析物做鍵結，再經由螢光光譜或是拉曼光譜等方式，觀察其光譜隨有機物濃度之變化行為，但標靶感應基材之成本較高且量測方法較為複雜費時；另一種常見的揮發性有機化合物檢測技術為紅外線光譜學，以紅外線光譜儀直接對有機物進行標定，但其檢測成本較高，且因內部系統易受水氣損耗以及複雜的試片製備而不易維護，導致在工業界不被普通採用。據此，發展一種揮發性有機化合物偵測系統即為當前產業亟欲發展之重要標的。
鑒於上述之發明背景中，為了符合產業上特別之需求，本發明提供一種揮發性有機化合物偵測系統可用以解決上述傳統技藝未能達成之標的。
本發明之一目的係提供一種揮發性有機化合物偵測系統用以偵測空氣中存在的揮發性有機化合物之濃度，揮發性有機化合物偵測系統係由拋棄式檢測晶片與揮發性有機化合物偵測光學測量模組所組合而成。揮發性有機化合物偵測光學測量模組包含兩式單一波長的可見光光源、感測裝置、光強度感測器、數據分析裝置和顯示器所構成。本揮發性有機化合物偵測光學測量系統的設計，乃針對拋棄式檢測片曝露在揮發性有機化合物下，其吸收行為於不同波長會有差異而設計，利用兩不同波長吸收度的比值差異，可標定出所偵測的揮發性有機化合 物的種類。本感測元件之感應度係由導電高分子接觸到揮發性有機物蒸氣時產生的結構排列變化定義，藉由旋塗法成膜時導電高分子並無充分時間進行自由排列，以便奈米粒子在高分子鍊間聚集，藉此降低導電高分子的π-π重疊效應所引起之分子排列變化，造成其在成膜時處於不穩定狀況下，當此薄膜接觸到有機揮發分子時，溶劑分子會進入到導電高分子的鏈段中，誘發奈米粒子分離出高分子鍊，進而提升π-π重疊效應以再次進行分子排列，提高分子有序堆疊的程度，從而改變其光學性質表現，因此可用於偵測有機揮發溶劑的存在。
本發明提供之揮發性有機化合物偵測系統係結合「拋棄式檢測片」與「揮發性有機化合物偵測光學量測系統」所組成，本發明之感測系統的檢測片上附有感測物質，感測時利用此感測物質之光學性質隨揮發性有機化合物濃度的變化，以檢測空氣中揮發性有機化合物的存在和濃度。本發明之感測揮發性有機化合物的原理係藉由感測晶片上的感測元素之光學性質的變化。該感測元素係由高分子與奈米微粒之複合材料構成感測晶片。此複合材料會因揮發性有機化合物，造成形態上的變化進而產生光學性質的改變。且本發明的檢測片製造，採用傳統的低成本鍍膜技術'將以高分子複合材料所構成的感測材料，以旋轉、噴霧或浸漬塗佈等製程技術製備。經由本揮發性有機化合物偵測系統內置軟體做校準和計算，儀器將直接顯示出揮發性有機化合物的類形以及濃度。此外，本發明之揮發性有機 化合物偵測系統檢測片為拋棄式，系統本身不易受到揮發性有機化合物的污染而損壞，可靠性將大幅被提升，且可大幅延長系統使用壽命。本揮發性有機化合物偵測系統，可安裝於存放揮發性有機化合物的儲存槽和管線接縫處，可即時偵測是否有有機物洩漏，抑或是空間中有機物濃度含量是否過高，在車廂、電梯、機艙、工廠、實驗室等任何空間皆可安裝。
本發明之揮發性有機化合物偵測系統係由可見光源的光學量測系統與高靈敏拋棄式的感測晶片所構成，由於簡易的感測晶片製造程序，便利的檢測過程，以及低廉的成本，環境限制需求也較為低，使得本發明產品/技術優勢比常見的電阻形揮發性有機化合物感測儀更具優勢，同時更俱備有高靈敏度、高選擇性與低功耗的優點。此外，相較於另一種揮發性有機化合物偵測技術-紅外線光譜儀，本發明的使用人員無需俱備紅外線光譜學的知識即可自行操作，直接進行簡易的數據判讀。
本發明之另一目的係提供一種拋棄式檢測片，拋棄式檢測片係由透明基材與感測材料所構成，其係採用低溫溶液製程來塗佈感測材料，可以採用旋轉、噴霧或浸漬塗佈來製備，本製程在室溫下即可操作。本發明之拋棄式檢測片的感測材料係以高分子複合材料為主要的感測材料，內容構造物包含具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物與具有π-π重疊效應之鍵結結構的導電高分子所構成之高分子複合材料。本發明之拋棄式檢測片屬拋棄式，製作價格便宜且操作方便。
目前揮發性有機化合物感測器價格偏高且不普及，為了克服以往的揮發性有機化合物檢測儀的缺點，本發明提供之揮發性有機化合物偵測系統具備低成本、便利的使用性和對揮發性有機化合物的高選擇性等優點，將可取代傳統的揮發性有機化合物檢測儀，且本發明之揮發性有機化合物偵測系統，可達到現場監測的功能，對於石油公司、工廠、實驗室和家庭來說，可即時監控揮發性有機化合物的是否洩漏與其洩漏濃度，實為方便實用之安全防護裝置。
根據本發明上述之目的，本發明提供一種揮發性有機化合物之感測材料，該揮發性有機化合物之感測材料包含一具有π-π重疊效應之鍵結結構的導電高分子；與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，且該抗π-π重疊效應物係分佈於該導電高分子之鏈結結構中以防止該導電高分子發生π-π重疊效應並產生分子排列之變化，其中，該抗π-π重疊效應物於接觸揮發性有機化合物時會形成聚集效應而抽離該導電高分子的鍵結結構，導致導電高分子的鍵結結構開始發生π-π重疊效應而快速轉變分子排列形態。上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly (cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
根據本發明上述之目的，本發明提供一種揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法，該揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法包含進行一第一混摻程序以混摻具有π-π重疊效應的鍵結結構之一導電高分子與具有奈米尺度之一抗π-π重疊效應物於一溶液中並形成一第一混摻材料；進行一靜置程序以便於該抗π-π重疊效應物能充分進入該導電高分子的鏈結間以防止在此時期發生π-π重疊效應；與進行一塗佈程序以沉積該第一混摻材料於一透明基材上並形成一檢測層，其中上述之溶液係為一氯苯(Chlorobenzene)。該感測裝置的形成方法可於靜置程序完成後，選擇性再次進行一第二混摻程序以便 於另行添加無機奈米粒子於第一混摻材料中並形成一第二混摻材料，藉此能增加更大的感測面積，且後續之該塗佈程序所沉積者係為該第二混摻材料。
根據本發明上述之目的，本發明提供一種揮發性有機化合物之偵測系統，該揮發性有機化合物之偵測系統包含一光源模組用以提供全光譜光源；一感測模組係位於該光源模組之光路方向上之一第一特定位置上藉以吸收光能，該光源模組與該感測模組之間具有一容置空間以導入揮發性有機化合物；一光學偵測模組係位於該光源模組之同一光路方向上之一第二特定位置上，藉以偵測該光源模組之光線穿透過該感測模組之光能變化，並產生一電能訊號；與一分析控制模組係與該光學偵測模組相互通訊以接收該電能訊號，並據以分析比對是否在原位(in-situ)環境中存在著揮發性有機化合物。上述之光源模組更包含雷射光源或發光二極體光源(LED)。上述之光源模組具有一第一光源與一第二光源，在該感測模組暴露於揮發性有機化合物之環境下，該第一光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該第二光源之光吸收波峰因該感測模組之材質產生變異而變動以便於當成感測變異值。上述之第一光源與該第二光源之波長配對包含該第一光源波長為510奈米~520奈米與該第二光源波長為550奈米~610奈米之間；該第一光源波長為545奈米~585奈米與該第二光源波長為630奈米~650奈米之間；該第一光源波長為690奈米~700 奈米與該第二光源波長為745奈米~755奈米之間。
上述之感測模組具有一檢測層，該檢測層係與該光源模組之光線照射方向相對以直接接收光能。上述之檢測層的厚度約為10奈米至10微米間。該揮發性有機化合物之偵測系統藉由控制該檢測層之形成厚度以控制欲檢測揮發性有機化合物的濃度高低。上述之檢測層的材料係包含一導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，該導電高分子具有π-π重疊效應之鍵結結構，且該抗π-π重疊效應物係分佈於該導電高分子之鏈結結構中以防止該導電高分子發生π-π重疊效應並產生分子排列之變化，其中，該抗π-π重疊效應物於接觸揮發性有機化合物時會形成聚集效應而抽離該導電高分子的鍵結結構，導致導電高分子的鍵結結構開始發生π-π重疊效應而快速轉變分子排列形態。上述之檢測層的材料混摻方式包含：導電高分子混摻富勒烯衍生物、導電高分子混摻無機奈米物、導電高分子混摻富勒烯衍生物與無機奈米物。
上述之光學偵測模組包含一具有光電轉換功能之光強度感測裝置以接收該光源模組之光線穿透過該感測模組之光能，並予以轉換成該電能訊號。上述之分析控制模組更包含一分析單元，該分析單元具有一預設資料庫與預設偵測區，且該分析單元根據該電能訊號分析計算感測度S，並根據該預設資料庫之數值進行比對分析；與一控制單元，當感測度S符合該預設資料庫之特定揮發性有機化合物所表定之數值範圍，該 分析控制模組將驅使該控制單元產生該控制訊號。上述之分析控制模組更包含一顯示單元，該顯示單元係與該控制單元相互通訊該控制訊號以顯示所偵測之揮發性有機化合物的種類、濃度變化以及產生區域。上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1，其中，x表該第二光源波長、y表該第一光源波長，a表揮發性有機化合物暴露前，b表揮發性有機化合物暴露後。
該揮發性有機化合物之偵測系統更包含一警報模組，該警報模組接收該控制訊號並產生警示作用，其中，該警報模組更包含一警示光源、一警示音效裝置與一警示通訊裝置，該警示通訊裝置可以無線通訊、網路方式通知各緊急處置單位或救援單位發生地以及揮發性有機化合物之種類及濃度狀況。
根據本發明上述之目的，本發明提供一種揮發性有機化合物的偵測方法，該揮發性有機化合物的偵測方法包含進行一導入程序以導入一揮發性有機化合物至一容置空間中，該容置空間中具有一感測模組與一光源模組，該感測模組係位於該光源模組之光路方向上之一特定位置上藉以吸收光能；藉由一感測模組進行一感測程序以使得該感測模組與該揮發性有機化合物充分接觸；藉由一具有光電轉換功能之光學偵測模組進行 一感光程序以偵測該感測模組之吸光度的變化，並產生一相對應之電能訊號；與藉由一分析控制模組根據該電能訊號進行一分析程序以計算感測度S的數值，同時比對該分析控制模組之一預設資料庫中之特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S數值，以確定該揮發性有機化合物之種類，並產生一控制訊號以顯示所偵測之揮發性有機化合物之種類以及產生狀況之區域。
上述之光源模組具有一第一光源與一第二光源，在該感測模組暴露於揮發性有機化合物之環境下，該第一光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該第二光源之光吸收波峰因該感測模組之材質產生變異而變動以便於當成感測變異值。上述之第一光源與該第二光源之波長配對包含該第一光源波長為510奈米~520奈米與該第二光源波長為550奈米~610奈米之間；該第一光源波長為545奈米~585奈米與該第二光源波長為630奈米~650奈米之間；該第一光源波長為690奈米~700奈米與該第二光源波長為745奈米~755奈米之間。
上述之感測模組具有一檢測層，該檢測層係與該光源模組之光線照射方向相對以直接接收光能。上述之檢測層的厚度約為10奈米至10微米間。可藉由控制該檢測層之形成厚度以控制欲檢測揮發性有機化合物的濃度高低。上述之檢測層的材料係包含一導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效 應物，該導電高分子具有π-π重疊效應之鍵結結構。上述之導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1。上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。上述之無機奈米 物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1。上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vv)b]-1，其中，x表該第二光源波長、y表該第一光源波長，a表揮發性有機化合物暴露前，b表揮發性有機化合物暴露後。上述之揮發性有機化合物的偵測方法藉由一警報模組根據該控制訊號進行一警報程序。
根據本發明上述之目的，本發明提供一種揮發性有機化合物的偵測裝置，該揮發性有機化合物的偵測裝置包含一封裝外盒，該封裝外盒具有一導氣口與一容置空間，該導氣口用以導入外界氣體至該容置空間中；一參考光源與一偵測光源，該參考光源與該偵測光源係以彼此平行等距的方式置於該封裝外盒之內部的一第一特定位置上，其中，該參考光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該偵測光源之光吸收波峰因感測材質產生變異而變動以便於當成感測變異值；一揮發性有機化合物感測元件，該揮發性有機化合物感測元件係位於該參考光源與該偵測光源之光線照射方向上的該封裝外盒內之一第二特定位置上藉以吸收光能，該第一特定位置與該第二特定位置間即為該容置空間，其中，該揮發性有機化合物感測元件的材料係包含一具有π-π重疊效應之鍵結結構之導電 高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物；一具有光電轉換作用之光感測元件，該光感測元件係位於該參考光源與該偵測光源之同一光線照射方向上的該封裝外盒內之一第三特定位置上，藉以偵測該參考光源與該偵測光源之光線穿透過該揮發性有機化合物感測元件之光吸收度的變化，以便於將光能變化轉變為電壓變化並產生一電壓訊號；與一分析控制元件，該分析控制元件接收該電壓訊號並根據一預設資料庫比對分析出該容置空間中所存在之氣體是否為揮發性有機化合物，若為揮發性有機化合物，則該分析控制元件將產生一控制訊號。
上述之參考光源與該偵測光源係為雷射光源或發光二極體光源(LED)。上述之揮發性有機化合物感測元件的材料厚度約為50奈米至120奈米間。上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2, 1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：1。上述無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。上述之無機奈米物佔整體重量百分比為3×10-5。上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1，其中，x表該第二光源波長、y表該第一光源波長，a表揮發性有機化合物暴露前，b表揮發性有機化合物暴露後。
上述之光感測元件係為一太陽能裝置。該揮發性有機化合物的偵測裝置更包含一警報元件與一顯示元件係分別與該分析控制元件電性耦合，以便於分別接收該控制訊號，並根據該控制訊號顯示揮發性有機化合物之相關資料於顯示元件上以及藉由警報元件產生相應之聲、光警報。
本發明在此所探討的方向為揮發性有機化合物的偵測技術，為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的結構及其元件與方法步驟。顯然地，本發明的施行並未限定於揮發性有機化合物的偵測技術之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的結構及其元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。此外，為提供更清楚之描述及使熟悉該項技藝者能理解本發明之發明內容，圖示內各部分並沒有依照其相對之尺寸而繪圖，某些尺寸與其他相關尺度之比例會被突顯而顯得誇張，且不相關之細節部分亦未完全繪出，以求圖示簡潔。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。
參考第一圖所示，根據本發明之一實施例，本發明提供一種揮發性有機化合物的偵測系統100，揮發性有機化合物的偵測系統100包含：一光源模組110、一感測模組120、一光學偵測模組130、一分析控制模組140、一警報模組150與一能源模組160。光源模組110係用以提供全光譜光源，光源模組110更包含雷射光源或發光二極體光源(LED)，而感測模組120係位於光源模組110之光路方向上之一第一特定位置上藉以吸收光能，其中，光源模組110與感測模組120之間具有一容置空間以導入揮發性有機化合物，且感測模組 120係為可置換式機構。此外，光學偵測模組130係位於光源模組110之同一光路方向上之一第二特定位置上，藉以偵測光源模組110之光線穿透過感測模組120之光能的變化，光能變化包含光強度或光吸收度的變化。分析控制模組140係與光學偵測模組130相互通訊以接收光學偵測模組130所產生之光能變化的訊號，並據以分析比對是否在原位(in-situ)環境中存在著揮發性有機化合物。警報模組150係與分析控制模組140相互通訊以接受分析控制模組140之控制訊號，並對外發佈警報。能源模組160係分別與各個模組相互電性耦合以提供必要能源供相關設備運作，其中，能源模組160包含可攜式電源，如，充電池(如：鋰電池)、自給式電源(如：太陽能)、交直流電源等。
上述之光源模組110具有一第一光源115A與一第二光源115B，在感測模組120暴露於揮發性有機化合物之環境下，第一光源115A之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且第二光源115B之光吸收波峰因感測模組120之材質產生變異而變動以便於當成感測變異值，其中，第一光源115A與第二光源115B需相互配對，且不一樣的感測材料具有不同的波長範圍，例如，感測材料為P3HT，則其配對波長範圍：第一光源115A波長為510奈米至520奈米與第二光源115B波長為550奈米至610奈米之間；若感測材料為PCBN則其配對波長範圍：第一光源115A波長為545奈米 至585奈米與第二光源115B波長為630奈米至650奈米之間；若感測材料為PCPDTBT則其配對波長範圍：第一光源115A波長為690奈米至700奈米與第二光源115B波長為745奈米至755奈米之間。
此外，感測模組120更包含一可透光之感測裝置125，其中，可透光之感測裝置125係為拋棄式，以避免受到揮發性有機化合物的污染，並藉此大幅提升偵測的可靠性，且能防止直接接觸本發明的光學偵測模組130，將大幅延長整體設備的使用壽命。上述之感測裝置125更包含一檢測層125A、一透明基材125B，而檢測層125A係與光源模組110之光線照射方向相對以直接接收光能，且透明基材125B可為氧化物玻璃基材、透明塑膠基材或其他具有高透光性基材，例如：ITO。上述之檢測層125A係藉由塗佈方式形成於透明基材125B之一表面上，其中，檢測層125A之厚度約為10奈米至10微米間，較佳者為50奈米至150奈米間。若是檢測層125A所形成的厚度過薄，將導致導電高分子的分子結構在接觸揮發性有機化合物時無法誘發足夠的π-π重疊效應而無法改變分子排列的形態；但若檢測層125A形成過後的厚度過厚，則會影響透光度及感應度。
此外，檢測層125A之材料係包含一導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，導電高分子具有π-π重疊效應之鍵結結構，其係選自下列族群中之一者或其任意組合或其 衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)，其中以3-己基噻吩(P3HT)、PCBN、PCPDTBT為較佳的導電高分子。
上述之具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物的樣態可為奈米微粒或奈米棒，抗π-π重疊效應物的尺度大小需能進入導電高分子之具有π-π重疊效應的鍵結結構之間以防止檢測層125A形成期間即造成π-π重疊效應。具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物包含無機奈米物、富勒烯衍生物，富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)，其中以(6,6)-苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)為較佳的富勒烯衍生物，其中，富勒烯衍生物係 以奈米尺度混摻導電高分子，奈米尺度的富勒烯衍生物始得以插入至導電高分子的鍵結結構中以避免檢測層125A形成初期即因導電高分子的π-π重疊效應而改變分子排列的形態。藉此於檢測層125A的形成製程期間能有效壓制導電高分子的分子排列形態之變化，並能在暴露於揮發性有機化合物的環境下始促進導電高分子的分子排列形態之變化。上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢、氧化鈦等，其中，硫化銅為較佳的無機奈米氧化物。上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1，較佳者為1：1，且無機奈米物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1，較佳者為3×10-5：1。上述檢測層125A的形成可以有三種材料混摻的方式：導電高分子混摻富勒烯衍生物、導電高分子混摻無機奈米物、導電高分子混摻富勒烯衍生物與無機奈米物，其中，無機奈米物的另外添加可以增加感測物暴露於揮發性有機化合物的表面積，進而提升檢測層125A之感測活性。因此，上述三種材料混摻的方式，最佳化為導電高分子混摻富勒烯衍生物與無機奈米物、次為導電高分子混摻富勒烯衍生物、再次為導電高分子混摻無機奈米物。
上述之光學偵測模組130包含一具有光電轉換功能之光強度感測裝置135，例如，太陽能模組。光強度感測裝置135係用以接收光源模組110之光線穿透過感測模組120之光 能，並予以轉換成一電能訊號，電能訊號更包含一電壓訊號。當感測模組120位於非揮發性有機化合物之環境下，檢測層125A之導電高分子的結構並不會產生任何轉變，因而光強度感測裝置135所接收之光能並無變化；但若感測模組120位於揮發性有機化合物之環境下，由於檢測層125A之導電高分子的鍵結結構及混雜於其間的具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物受到揮發性有機化合物的影響誘發個別物種之間的聚集效應，此將導致抗π-π重疊效應物抽離導電高分子的鍵結結構，而使得導電高分子的鍵結結構開始發生π-π重疊效應而快速轉變分子排列形態，造成光能的被吸收率亦隨之變化。據此，光強度感測裝置135所接收之光能將會產生變化，此時電能訊號亦會產生變化。此外，揮發性有機化合物的濃度亦會影響前述聚集效應之效果，若揮發性有機化合物的濃度極低，則抗π-π重疊效應物抽離導電高分子的鍵結結構的效應僅止於接觸揮發性有機化合物之處，則其光能的被吸收率變化較低；反之，若是揮發性有機化合物的濃度漸漸提升，則抗π-π重疊效應物抽離導電高分子的鍵結結構的效應將越來越大，則其光能的被吸收率變化亦會隨之漸漸提高。因此，可藉由控制檢測層125A之形成厚度進一步達到檢測濃度高低的目的。
上述之分析控制模組140用以接收電能訊號並經過計算分析後產生一控制訊號，分析控制模組140包含一分析單元142、一控制單元144與一顯示單元146。分析單元142具 有一預設資料庫與預設偵測區，預設資料庫能提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度Sa或Sv，此感測度S能以電壓差△V或吸光度A定義，例如：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1
其中，x代表第二光源波長、y代表第一光源波長，a代表暴露前，b代表暴露後。
上述之分析單元142會根據分析控制模組140與光強度感測裝置135相互通訊所接收之電能訊號，並計算感測度Sa或Sv，再根據預設資料庫之數值進行比對分析，當感測度Sa或Sv符合預設資料庫之特定揮發性有機化合物所表定之數值範圍，則分析控制模組140將驅使控制單元144產生控制訊號並通訊至警報模組150產生警示作用。此外，上述之顯示單元146係與控制單元144相互通訊以顯示所偵測之揮發性有機化合物之種類、濃度變化以及產生區域。上述之警報模組150更包含一警示光源152、一警示音效裝置154與一警示通訊裝置156，警示通訊裝置156可以無線通訊、網路等等方式通知各緊急處置單位或救援單位發生地以及揮發性有機化合物之種類。
參考第二圖所示，根據本發明之實施例，本發明提供一種揮發性有機化合物的偵測方法200，首先提供本發明之揮發性有機化合物的偵測系統100，將此系統100之容置空間的導 入口置於預設位置上，首先進行一揮發性有機化合物導入程序210以導入揮發性有機化合物至系統100之容置空間100A中，接著，藉由感測模組120進行一感測程序220以使得感測模組120之感測裝置125與揮發性有機化合物充分接觸，藉由感測裝置125的檢測層125A之導電高分子的結構因為揮發性有機化合物而誘導導電高分子的鍵結結構發生π-π重疊效應而快速轉變高分子排列的形態。然後，藉由光學偵測模組130進行一感光程序230以感測檢測層125A之吸光度(A)的變化，並產生一相對應之電能訊號。之後，藉由分析控制模組140之分析單元142根據電能訊號進行一分析程序240以計算感測度Sa或Sv的數值，同時比對分析單元142的預設資料庫中之特定的揮發性有機化合物所對應的感測度Sa或Sv的數值，以確定揮發性有機化合物之種類，同時將資訊傳輸至分析控制模組140之控制單元144。藉由控制單元144進行一控制程序250以產生控制訊號，控制單元144將控制訊號分別傳輸至顯示單元146以顯示所偵測之揮發性有機化合物之種類以及產生狀況之區域，以及傳輸至警報模組150。警報模組150根據控制訊號進行一警報程序260以通知各緊急處置單位或救援單位發生地、揮發性有機化合物之種類與當下揮發性有機化合物之濃度狀態，警報程序260可藉由警報模組150之警示光源152、警示音效裝置154與警示通訊裝置156產生聲、光、即時通訊等效果。
參考第三圖所示，根據本發明之實施例，本發明提供一種揮發性有機化合物之感測裝置125的形成方法300，首先，進行一第一混摻程序310以混摻一具有π-π重疊效應之鍵結結構的導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物於一溶液中並形成一第一混摻材料315，溶液更包含一氯苯(Chlorobenzene)，導電高分子與抗π-π重疊效應物之選擇條件係與前述實施例之檢測層125A之材料與條件相同，且導電高分子與抗π-π重疊效應物之混摻重量比係相同於前述實施例之檢測層125A之混摻條件，其中，較高的導電高分子的分子量(Mw)，傾向於折疊成薄片狀的結構，導電高分子的分子量越高，所形成的感測裝置125之檢測層125A越靈敏，導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。之後，進行一靜置程序320以便於奈米尺度之抗π-π重疊效應物能充分進入導電高分子的鏈結間以防止在此時期發生π-π重疊效應。之後，可選擇性再次進行一第二混摻程序330以便於另行添加無機奈米粒子於第一混摻材料315中並形成一第二混摻材料335，例如，硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢、氧化鈦，藉此能增加更大的感測面積，其中，無機奈米物的添加比例佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1，較佳者為3×10-5：1。
隨後，進行一塗佈程序340以沉積第一混摻材料315或第二混摻材料335於透明基材125B上並形成檢測層125A， 塗佈程序340更包含旋轉塗佈、噴霧塗佈或浸漬塗佈等方式，較佳者為旋轉塗佈，較高的自旋速率使得檢測層125A能迅速乾燥並形成較薄的檢測層125A，以降低產生更多不穩定形態的導電高分子之分子結構，但過高的旋轉塗佈之轉速將使成形的檢測層125A之厚度過薄，而導致檢測層125A之導電高分子結構在接觸揮發性有機化合物時無法誘發π-π重疊效應進而無法產生分子結構的變化，此將大幅降低感測度S，相對地，較低的自旋速率使得檢測層125A的厚度過高，感測度S亦不佳，其中，檢測層125A之厚度約為10奈米至10微米間，較佳者為50奈米至150奈米間。
若導電高分子為聚(3-己基噻吩)(P3HT)，且抗π-π重疊效應物為富勒烯衍生物之PCBM，則溶液為氯苯(chlorobenzene)，而其第一混摻程序310之混摻溫度約為30℃~50℃，其較佳混摻溫度約為40℃；靜置程序320的靜置時間約為12小時至72小時，其較佳靜置時間約為48小時；第二混摻程序330之混摻時間約為2~5小時，較佳者約為3小時；塗佈程序340為旋轉塗佈，其所需之轉速約為1000~10000R.M.P(每分鐘轉速)，較佳者約為5000R.M.P。
參考第四圖所示，根據本發明之另一實施例，本發明提供一種揮發性有機化合物的偵測裝置400包含一封裝外盒410、一參考光源420A、一偵測光源420B、一揮發性有機 化合物感測元件430、複數個支撐機構435、一光感測元件440、一分析控制元件450、一警報元件460、一顯示元件470與一電源480，其中，電源480用以供應揮發性有機化合物的偵測裝置400所需之整體電源，且複數個支撐機構435係用以支撐或夾持各部件，複數個支撐機構435可直接成形於封裝外盒410之內部特定區域上或另行製作。
上述之封裝外盒410具有一導氣口410A與一容置空間410B，導氣口410A用以導入外界氣體至容置空間410B中。上述之參考光源420A與偵測光源420B係以彼此平行等距的方式置於封裝外盒410之內部的一第一特定位置415A上，且參考光源420A與偵測光源420B係為雷射光源或發光二極體光源(LED)，其中，參考光源420A與偵測光源420B之特性及選用波長條件係與前述實施例之光源模組110相同。
上述之揮發性有機化合物感測元件430係位於參考光源420A與偵測光源420B之光線照射方向上的封裝外盒410內之一第二特定位置415B上藉以吸收光能，第一特定位置415A與第二特定位置415B間即為容置空間410B，其中，揮發性有機化合物感測元件430係為可置換式機構。上述之揮發性有機化合物感測元件430更包含一檢測層與一透明基材，透明基材可為氧化物玻璃基材、透明塑膠基材或其他具有高透光性基材，例如：ITO。上述之檢測層係藉由塗佈方式形成於透明基材之一表面上，其中，檢測層之厚度約為10奈米 至10微米間，較佳者為50奈米至150奈米間。此外，檢測層之材料選用條件係與前述實施例之檢測層125A相同。
上述之光感測元件440係位於參考光源420A與偵測光源420B之同一光線照射方向上的封裝外盒410內之一第三特定位置415C上，藉以偵測參考光源420A與偵測光源420B之光線穿透過揮發性有機化合物感測元件430之光吸收度的變化，其中，光感測元件440係具有光電轉換作用，以便於將光能變化轉變為電壓變化並產生一電壓訊號，光感測元件440係為一太陽能裝置。上述之分析控制元件450係與光感測元件440相互電性耦合以接收電壓訊號並根據內建資料庫比對分析出容置空間410B中所存在之氣體是否為揮發性有機化合物，若為揮發性有機化合物，則分析控制元件450將產生一控制訊號。上述之警報元件460與顯示元件470係分別與分析控制元件450電性耦合，以便於分別接收控制訊號，並根據控制訊號顯示揮發性有機化合物之相關資料於顯示元件470上以及藉由警報元件460產生相應之聲、光警報。
根據本發明之所有實施例，參考第一表所示，本發明提供預設資料庫所需之揮發性有機化合物對應表，列舉P3HT/PCBM和不同揮發性的有機化合物(VOCs)之感測度、飽和氣壓與溶解度的摘要。此外，第五圖所示係為在三氯甲烷飽和氣壓下暴露2個小時的前後，P3HT/PCBM薄膜的吸收光譜，虛線所標示出三種特性光度吸收峰中心在520奈米， 560奈米和610奈米。第六圖則為具有P3HT不同的分子量(Mw)，即8kDa，30 kDa和60 kDa，分別在三氯甲烷蒸氣暴露前(實線)及後(虛線)的P3HT/PCBM之吸收光譜。第七圖則為具有P3HT的混和比率，即重量比0%，重量比25%，重量比50%，重量比75%，分別在三氯甲烷蒸氣暴露前(實線)及後(虛線)的P3HT/PCBM的吸收光譜，以及第八圖係為在不同的自旋速率下，沈積生成的P3HT/PCBM薄膜感測度。此外，根據本發明之所有實施例，若以不同的導電高分子與PC61BM以相同的混摻比例(重量百分比1：1)，在三氯甲烷(Chloroform；氯仿)的環境下暴露兩小時，其所測得感測度分別為：P3HT/PC61BM，S(A600nm/A515nm)=1.26；PCPDTBT/PC61BM，S(A695nm/A750nm)=1.12；PBCN/PC61BM，S(A640nm/A580nm)=1.22。
每種揮發性有機化合物都有其不同地感應特性，可分別由其感應曲線得到擬合公式，並依此預先建立資料庫，在後續感測應用上可藉由此資料庫找出相對應之化合物，因此，本發明之實施例可應用於各種不同的檢測材料上。再者，本發明之感測裝置並不會對於水或醇類產生反應，因此在使用感測裝置時，訊號不會被水氣干擾，故不需額外地除水步驟。
本發明提供了一種用以偵測揮發性有機化合物(VOC)之高效低成本的感應器。本發明應用混雜奈米微粒的導電性高分 子並藉由偵測光學性質的變化來感測各種不同的揮發性有機化合物，揮發性有機化合物在室溫下會對上述實施例之檢測層的材料造成溶融作用以使得分子排列狀態快速轉變，因此，揮發性有機化合物檢測材料之結構及形態會隨著揮發性有機化合物的影響而變化，進而導致感測物質的內部結構重新排列，此重新排列將會直接反映在材料的光學行為的變化上。本發明的特徵具有高靈敏度、高準確性、快速反應、廣泛感測範圍以及非常低的成本。此外，本發明之揮發性有機化合物偵測系統易於製成感測晶片與任意放置於如管路接合與儲槽開關等具有揮發性有機化合物高度洩漏危險之處，除可安裝於存放揮發性有機化合物的儲存槽和管線接縫處，亦可即時偵測是否有有機物洩漏，抑或是空間中有機物濃度應用範園含量是否過高，在車廂、電梯、機艙、工廠、實驗室等任何空間皆可安裝。本發明的即時感測作用能偵測PPM等級的低濃度之揮發性有機化合物的汽化物並予以即時回應。因此，能在數分鐘之內傳遞警報以便於即刻搶救。
顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需在其附加的權利請求項之範圍內加以理解，除上述詳細描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。
100‧‧‧揮發性有機化合物的偵測系統
110‧‧‧光源模組
115A‧‧‧第一光源
115B‧‧‧第二光源
120‧‧‧感測模組
125‧‧‧感測裝置
125A‧‧‧檢測層
125B‧‧‧透明基材
130‧‧‧光學偵測模組
135‧‧‧光強度感測裝置
140‧‧‧分析控制模組
142‧‧‧分析單元
144‧‧‧控制單元
146‧‧‧顯示單元
150‧‧‧警報模組
152‧‧‧警示光源
154‧‧‧警示音效裝置
156‧‧‧警示通訊裝置
160‧‧‧能源模組
200‧‧‧揮發性有機化合物的偵測方法
210‧‧‧揮發性有機化合物導入程序
220‧‧‧感測程序
230‧‧‧感光程序
240‧‧‧分析程序
250‧‧‧控制程序
260‧‧‧警報程序
300‧‧‧揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法
310‧‧‧第一混摻程序
315‧‧‧第一混摻材料
320‧‧‧進行一靜置程序
330‧‧‧第二混摻程序
335‧‧‧第二混摻材料
340‧‧‧塗佈程序
400‧‧‧揮發性有機化合物的偵測裝置
410‧‧‧封裝外盒
410A‧‧‧導氣口
410B‧‧‧容置空間
415A‧‧‧第一特定位置
415B‧‧‧第二特定位置
415C‧‧‧第三特定位置
420A‧‧‧參考光源
420B‧‧‧偵測光源
430‧‧‧揮發性有機化合物感測元件
435‧‧‧複數個支撐機構
440‧‧‧光感測元件
450‧‧‧分析控制元件
460‧‧‧警報元件
470‧‧‧顯示元件
480‧‧‧電源
第一表所示係為根據本發明之實施例中，以P3HT/PCBM為感測材料，其分別和不同揮發性的有機化合物之感測度列表；第一圖所示係為根據本發明實施例所示之揮發性有機化合物的偵測系統的示意圖；第二圖所示係為根據本發明實施例所示之有機化合物的偵測方法的示意圖；第三圖所示係為根據本發明實施例所示之揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法之示意圖；第四圖所示係為根據本發明實施例所示之揮發性有機化合物之偵測裝置的示意圖；第五圖所示為根據本發明實施例所示之P3HT/PCBM薄膜暴露在三氯甲烷下的前後吸收光譜示意圖；第六圖所示為根據本發明實施例所示之具有不同分子量之P3HT的P3HT/PCBM薄膜，分別在三氯甲烷暴露前後的吸收光譜示意圖；第七圖所示係為根據本發明實施例所示之具有不同混和比率之P3HT的P3HT/PCBM薄膜，分別在三氯甲烷暴露前後的吸收光譜示意圖；與第八圖所示係為根據本發明之實施例所示之在不同的自旋速率下，沈積生成的P3HT/PCBM薄膜感測度。
100‧‧‧揮發性有機化合物的偵測系統
110‧‧‧光源模組
115A‧‧‧第一光源
115B‧‧‧第二光源
120‧‧‧感測模組
125‧‧‧感測裝置
125A‧‧‧檢測層
125B‧‧‧透明基材
130‧‧‧光學偵測模組
135‧‧‧光強度感測裝置
140‧‧‧分析控制模組
142‧‧‧分析單元
144‧‧‧控制單元
146‧‧‧顯示單元
150‧‧‧警報模組
152‧‧‧警示光源
154‧‧‧警示音效裝置
156‧‧‧警示通訊裝置
160‧‧‧能源模組

Claims (70)

  1. 一種揮發性有機化合物之感測材料，該揮發性有機化合物之感測材料包含：一具有π-π重疊效應之鍵結結構的導電高分子；與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，且該抗π-π重疊效應物係分佈於該導電高分子之鏈結結構中以防止該導電高分子發生π-π重疊效應並產生分子排列之變化，其中，該抗π-π重疊效應物於接觸揮發性有機化合物時會形成聚集效應而抽離該導電高分子的鍵結結構，導致導電高分子的鍵結結構開始發生π-π重疊效應而快速轉變分子排列形態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測材料，其中上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7 (2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之感測材料，其中上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之感測材料，其中上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之感測材料，其中上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之感測材料，其中上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之感測材料，其中上述之無機奈米物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之感測材料，其中上述之導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。
  9. 一種揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法，該揮發性有機化合物之感測裝置的形成方法包含：進行一第一混摻程序以混摻具有π-π重疊效應的鍵結 結構之一導電高分子與具有奈米尺度之一抗π-π重疊效應物於一溶液中並形成一第一混摻材料；進行一靜置程序以便於該抗π-π重疊效應物能充分進入該導電高分子的鏈結間以防止在此時期發生π-π重疊效應；與進行一塗佈程序以沉積該第一混摻材料於一透明基材上並形成一檢測層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之無機奈米物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之溶液係為一氯苯(Chlorobenzene)。
  18. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，該感 測裝置的形成方法可於靜置程序完成後，選擇性再次進行一第二混摻程序以便於另行添加無機奈米粒子於第一混摻材料中並形成一第二混摻材料，藉此能增加更大的感測面積，且後續之該塗佈程序所沉積者係為該第二混摻材料。
  19. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之塗佈程序更包含旋轉塗佈、噴霧塗佈、浸漬塗佈。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之旋轉塗佈的轉速範圍為1000~10000R.M.P。
  21. 如申請專利範圍第9項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之檢測層之厚度約為10奈米至10微米間。
  22. 一種揮發性有機化合物之偵測系統，該揮發性有機化合物之偵測系統包含：一光源模組用以提供全光譜光源；一感測模組係位於該光源模組之光路方向上之一第一特定位置上藉以吸收光能，該光源模組與該感測模組之間具有一容置空間以導入揮發性有機化合物；一光學偵測模組係位於該光源模組之同一光路方向上之一第二特定位置上，藉以偵測該光源模組之光線穿透過該感測模組之光能變化，並產生一電能訊號；與一分析控制模組係與該光學偵測模組相互通訊以接收該電能訊號，並據以分析比對是否在原位(in-situ)環境中存在著揮發性有機化合物。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之光源模組更包含雷射光源或發光二極體光源(LED)。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之光源模組具有一第一光源與一第二光源，在該感測模組暴露於揮發性有機化合物之環境下，該第一光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該第二光源之光吸收波峰因該感測模組之材質產生變異而變動以便於當成感測變異值。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之第一光源與該第二光源之波長配對包含該第一光源波長為510奈米~520奈米與該第二光源波長為550奈米~610奈米之間；該第一光源波長為545奈米~585奈米與該第二光源波長為630奈米~650奈米之間；該第一光源波長為690奈米~700奈米與該第二光源波長為745奈米~755奈米之間。
  26. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之感測模組具有一檢測層，該檢測層係與該光源模組之光線照射方向相對以直接接收光能。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之檢測層的厚度約為10奈米至10微米間。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之揮發性有機化合物之偵測 系統，該揮發性有機化合物之偵測系統藉由控制該檢測層之形成厚度以控制欲檢測揮發性有機化合物的濃度高低。
  29. 如申請專利範圍第26項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之檢測層的材料係包含一導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，該導電高分子具有π-π重疊效應之鍵結結構，且該抗π-π重疊效應物係分佈於該導電高分子之鏈結結構中以防止該導電高分子發生π-π重疊效應並產生分子排列之變化，其中，該抗π-π重疊效應物於接觸揮發性有機化合物時會形成聚集效應而抽離該導電高分子的鍵結結構，導致導電高分子的鍵結結構開始發生π-π重疊效應而快速轉變分子排列形態。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。
  31. 如申請專利範圍第29項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’- spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
  34. 如申請專利範圍第32項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1。
  35. 如申請專利範圍第32項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。
  36. 如申請專利範圍第35項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之無機奈米物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1× 10-3：1。
  37. 如申請專利範圍第32項所述之感測裝置的形成方法，其中上述之檢測層的材料混摻方式包含：導電高分子混摻富勒烯衍生物、導電高分子混摻無機奈米物、導電高分子混摻富勒烯衍生物與無機奈米物。
  38. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之光學偵測模組包含一具有光電轉換功能之光強度感測裝置以接收該光源模組之光線穿透過該感測模組之光能，並予以轉換成該電能訊號。
  39. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之分析控制模組更包含：一分析單元，該分析單元具有一預設資料庫與預設偵測區，且該分析單元根據該電能訊號分析計算感測度S，並根據該預設資料庫之數值進行比對分析；與一控制單元，當感測度S符合該預設資料庫之特定揮發性有機化合物所表定之數值範圍，該分析控制模組將驅使該控制單元產生該控制訊號。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之分析控制模組更包含一顯示單元，該顯示單元係與該控制單元相互通訊該控制訊號以顯示所偵測之揮發性有機化合物的種類、濃度變化以及產生區域。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之揮發性有機化合物之偵測 系統，其中上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1，其中，x代表該第二光源波長、y代表該第一光源波長，a代表揮發性有機化合物暴露前，b代表揮發性有機化合物暴露後。
  42. 如申請專利範圍第22項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，該揮發性有機化合物之偵測系統更包含一警報模組，該警報模組接收該控制訊號並產生警示作用，其中，該警報模組更包含一警示光源、一警示音效裝置與一警示通訊裝置，該警示通訊裝置可以無線通訊、網路方式通知各緊急處置單位或救援單位發生地以及揮發性有機化合物之種類及濃度狀況。
  43. 一種揮發性有機化合物的偵測方法，該揮發性有機化合物的偵測方法包含：進行一導入程序以導入一揮發性有機化合物至一容置空間中，該容置空間中具有一感測模組與一光源模組，該感測模組係位於該光源模組之光路方向上之一特定位置上藉以吸收光能；藉由一感測模組進行一感測程序以使得該感測模組與 該揮發性有機化合物充分接觸；藉由一具有光電轉換功能之光學偵測模組進行一感光程序以偵測該感測模組之吸光度的變化，並產生一相對應之電能訊號；與藉由一分析控制模組根據該電能訊號進行一分析程序以計算感測度S的數值，同時比對該分析控制模組之一預設資料庫中之特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S數值，以確定該揮發性有機化合物之種類，並產生一控制訊號以顯示所偵測之揮發性有機化合物之種類以及產生狀況之區域。
  44. 如申請專利範圍第43項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之光源模組具有一第一光源與一第二光源，在該感測模組暴露於揮發性有機化合物之環境下，該第一光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該第二光源之光吸收波峰因該感測模組之材質產生變異而變動以便於當成感測變異值。
  45. 如申請專利範圍第44項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之第一光源與該第二光源之波長配對包含該第一光源波長為510奈米~520奈米與該第二光源波長為550奈米~610奈米之間；該第一光源波長為545奈米~585奈米與該第二光源波長為630奈米~650奈米之間；該第一光源波長為690奈米~700奈米與該第二光源 波長為745奈米~755奈米之間。
  46. 如申請專利範圍第43項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之感測模組具有一檢測層，該檢測層係與該光源模組之光線照射方向相對以直接接收光能。
  47. 如申請專利範圍第46項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之檢測層的厚度約為10奈米至10微米間。
  48. 如申請專利範圍第46項所述之揮發性有機化合物之揮發性有機化合物的偵測方法，可藉由控制該檢測層之形成厚度以控制欲檢測揮發性有機化合物的濃度高低。
  49. 如申請專利範圍第46項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之檢測層的材料係包含一導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物，該導電高分子具有π-π重疊效應之鍵結結構。
  50. 如申請專利範圍第49項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之導電高分子的分子量可為5~100Kda(千道爾頓)。
  51. 如申請專利範圍第49項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt- benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。
  52. 如申請專利範圍第49項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。
  53. 如申請專利範圍第52項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
  54. 如申請專利範圍第52項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：5~5：1。
  55. 如申請專利範圍第52項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或 其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。
  56. 如申請專利範圍第52項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，其中上述之無機奈米物佔整體重量百分比為1×10-5：1~1×10-3：1。
  57. 如申請專利範圍第43項所述之揮發性有機化合物之偵測系統，其中上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1，其中，x代表該第二光源波長、y代表該第一光源波長，a代表揮發性有機化合物暴露前，b代表揮發性有機化合物暴露後。
  58. 如申請專利範圍第43項所述之揮發性有機化合物的偵測方法，該揮發性有機化合物的偵測方法藉由一警報模組根據該控制訊號進行一警報程序。
  59. 一種揮發性有機化合物的偵測裝置，該揮發性有機化合物的偵測裝置包含：一封裝外盒，該封裝外盒具有一導氣口與一容置空間，該導氣口用以導入外界氣體至該容置空間中；一參考光源與一偵測光源，該參考光源與該偵測光源 係以彼此平行等距的方式置於該封裝外盒之內部的一第一特定位置上，其中，該參考光源之光吸收波峰不受影響以便於當作對照標準值，且該偵測光源之光吸收波峰因感測材質產生變異而變動以便於當成感測變異值；一揮發性有機化合物感測元件，該揮發性有機化合物感測元件係位於該參考光源與該偵測光源之光線照射方向上的該封裝外盒內之一第二特定位置上藉以吸收光能，該第一特定位置與該第二特定位置間即為該容置空間，其中，該揮發性有機化合物感測元件的材料係包含一具有π-π重疊效應之鍵結結構之導電高分子與一具有奈米尺度之抗π-π重疊效應物；一具有光電轉換作用之光感測元件，該光感測元件係位於該參考光源與該偵測光源之同一光線照射方向上的該封裝外盒內之一第三特定位置上，藉以偵測該參考光源與該偵測光源之光線穿透過該揮發性有機化合物感測元件之光吸收度的變化，以便於將光能變化轉變為電壓變化並產生一電壓訊號；與一分析控制元件，該分析控制元件接收該電壓訊號並根據一預設資料庫比對分析出該容置空間中所存在之氣體是否為揮發性有機化合物，若為揮發性有機化合物，則該分析控制元件將產生一控制訊號。
  60. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測 裝置，其中上述之參考光源與該偵測光源係為雷射光源或發光二極體光源(LED)。
  61. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之揮發性有機化合物感測元件的材料厚度約為50奈米至120奈米間。
  62. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之導電高分子係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)；P3HT)、聚對苯乙炔(poly(p-phenylene vinylene))、聚芴(polyfluorene)、poly(thieno[3,4-b]-thiophene-alt-benzodithiophene)、poly(thiophene-alt-isoindigo)、poly(cyclopentadithiophene-alt-isoindigo)、poly(diketopyrrolopyrrole-alt-4,5-diaza-9,9’-spirobifluorene)、{poly(cyclopentadithiophene-alt-bengothiadiazole)}、poly[2,6-(4,4-bis(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b；3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7(2,1,3-benzothizdiazle)](PCPDTBT)、poly(benzodithiophene-thiophene-cyanovinylene)(PCBN)。
  63. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之抗π-π重疊效應物係選自下列族群中之 一者或其任意組合或其衍生物：無機奈米物、富勒烯衍生物。
  64. 如申請專利範圍第63項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之富勒烯衍生物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：(6,6)苯基C61丁酸甲基酯(PC61BM)、(6,6)苯基C71丁酸甲基酯(PC71BM)。
  65. 如申請專利範圍第63項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之富勒烯衍生物與導電高分子之重量百分比係為1：1。
  66. 如申請專利範圍第63項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之無機奈米物係選自下列族群中之一者或其任意組合或其衍生物：硫化銅、硫化鋅、硫化鉍、硒化鎘、氧化鋅、氧化鎢。
  67. 如申請專利範圍第63項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之無機奈米物佔整體重量百分比為3×10-5。
  68. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之預設資料庫提供特定的揮發性有機化合物所對應的感測度S，感測度S能以電壓差△V或吸光度A分別定義成Sa與Sv：Sa=[(Ax/Ay)a/(Ax/Ay)b]-1，Sv=[(△Vx/△Vy)a/(△Vx/△Vy)b]-1，其中，x代表該第二光源波長、y代表該第一光源波 長，a代表揮發性有機化合物暴露前，b代表揮發性有機化合物暴露後。
  69. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，其中上述之光感測元件440係為一太陽能裝置。
  70. 如申請專利範圍第59項所述之揮發性有機化合物的偵測裝置，該揮發性有機化合物的偵測裝置更包含一警報元件與一顯示元件係分別與該分析控制元件電性耦合，以便於分別接收該控制訊號，並根據該控制訊號顯示揮發性有機化合物之相關資料於顯示元件上以及藉由警報元件產生相應之聲、光警報。
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