CN116547526A

CN116547526A - 包括交联碳纳米管传感器的消费品及包括该消费品的系统和方法

Info

Publication number: CN116547526A
Application number: CN202180077787.XA
Authority: CN
Inventors: 马丁·詹姆斯·皮科克; 达纳·保罗·格伦佰洽; 埃里克·圣·何塞·罗布尔斯; R·L·伍德; 米洛·塞巴斯蒂安·彼得·谢弗; 戴维·马克·施特林格
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2021-12-07
Publication date: 2023-08-04
Also published as: US20220289575A1; EP4260054A1; WO2022126094A1; JP2023550711A; US20220178896A1; WO2022126095A1; JP7572553B2

Abstract

本发明提供了一种消费品，该消费品具有用于控制该消费品的操作的传感器，还提供了包括该消费品和传感器的系统和方法。该系统和方法包括能够从消费品和传感器接收输入信号并发送输出指令的中央通信单元。该中央通信单元与被配置为存储算法的存储器能够通信地连接。该传感器具有交联碳纳米管网络，该交联碳纳米管网络包括：多个碳纳米管；和共价连接相邻碳纳米管的至少一个连接体。该算法基于从该传感器发送到该中央通信单元的输入信号来控制该消费品。

Description

包括交联碳纳米管传感器的消费品及包括该消费品的系统和方法

技术领域

本公开涉及包括交联碳纳米管传感器的消费品以及包括该消费品的系统和方法。

背景技术

数据的大量可用性正在改变人们的生活方式，监测周围环境中存在的气体的能力无论是在工业上还是在家庭中均带来了巨大的优势。因此，现在已经充分证明需要可实现高灵敏度和选择性但具有小尺寸、低功率要求和经济实惠的制造流程的气体传感器装置。

此外，人们正在使用数据来使其家庭和企业中的各种消费品和电器的操作自动化。因此，需要将实现高灵敏度和选择性的气体传感器装置与能够降低或提高空间中的目标气体水平的消费品(包括具有该消费品的系统和方法)相耦合。

发明内容

组合：

A.一种用于利用消费品的系统，所述系统包括：

中央通信单元，所述中央通信单元能够接收输入信号并发送输出指令，所述中央通信单元与被配置为存储算法的存储器能够通信地连接；

传感器，所述传感器与所述中央通信单元能够通信地连接并被配置为向所述中央通信单元发送输入信号，以提醒所述中央通信单元感兴趣的目标气体的识别和浓度，所述传感器包括交联碳纳米管网络，所述交联碳纳米管网络包括：多个碳纳米管；和共价连接相邻碳纳米管的至少一个连接体；和

消费品，所述消费品能够增加或减少所述感兴趣的目标气体。

B.根据段落A所述的系统，其中所述消费品通过无线通信链路与所述中央通信单元能够通信地连接，其中所述算法使用从所述传感器发送到所述中央通信单元的输入信号来控制所述消费品。

C.根据段落A或段落B所述的系统，其中所述消费品选自：空气清新装置、空气净化装置、牙刷、剃刀、尿布、女性护理产品、清洁工具以及它们的组合。

D.根据段落A至C中任一段所述的系统，其中所述多个碳纳米管是单壁碳纳米管。

E.根据段落A至D中任一段所述的系统，其中所述多个碳纳米管以一系列平行层连接，任选地其中所述交联碳纳米管的面内电导率大于全厚度电导率。

F.根据段落A至E中任一段所述的系统，其中所述连接体是具有结构*-A-*的部分的共轭连接体，其中A是包含一个或多个芳基或杂芳基环的二价共轭体系，并且*是与碳纳米管的附接点。

G.根据段落F所述的系统，其中A是：

其中

每个环B独立地为任选取代的芳基或杂芳基；

环C为任选取代的卟啉环；

n为1至5的整数；并且

*表示与每个X的附接点；

任选地其中每个环B能够独立地为

和/或

它们中的每一者可为任选取代的，并且其中M为Zn、Cu、Ni或Co。

H.根据段落G所述的系统，其中所述一个或多个芳基或杂芳基环被C₁-C₂₀烷基、氨基(包括烷基氨基和二烷基氨基)、羧酸、氨基-C₁-C₆烷基、C₁-C₆烷基-COOH和-NHC(S)(NH₂)中的一者或多者取代，或者被包含贵金属纳米颗粒、卟啉、杯[4]芳烃或冠醚的取代基取代。

I.根据段落A至H中任一段所述的系统，其中所述连接体是具有以下结构的部分的共轭连接体：

其中M为Zn、Cu、Ni或Co。

J.根据段落A至I中任一段所述的系统，其中所述连接体是具有结构*-Y-*的部分的刚性连接体，其中Y是多价刚性体系，并且*是与所述碳纳米管的附接点。

K.根据段落J所述的系统，其中Y包含环烷基基团或多八面体倍半硅氧烷。

L.根据段落A至K中任一段所述的系统，其中所述多个碳纳米管形成膜，其中所述膜设置在基底上。

M.根据段落L所述的系统，其中所述膜具有约1nm至约500nm的厚度。

N.根据段落A至M中任一段所述的系统，其中所述无线通信链路选自：Wi-Fi；蓝牙；ZigBee、6LoWPAN、线程(Thread)、网状网络或它们的组合。

O.一种包括传感器的消费品，所述传感器包括交联碳纳米管网络，所述交联碳纳米管网络包括：多个碳纳米管；和共价连接相邻碳纳米管的至少一个连接体。

P.根据段落O所述的消费品，其中所述消费品选自：空气清新装置、空气净化装置、牙刷、剃刀、尿布、女性护理产品、清洁工具以及它们的组合。

Q.根据段落O或段落P所述的消费品，其中所述多个碳纳米管是单壁碳纳米管。

R.根据段落O至Q中任一段所述的消费品，其中所述多个碳纳米管以一系列平行层连接，任选地其中所述交联碳纳米管的面内电导率大于全厚度电导率。

S.根据段落O至R中任一段所述的消费品，其中所述连接体是具有结构*-A-*的部分的共轭连接体，其中A是包含一个或多个芳基或杂芳基环的二价共轭体系，并且*是与所述碳纳米管的附接点。

T.根据段落S所述的消费品，其中A是：

其中

每个环B独立地为任选取代的芳基或杂芳基；

环C为任选取代的卟啉环；

n为1至5的整数；并且

*表示与每个X的附接点；

任选地其中每个环B能够独立地为

和/或

U.根据段落T所述的消费品，其中所述一个或多个芳基或杂芳基环被C₁-C₂₀烷基、氨基(包括烷基氨基和二烷基氨基)、羧酸、氨基-C₁-C₆烷基、C₁-C₆烷基-COOH和-NHC(S)(NH₂)中的一者或多者取代，或者被包含贵金属纳米颗粒、卟啉、杯[4]芳烃或冠醚的取代基取代。

V.根据段落O至U中任一段所述的消费品，其中所述连接体是具有以下结构的部分的共轭连接体：

其中M为Zn、Cu、Ni或Co。

W.根据段落O至V中任一段所述的消费品，其中所述连接体是具有结构*-Y-*的部分的刚性连接体，其中Y是多价刚性体系，并且*是与所述碳纳米管的附接点。

X.根据段落W所述的消费品，其中Y包含环烷基基团或多八面体倍半硅氧烷。

Y.根据段落O至X中任一段所述的消费品，其中所述多个碳纳米管形成膜，其中所述膜设置在基底上。

Z.根据段落Y所述的消费品，其中所述膜具有约1nm至约500nm的厚度。

AA.一种基于来自传感器的输入信号控制消费品的操作的方法，其中所述输入信号识别目标气体和所述目标气体的浓度，其中所述传感器和所述消费品各自与中央通信单元能够通信地连接，所述中央通信单元与能够存储设定点的存储器能够通信地连接，其中所述传感器包括交联碳纳米管网络，所述交联碳纳米管网络包括：多个碳纳米管；和共价连接相邻碳纳米管的至少一个连接体，其中所述连接体包含直接与所述碳纳米管共轭的共轭体系，所述方法包括以下步骤：

在所述存储器中设定目标气体的浓度设定点；

用所述传感器识别和测量所述目标气体的浓度；

从所述传感器向所述中央通信单元发送输入信号，所述输入信号包括所述目标气体的浓度测量值；

将所述浓度测量值与所述目标气体的所述浓度设定点进行比较；

识别一个或多个消费品以减少或增加所述目标气体。

BB.根据段落AA所述的方法，还包括以下步骤：如果所述浓度测量值不同于所述目标气体的所述浓度设定点，则调整所述消费品的操作。

CC.根据段落AA或段落BB所述的方法，其中所述传感器被配置为能够识别和测量多种目标气体的阵列。

DD.根据段落AA至CC中任一段所述的方法，还包括以下步骤：通知用户关于能够增加或减少所述目标气体的消费品使用。

EE.根据段落AA至DD中任一段所述的方法，其中所述中央通信单元与两个或更多个消费品通信，所述方法还包括以下步骤：

在所述存储器中针对不同于所述第一目标气体的第二目标气体设定第二浓度设定点；

用所述传感器识别和测量所述第二目标气体的浓度；

从所述传感器向所述中央通信单元发送第二输入信号，所述输入信号包括所述第二目标气体的第二浓度测量值；

将所述第二浓度测量值与所述目标气体的所述第二浓度设定点进行比较；

如果所述第二浓度测量值不同于所述第二目标气体的所述第二浓度设定点，则向所述消费品发送第二输出指令，以打开、关闭或调整第二消费品的操作。

附图说明

图1示出了具有中央通信单元、传感器和消费品的系统。

图2示出了消费品和传感器在与CCU的布置不同的房间中的布置。

图3示出了传感器测量值的多个可能的流。

图4(a)和图4(b)示出了单壁碳纳米管(a)还原溶解和与共轭连接体前体交联以及(b)具有碳纳米管和连接体的交替层的分子层沉积的示意图。

图5示出了具有被设置在外壳内的处理器和存储器的示例性CCU。

图6示出了输入信号到远程存储器的多个示例性流。

图7示出了将消费品和/或智能装置的操作与来自传感器的测量值相耦合的示例性算法。

图8示出了具有多于一个用户界面的示例性系统。

图9(a)至图9(e)示出了(a)交联和沉积过程的示意图和(b)沉积在玻璃基底上的气凝胶膜的数码照片。(c)气凝胶薄膜的UV-Vis光谱，(d,e)气凝胶膜疤痕边缘的原子力显微镜高度图像和相应的高度轮廓。

图10(a)和图10(b)示出了整体气凝胶的(a)统计拉曼光谱，(b)热重量分析。

图11(a)至图11(e)示出了(a)原样HiPco SWCNT和气凝胶薄膜的XPS全谱分析，(b)SWCNT-苯胺和(c)SWCNT-苯基C1s峰和相应的峰拟合的高分辨率扫描。(d)SWCNT-苯胺气凝胶膜的N1s峰和(e)SWCNT-苯基的I3d峰的高分辨率扫描。

图12(a)至图12(d)示出了N2吸附/解吸等温线。(a)原始SWCNT粉末和(b-d)交联气凝胶整体(孔径分布插图)。

图13(c)至图13(e)示出了(c)没有和具有(d,e)交联的气凝胶膜的扫描电子显微照片。

图14a)至图14c)示出了由a)1层、b)没有交联的2层和c)具有还原交联步骤的2层组成的SWCNT薄膜的氦离子显微照片。

图15a)至图15c)示出了氦离子显微图像的像素阈值化。

图16a)至图16c)示出了a)单层、b)双层(非交联)和c)交联双层膜的AFM图像以及相应的高度轮廓。

图17a)至图17c)示出了a)单层和双层膜的UV-Vis吸收，b)1至10层的多层膜和c)透射率相对于层数的相应图。

图18a)和图18b)示出了a)SWCNT膜的单点拉曼光谱和b)25点拉曼图扫描的统计分析。

图19(a)至图19(c)示出了交联碳纳米管网络对不同挥发性胺的响应：(a)氨，(b)DMEA，(c)TEA。阴影区域表示暴露于气体分析物。

图20(a)至图20(c)示出了(a)传感器对高浓度AcOH的响应，(b)对较低浓度AcOH的响应和(c)ppb方案的IVA。

图21示出了针对每个气体动态范围的动态范围电阻随浓度的变化。

图22示出了(左)苯胺交联的MND膜的示意图和(右)6层膜对AcOH蒸气浓度增加的线性范围和感测响应(插图)，其中指示了理论检测极限(LoD)。

具体实施方式

虽然将更完整地描述本公开的消费品、系统和方法，但是在下面的描述开始时将理解的是，本领域技术人员可修改本文描述的方法和系统，同时仍然获得本公开中描述的有利结果。因此，下面的描述应当被理解为是针对本领域技术人员的宽泛的教导性公开内容，而不是对本发明的限制。

本发明的系统、方法和装置包括高选择性和高灵敏度传感器。该传感器可用于检测目标气体的存在。目标气体可以是不期望的气体，用户可能希望通过掩蔽、移除或减少一个或多个消费品诸如空气清新装置或空气净化装置的存在来减少该不期望的气体。目标气体可以是期望的气体，诸如挥发性香料原料，用户可能希望促进或增加其随消费品诸如空气清新装置的存在。传感器可与消费品是一体的，或者可作为与控制器、用户或用户界面和/或消费品无线通信的单独部件存在。

消费品可以是能够与CCU通信或直接与传感器通信的智能消费品。一旦传感器通知用户已经满足条件，消费品也可能需要用户干预。

该系统和方法可包括与消费品104和/或一个或多个传感器能够通信地连接的中央通信单元(CCU)。CCU可以是智能电话、计算机、平板电脑、恒温器等的形式。图1示出了示例性的非限制性的系统100，该系统包括中央通信单元102、消费品104和各自通过无线通信链路107与CCU 102通信的传感器106。

例如，传感器106可向CCU 102发送输入信号。响应于来自传感器106的输入信号，CCU可向消费品104发送输出指令，以打开或关闭消费品或者调整消费品的操作。例如，如果传感器106向CCU发送关于特定目标气体的存在和浓度的输入信号，并且CCU将关于目标气体的输入信号的值与该特定目标气体的设定点进行比较，则CCU可向消费品104发送输出指令，以便根据输入信号的值是高于还是低于目标气体的设定点来降低或提高该特定目标气体的水平。

如下面更详细讨论，CCU可包括存储器和处理器，该存储器能够存储设定点和算法，该处理器能够运行算法并且从存储器中存取所存储的设定点。可根据期望的结果对各种算法进行编程。

传感器和消费品可被放置在建筑物内或建筑物外的任何位置。传感器和消费品可位于与系统的其他部件相同的房间中，系统的部件可设置在一个或多个不同的房间中。参照图2，在非限制性说明性示例中，消费品104可被放置在与传感器106相同的房间中，并且可被放置在与CCU 102不同的位置。消费品104和/或传感器106可在用户方便时移动到不同的房间。该系统可包括定位在建筑物中的各个位置或房间中的多个传感器。该系统还可包括多个消费品。

该系统还可包括位于建筑物中的附加智能装置109，诸如电器(冰箱、洗衣机、烘干机、炉灶、微波炉)、风扇、灯、电源插座、开关、电视机、HVAC系统、扬声器、安全系统、婴儿监视器、车库门开启器、门铃、相机、可穿戴装置诸如智能手表或婴儿睡眠监视器等。

传感器

系统100可包括传感器106。传感器106可被配置为测量感兴趣的目标气体的存在和浓度。感兴趣的目标气体可以是用户可能希望减少的不期望的感兴趣目标气体，或者感兴趣的目标气体可以是用户可能希望提高或维持在期望浓度的期望的目标气体。可能希望能够检测和区分不期望的感兴趣气体和期望的感兴趣气体。感兴趣的目标气体可包括胺，包括三甲胺(来自例如尿液、鱼腥味)；醛/酮，诸如2-壬烯醛、壬醛、辛醛、甲醛、1-辛烯-3-酮和3-辛酮(来自例如香精组分)；酸，诸如乙酸、异戊酸和肉豆蔻酸(来自例如体臭、香烟/雪茄烟、培根油脂、宠物气味等)；醇，包括1-十二醛、1-辛烯-3-醇、3-甲基-1-丁醇和2-甲基异冰片(来自例如霉菌/霉变)；硫，包括二甲基二硫化物(来自例如垃圾、浴室、宠物)；芳香烃，包括苯、萘和土臭素(来自例如香烟/雪茄烟和培根油脂)；烯烃，包括1-十五烯；内酯，包括5-H-呋喃-2-酮、十一内酯；有害空气质量气体，诸如NO₂；等等。期望的目标气体可包括香料原料，诸如醛、酮、酯、醇等。期望的感兴趣目标气体可用作测量空气中香料混合物浓度的标记。即，测量感兴趣的目标气体可用于计算空气中香料混合物的总浓度。

该系统可包括也测量温度、相对湿度、室内空气质量、室外空气质量、噪声、人的存在、运动、房间中的空气流速、空气中的颗粒浓度、过敏原和/或对人类健康有影响的其他空气传播实体的传感器。

通过合并来自这些传感器源以及目标气体传感器或目标气体传感器阵列(多个传感器各自检测独特的目标气体)的任何一者和/或所有组合的数据，已经表明可对空气的组成进行更准确的预测。例如，通过检测人的移动、听到炉灶上烹饪的声音以及温度/湿度的升高，以及独特的目标气体感测和颗粒感测，我们能够基于所存储的基于知识的算法更准确地预测人何时正在烹饪以及空气中存在何种与烹饪相关联的气味或化学物质。然后该传感器数据可向用户提供关于如何管理特定气味或空气质量事件的更准确的信息或建议。在另一个非限制性示例中，检测房间中较高的气流以及室外声音连同目标气体和颗粒感测可确定窗户是打开的并且正在发生特定事件(例如，森林火灾烟雾)正在通过窗户进入或者独特的室外污染正在进入室内空间。

可以用传感器识别的感兴趣的具体声音包括但不限于：用炉子、烤箱或微波炉烹饪、宠物(例如，吠叫)、冲厕所、街道噪声(例如，汽车/交通)、在场的人和人数、门打开和关闭、风扇运行、TV或收音机、HVAC运行。特别地，我们具有识别人的存在或人说话的能力，但是该算法可被设计成实际上不使用语音识别或记录人正在说什么，以便保护隐私。这可以通过监测声音类型而不是监测或破译所说的内容来完成。

在另一个示例中，利用气流感测，我们可以确定窗户是否打开、门是否打开、吊扇是否运行或者HVAC单元或房间空气循环风扇何时运行。此外，可利用家庭或地点的室外空气质量数据(诸如可从像Breezometer这样的公司获得的数据)来预测任何特定家庭或企业外部的室外空气质量、花粉水平、温度、空气湿度。

当将这些不同来源的传感器数据(例如，噪声、气流、空气质量)与目标气体传感器组合时，我们可向消费者或另一个装置就所需的任何纠正措施提出更明智的建议。纠正措施的非限制性示例可以是消费者打开厨房通风口、打开空气净化器、更换空气净化器或HVAC的过滤器、打开窗户、打开风扇/HVAC、喷洒空气清新剂或基于来自所有这些来源的各种传感器数据的任何数量的措施以及它们的组合。传感器106可包括无线通信模块，以便通过无线通信链路与CCU和/或系统的各种部件能够通信地连接。

传感器106可由电源供电。传感器106可独立于消费品供电或通过与消费品相同的电源供电。传感器106可被独立供电。传感器可由电池供电或通过电源插座供电。

传感器可被配置为以输入信号的形式向CCU发送传感器测量值。传感器测量值可以各种方式使用。例如，传感器测量值可被视为实时数据；与设定点比较，诸如目标气体浓度设定点，以便控制空气处理装置；或者存储在数据库中用于进一步分析以考虑舒适性和能量效率来推荐最佳设定点。

图3描绘了从部件到CCU的多种可能的信号流。传感器测量值可从部件通过CCU流向用户界面，以进行实时本地传感器测量。传感器测量值也可从传感器通过CCU传递到因特网上的目的地服务器，在该服务器中，传感器测量值存储在存储器中或者由处理器分析以便向各种部件发送指令，这些部件包括但不限于消费品104和/或智能装置。传感器测量值也可以从传感器通过CCU传递到消费品104。

传感器可以各种不同方式来配置。传感器可以是可在整个空间内移动的独立装置或单元。传感器可结合到另一个装置中，诸如消费品或智能装置。

还原溶解提供了一种在高质量负载下获得高度个体化的碳纳米管溶液的途径，同时不破坏sp²π-体系。(Clancy,A.J.等人Charged Carbon Nanomaterials:RedoxChemistries of Fullerenes,Carbon Nanotubes,and Graphenes.Chem.Rev.118,7363–7408(2018)，其全部内容以引用方式并入本文)。此类溶液经历与例如烷基和芳基卤化物的接枝反应，从而允许结合位点的有效附接。例如，联芳基卤化物可用于交联相邻的碳纳米管，从而形成具有高比表面积和界限清楚的孔结构的自立式三维网络(图4)。

如本文所述，已经调整交联化学以获得交联碳纳米管气凝胶薄膜。薄的气凝胶结构提供了具有大的活性表面积和可快速接近可用的孔隙率的传感器材料。通过这种策略，已经证明了两种气体(诸如挥发性酸和胺)的检测下限。

假设薄膜气凝胶结构由于高表面积和可接近的孔隙率而理想地适用于气体感测应用。

可通过表面官能化赋予额外的增强。所报告的独特结构可通过有意的表面改性而进一步应用于其他气体分子的特定感测。

因此，本发明提供了一种制备交联碳纳米管网络的方法，该方法包括：

提供多个还原型碳纳米管；

使还原型碳纳米管与共轭连接体前体反应以形成共价交联碳纳米管网络，该网络包括通过由共轭连接体前体形成的连接体共价连接的碳纳米管，其中连接体包含直接连接至其所共价键合的碳纳米管的共轭体系。

制备还原型碳纳米管的方法是本领域技术人员已知的。例如，这些方法描述于Clancy,A.J.等人Charged Carbon Nanomaterials:Redox Chemistries of Fullerenes,Carbon Nanotubes,and Graphenes.Chem.Rev.118,7363–7408(2018)。

还原型碳纳米管可通过用还原剂处理母体碳纳米管来制备。

还原剂可包含I族或II族金属。I族金属(碱金属)可用于制备还原型碳纳米管。碱金属可包括锂、钠、钾或它们的合金。碳纳米管反应形成具有相关抗衡离子的还原物质。金属可作为蒸气、熔融金属、汞合金、共晶合金或等离子体引入。也可以使用II族金属(碱土金属)。

也可以使用溶剂化还原，即，可在溶剂的存在下用还原剂处理碳纳米管。例如，可将碱金属溶解在液氨中进行Birch还原。

还原剂还可包含电荷转移剂。电荷转移剂是支持电子化合物形成的试剂。电荷转移剂可包含芳族化合物。此类电荷转移剂的示例是萘、蒽、菲、4,4'-二叔丁基联苯、薁或它们的组合。优选地，电荷转移剂是萘。

用于还原的溶剂优选地为非质子溶剂，例如醚、酰胺或胺溶剂，或它们的混合物。醚可包括烷基醚或环烷基醚。示例性的醚包括四氢呋喃(THF)、二噁烷、乙醚、二异丙醚、二正丁醚、二仲丁醚、甲基叔丁基醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基丙烷、1,3-二甲氧基丙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二乙氧基丙烷、12-冠-4醚、15-冠-5醚、18-冠-6醚或它们的组合。可使用胺溶剂并且其可包括叔胺。有用的胺可包括叔烷基胺或环烷基胺。示例性的胺包括叔胺，包括N-甲基哌啶、N-甲基吗啉、N,N,N',N'-四甲基-1,2-二氨基乙烷或它们的组合。可使用酰胺溶剂。示例性的酰胺包括二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺。酰胺溶剂应优选地对碱金属呈惰性。溶剂在电荷转移剂和还原型碳纳米管(通过用还原剂处理而形成)两者的存在下也应该是稳定的。优选的酰胺溶剂包括N-N-二甲基乙酰胺。

有机金属化合物(例如，n-BuLi和C₃H₇NHLi)可用于还原碳纳米管，同时用有机基团官能化，从而允许添加不同的表面部分。因此，还原剂可以是如本文所定义的有机金属，优选碱金属有机金属。

碳纳米管的还原可以另选地以电化学方式进行，如果使用合适的溶剂(例如，N,N-二甲基甲酰胺，DMF)，其具有同时还原碳纳米管和溶解还原型碳纳米管的优点。

优选地，还原型碳纳米管在溶液中提供。优选地，溶剂是如上所述的极性非质子溶剂。合适的溶剂包括N-N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-环己基-2-吡咯烷酮(CHP)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基乙酰胺(DMAc)。同时还原和溶解碳纳米管，即还原溶解，可能是有利的。还原溶解是制备交联纳米管薄膜的有利方法，因为纳米管的电特性在加工过程中得以保持。参见图4(a)。还原溶解可获得高的还原型碳纳米管浓度，同时保持它们的优异特性。

N-N-二甲基乙酰胺是优选的溶剂，因为它能够使还原型碳纳米管稳定，特别是用于还原溶解。

根据本发明的术语碳纳米管是指基本上由sp²键合的碳原子制成的纳米级管，其具有基于石墨基面的结构，石墨基面被绕接或卷曲成为管。碳纳米管可以是任何类型的纳米管，即，它可以是具有至少一个在纳米尺度上测量的尺寸的任何中空管状结构。

碳纳米管可以是单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管或具有多于两层的多壁碳纳米管(MWCNT)，优选SWCNT或双壁碳纳米管。优选地，碳纳米管是SWCNT，因此，还原型碳纳米管物质是纳米管化物(nanotubide)(SWCNT^n-)。

在本发明纳米管中使用的碳纳米管可具有测量为约0.5nm至约50nm之间，诸如约0.5nm至约20nm之间，例如约0.7nm至约10nm之间，例如约0.8nm至约2nm之间的最小内径。小直径碳纳米管在本文中被定义为直径为至多约3nm的碳纳米管，而与壁的数量无关。纳米管可具有任何长度。例如，纳米管可具有约5nm至约500μm之间，优选地约10nm至约100,000nm，优选地约100nm至约10,000nm的长度。优选地，本文制备的网络中大于75wt％的纳米管具有在上述范围内的尺寸。

碳纳米管的尺寸可通过显微镜法(例如原子力显微镜(AFM)或透射电子显微镜(TEM))或光谱法(例如拉曼光谱法或吸收/荧光光谱法)测定。可以不影响所测量的分布的任何合适方式分散碳纳米管。例如，可使用还原溶解。一旦溶解并沉积在基底(例如硅晶片)上，可通过用AFM使样品成像并直接测量成像的CNT的长度来建立长度分布。类似地，直径分布可通过用TEM对样品成像并确定存在的物质的直径来测量。直径可通过AFM(使用高度测量)、通过拉曼光谱法(经由所谓的“呼吸模式”频率)测量，或从可见光/nIR范围内的吸收/荧光光谱推断。

还原型碳纳米管与共轭连接体前体反应以形成共价交联碳纳米管网络。碳纳米管网络包括通过由共轭连接体前体形成的连接体彼此共价连接的碳纳米管。连接体包含直接连接到碳纳米管的共轭体系。连接体直接键合到碳纳米管上，使得在连接体与碳纳米管之间不存在非共轭部分。因此，两个共轭体系(共价键合的连接体和碳纳米管)直接相邻。

共轭连接体前体包含至少两个能够与还原型碳纳米管的壁反应的官能团，以形成C-C共价键并因此形成共价交联网络。优选地，至少两个官能团位于连接体分子的不同原子上，更优选地在一定距离处，以使与两个不同纳米管反应的机会最大化。

应当理解，共轭连接体前体与还原型碳纳米管反应以形成不存在官能团的连接体。连接体经由C-C键直接键合到碳纳米管上，以与它所共价键合的碳纳米管形成相邻的共轭体系。因此，连接体是多价部分。

在直接连接中，没有中间部分。例如，共轭连接体前体与还原型碳纳米管反应以形成直接的C-C键合，其中没有插入部分。

官能团可以是合适的离去基团，其能够使连接体前体直接与还原纳米管的侧壁反应，例如通过亲电取代反应，如方案1所示。

方案1-还原型碳纳米管与共轭连接体前体(R-Br)之间的反应，以形成共价官能化的碳纳米管。

共轭连接体与纳米管侧壁的直接连接特别适于形成有助于导电性的共轭网络。连接体是共轭的，使得当它直接连接到纳米管上时，两个共轭体系是相邻的，使得在相邻纳米管之间可在一定程度上保持共轭。

共轭连接体前体(以及，因此，连接体)包含每个官能团之间的连续共轭。共轭连接体前体可包含非共轭取代基，其在每个官能团之间的连续共轭的外围。优选地，共轭连接体前体在每个官能团之间完全共轭。

连接体是多价(例如，二价)共轭体系，例如包含一个或多个芳基或杂芳基环，其可以任选地被取代。所述一个或多个芳基或杂芳基环可彼此直接结合或经由三价sp²碳基团结合。

共轭连接体前体可以是以下结构的化合物：

X-A'-X

其中A'是二价共轭体系；并且每个X独立地为合适的离去基团。X可包括卤化物、亚砜或甲苯磺酸酯。另选地，X可以是过氧化物或二硫化物部分。

共轭连接体前体可以是以下结构的化合物：

X-A-X

其中A是包含一个或多个芳基或杂芳基环的二价共轭体系，其中A可以任选地被取代；每个X独立地为合适的离去基团。X可包括卤化物、亚砜或甲苯磺酸酯。

A可包含多于一个芳基或杂芳基环，其各自可彼此直接结合或经由三价sp²碳基团(例如，次甲基)结合。

A可基本上由所述一个或多个芳基或杂芳基环和所述任选的三价sp²碳基团以及存在于所述一个或多个芳基或杂芳基环上的任何任选的取代基组成。

A是包含一个或多个芳基或杂芳基环的共轭部分。A可具有以下结构：

其中每个环B独立地为任选取代的芳基或杂芳基；n为1至5的整数；并且*表示与每个X的附接点。

A可包含卟啉环。例如，A可具有以下结构：

其中

每个环B独立地为任选取代的芳基或杂芳基；

环C为任选取代的卟啉环；

n为1至5的整数；并且

*表示与每个X的附接点。

如将理解的，共轭连接体前体与还原纳米管的侧壁反应以交联相邻的纳米管，其中纳米管通过具有结构*-A-*的共轭连接体连接，其中*表示与每个纳米管的附接点，即连接体前体结构，不存在离去基团X。

共轭连接体前体(例如，基团A)的连接体部分可被取代。此类取代不一定是共轭的。当网络用于气体感测应用时，可根据目标气体来定制取代基。可选择取代基以调节与目标气体的结合亲和力。

例如，氨基取代基可增加对挥发性酸性气体的结合亲和力。含有羧酸基团的取代基可增加与胺的结合。硫脲基团可增加酮的结合。贵金属纳米颗粒可增加氢感测。金属化卟啉取代基可增加对CO或胺的结合。杯[4]芳烃可用于芳烃和氯代烃的选择性检测。长烷基链(例如，C₁-C₂₀烷基)可用于增加脂族烃的吸附。由于氢结合碱性，冠醚基团可用于增强醇的结合。

可能的取代基包括C₁-C₂₀烷基、氨基(包括烷基氨基和二烷基氨基)、羧酸、氨基-C₁-C₆烷基、C₁-C₆烷基-COOH和-NHC(S)(NH₂)，或包含贵金属纳米颗粒、卟啉、杯[4]芳烃或冠醚的取代基。

可使用提供能够与还原型碳纳米管表面反应的附加官能团的取代基，例如合适的离去基团。

包含一个或多个芳基或杂芳基环的基团A可以任选地被取代。A可以任选地被本文所定义的取代基取代，包括一个或多个合适的离去基团(诸如卤素)。

如将理解的，当共轭连接体前体(例如，A)任选地被一个或多个合适的离去基团(诸如卤素)取代时，合适的离去基团取代基可充当能够与还原型碳纳米管表面反应的官能团。

共轭连接体前体可具有多于两个能够与还原型碳纳米管表面反应的官能团。例如，共轭连接体前体可以是以下结构的化合物：

A-(-X)_m

其中A和X如本文所定义，m为2或更大的整数，例如3或4。

本发明的方法中可使用共轭连接体前体的组合。

交联碳纳米管网络中的连接体可提供对目标气体分析物的增加的灵敏度，例如当网络用于气体感测应用时。连接体结构的选择和连接体上的取代允许调节对不同气体的结合亲和力。

改变连接部分可显著影响所得膜的形态，从而允许调节特性。此外，交联反应提供了将附加官能团结合到交联碳纳米管网络中的有用途径。

还原型碳纳米管与共轭连接体前体之间的交联反应可在溶液中进行。例如，极性非质子溶剂用于溶解还原型碳纳米管。

交联过程可在任何合理的温度下进行并保持完成反应所需的任何时间长度，例如只要反应在低于反应溶剂沸点的温度下进行即可。该反应在10℃至60℃之间，优选地15℃至30℃的温度下进行。反应时间优选地为0.1至50小时或更长。

在反应过程中，碳纳米管交联形成凝胶相。“凝胶”是指在干燥过程中保持其形状的组合物并且是本领域技术人员已知的。凝胶相由溶剂内共价键合的纳米管的连续网络形成。

通过在凝胶相中进行共价交联的过程，所得的碳纳米管可在除去溶剂期间保持它们的结构完整性。交联反应可有利地在饱和溶剂环境中进行以避免溶剂蒸发，溶剂蒸发可导致细孔结构的毛细管塌陷和可用表面积的减少。

该方法还可包括将交联碳纳米管网络沉积在基底的表面上。

使交联反应进行反应可包括在单个步骤中使多个还原型碳纳米管与共轭连接体前体接触。

另选地，交联反应可包括两个或更多个步骤，其中还原型碳纳米管与共轭连接体前体接触，随后与另一个还原型碳纳米管接触以形成交联碳纳米管网络。该方法可包括逐层沉积方法，例如包括以下步骤：

提供基底；

在基底表面上沉积还原型碳纳米管；

使还原型碳纳米管与共轭连接体前体接触，以形成共价官能化碳纳米管；

使共价官能化碳纳米管与另一个还原型碳纳米管接触以形成共价交联碳纳米管网络，该共价交联碳纳米管网络包括通过由共轭连接体前体形成的连接体共价连接的碳纳米管，其中连接体包含直接连接到碳纳米管的共轭体系。

可重复每个接触步骤以构建三维交联碳纳米管网络。例如，该方法还可以包括：

使交联碳纳米管网络与另一个共轭连接体前体反应，然后使所得的材料与另一个还原型碳纳米管反应。

图4(b)中示出了用于单壁碳纳米管(SWCNT)的逐层沉积(也描述为分子层沉积)方法。将第一SWCNT层沉积(例如，通过旋涂)到基底(例如，硅烷化玻璃)上。然后将该带电层浸没在连接体前体的浴中，对可用表面进行单官能化，直至表面电荷耗尽。这形成了共价官能化碳纳米管。残余离去基团部分(例如，卤化物)在共价官能化碳纳米管上可用于接枝到下一个SWCNT层。由于交联剂分子的浓度大得多并且第一次接枝的反应速率较快，单接枝到双接枝的连接体的产率被认为是高的。由于与基底(诸如碘丙基硅烷层)的官能化的共价相互作用，沉积的SWCNT可有利地锚定到基底上。这种空间限制可有助于确保连接体前体不在同一层内交联SWCNT。在沉积单接枝连接体层之后，可通过浸没在合适的溶剂(诸如DMAc)中除去过量的试剂，然后添加下一层SWCNT。溶液中的带电纳米管与连接体前体中剩余的残留离去基团反应。该反应形成第二个不同的SWCNT层，其通过连接体共价键合到先前的SWCNT层上。沉积SWCNT，直到离去基团被耗尽，从而将沉积限制为单层。重复该循环，以添加每个随后的交联层，从而允许沉积具有可控厚度和透明度的膜。

通过使用分子层沉积方法，可在交联碳纳米管网络中形成逐层结构，使得碳纳米管结(即，交联剂)以一系列平行层连接。如用AFM和UV-Vis光谱所观察到的，分子层沉积允许对所得的交联碳纳米管网络膜的厚度和透明度进行高水平的控制。与任何先前已知的方法不同，交联碳纳米管网络可被描述为以层构成的各向异性网络。它允许大量分子结并联连接。如果这些结在分析物存在的情况下“接通”，则预期具有高灵敏度。如果在分析物存在的情况下“切断”，则附加层提供灵敏度。能够调节串联和并联分子结(以及探测任一者)的平衡是本发明的优点。

在一个可供选择的实施方案中，可将共轭交联剂前体沉积在基底表面上，并可由此构建交联碳纳米管网络。

将交联碳纳米管网络沉积在基底上。沉积可例如通过滴铸或旋涂来进行。沉积可进行任何必要的时间。通过在基底存在的情况下进行交联反应，交联碳纳米管网络可在其形成时沉积。因此，沉积可与交联反应同时发生。

优选地，沉积发生在交联反应期间，使得交联碳纳米管形成在基底的表面上。这可以通过在基底存在的情况下进行交联反应来实现。这使得能够形成均质膜。

有利地，逐层沉积方法能够在基底表面上原位形成交联碳纳米管网络，从而以高度受控的方式形成均质膜。

可使用任何合适的金属。基底可以是惰性基底。例如，基底可以是玻璃基底。基底可以是硅晶片或非导电金属氧化物，诸如氧化铝基底。

基底优选地为非导电基底。

然而，也可以使用从顶部到底部的输运测量，其中将气凝胶沉积在金属接触件(例如金属基底或导电氧化物诸如氧化铟锡)上。此类导电基底可能特别适用于多层结构，其中全厚度测量使用预期的并联模式的结。在这种情况下，源电极和漏电极定位在薄膜的顶部和底部，从而允许测量穿层输运。

基底可在沉积之前被官能化，例如以帮助用交联碳纳米管网络润湿基底。基底的官能化还可以有助于沉积的交联碳纳米管网络的均匀性。基底可以用硅烷材料官能化，即硅烷化。合适的硅烷材料包括卤代烷氧基硅烷或(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)。优选地，硅烷材料是卤代烷氧基硅烷，诸如3-碘丙氧基硅烷或(3-溴丙基)三甲氧基硅烷。另选地，可以用硫醇进行官能化。

在沉积之前，可以用还原型碳纳米管使基底饱和，以帮助润湿。例如，该方法可包括以下初始步骤：在沉积之前使基底与还原型碳纳米管接触合适的时间，以确保还原型碳纳米管直接或经由基底表面上的官能化吸附到基底上。另选地，可以用交联剂前体使基底饱和。这在使用逐层沉积方法的情况下特别有利。

本文所述的方法可在任何合适的条件下进行。例如，该方法可在惰性条件下进行，例如在氩气下。

本文所述的方法可用于形成从光伏器件、传感器和催化剂到导电油墨和涂料的一系列潜在应用的膜。

本文还提供了通过本发明的方法制备的交联碳纳米管网络。交联碳纳米管网络包括：

如本文所述的多个碳纳米管；和

共价连接相邻碳纳米管的如本文所述的至少一个连接体，其中连接体包含直接连接到碳纳米管的共轭体系。

本文提供的交联碳纳米管网络具有通过还原化学实现的高度个体化，其提供用于吸附的大可用表面积。这与所报告的产生束网络的其他方法相反。交联反应提供了限定的开孔结构，从而允许通过开放网络扩散。通过改变连接体的结构，可以调节孔结构。

交联碳纳米管网络的表面积可以用BET方法测量。理想地，为了测量表面积，将交联碳纳米管网络形成为大块整体形式。除了薄膜形状之外，本文所述的方法还允许提供大块整体网络。还可以由电容测量电化学地测量表面积。

交联碳纳米管网络可具有约500S/m或更大、优选地约600S/m或更大、优选地约700S/m或更大、优选地约800S/m或更大、优选地约900S/m或更大、优选地约1000S/m或更大的电导率。电导率可高达约1000000S/m。

交联碳纳米管网络的导电性可以是各向异性的。

对于通过本文所述的分子层沉积方法制备的交联碳纳米管网络，电导率可为约10S/m或更大。

可通过使用四点探针测量膜电阻来确定电导率。在该方法中，膜可与四根导线接触，并且电流施加到外部的两根导线。然后测量两根内部导线之间的电压降并用于确定薄层电阻。电导率可由薄层电阻计算得到。

应当理解，通过使用更长的碳纳米管、CNT的排列和化学掺杂可获得更大的电导率。交联碳纳米管网络膜的一个重要电性特征是在碳纳米管间的结处存在分子元素，即连接体基团，其在暴露于不同分析物时调节电输运。对于传感器应用，调制可能是关键。更高的基线电导率可帮助提供更便宜的电子器件。本文所述的交联碳纳米管网络膜提供高灵敏度和高选择性。这可以通过在结处具有选择性结合位点来实现，其有助于通过网络进行电输运。

这可被描述为将大量分子结连接在一起。在分子电子学中，分子结是有吸引力的，但是测量困难。本文描述的是用于测量大量分子结的实用方法。

本文所述的交联碳纳米管网络的物理特性在碳物质的个体化程度和细丝结构方面可与其他薄膜不同。UV-Vis中明显的van Hove带(明显的峰/凸起)表明大多数碳纳米管保持为固态的单独物质和小束。这是本文所述的还原溶解和交联过程的直接结果。扫描电子显微镜为精细碳纳米管支架结构提供了进一步的证据，观察到很少的大束或团聚体。高水平的个体化和细孔结构表明具有大的活性表面积、理想地适于气体感测应用的特性。

有利地，使用分子层沉积方法形成交联碳纳米管网络，使得碳纳米管以一系列平行层连接。这可以通过比较面内电导率与全厚度电导率来确定。可通过在膜的同一表面上制造两个接触件来测量面内电导率，而全厚度测量需要膜的顶表面上的一个接触件和底表面上的另一个接触件。面内电导率显著大于全厚度电导率将指示碳纳米管布置在具有交替的交联剂层的不同层中。预计全厚度电导率将随每个随后的层而降低，而面内电导率增加。

在沉积交联碳纳米管网络之后，可以除去溶剂，例如可将网络干燥。

溶剂的去除可包括溶剂交换的第一步骤，例如使用至少一种表面张力比初始溶剂低的溶剂。如本文所用，术语“表面张力”是指在任何液体中由表面下的分子对表面/空气界面处的分子施加的吸引力，该力倾向于限制液体流动。如本文所用，术语“低表面张力”可指在25℃和大气压下测得的表面张力小于或等于约30mN/m的液体。在溶剂交换之后，可以干燥碳纳米管网络。

一些网络可在没有溶剂交换的情况下干燥，而其他网络将需要非常低的表面张力。特定网络是否需要此类溶剂交换将取决于网络(即凝胶)的单独特性。密度较低、表面积较高的网络具有更理想的特性，但往往不太坚固，因此可能需要溶剂交换或技术人员熟悉的其他受控干燥技术。网络的特性将取决于碳纳米管的尺寸和交联密度。

根据本发明的交联碳纳米管网络优选地为气凝胶。如本文所用，术语“气凝胶”是指低密度的高度多孔材料，其通过形成凝胶然后从凝胶中除去液体同时基本上保持凝胶结构来制备。优选地，根据本发明的“气凝胶”包含碳纳米管网络，其中凝胶干燥时的体积变化小于约30％，优选地小于约20％，优选地小于约10％，优选地小于约5％。气凝胶具有开孔的微孔或介孔结构。通常，它们可具有小于约1000nm的孔径和大于约100m²/g的表面积。优选地它们可具有小于约200nm的孔径和大于约400m²/g的表面积。它们通常具有低密度，例如从约1000mg/cm³下降到低至约1mg/cm³，优选地在约15mg/cm³至500mg/cm³的范围内。例外地，与其他现有的气凝胶不同，由碳纳米管生产的那些气凝胶可具有低密度、高表面积，但具有大孔径。

孔径可通过汞压测孔法测量，其适用于较大的大孔(直径>50nm)。对于较小的介孔(约2nm至50nm)和微孔(<2nm)，可使用氮气测孔法。将Brunauer-Emmett-Teller(BET)理论应用于吸附-解吸等温线可允许确定比表面积。然后使用进一步分析诸如Barrett-Joyner-Halenda(BJH)法或密度泛函理论(DFT)由实验等温线计算孔径分布。

优选地，气凝胶是其中液体已经在超临界条件下从凝胶中除去的材料。

沉积网络的干燥可通过超临界干燥或冷冻干燥进行，优选地形成气凝胶。最常用的超临界干燥方法包括用超临界二氧化碳除去溶剂，这可用于本发明。临界点干燥在不跨越液相-气相边界的情况下除去溶剂，从而潜在地避免了可能向网络精细结构施加力并导致碳纳米管重新成束的力。

可在室温和/或环境压力下对沉积网络进行干燥。可通过惰性气体流(诸如N₂流)干燥网络，特别是在通过本文所述的逐层沉积方法形成网络的情况下。

由于该方法不需要超临界CO₂或冷冻真空方法，因此该方法可以是制造气凝胶的更通用的方法。可通过简单地干燥凝胶来获得气凝胶。目的是蒸发溶剂，从而在从凝胶获得气凝胶时产生最低程度的体积减小。

根据本发明制备的气凝胶允许将凝胶浇铸成预定形状。其思路是通过控制凝胶相中的形状来控制最终形状。本发明的方法还允许形成大的凝胶，以形成大的气凝胶。

希望所得到的碳纳米管网络含有尽可能少的杂质。此类杂质包括残余试剂、表面活性剂、添加剂、聚合物粘合剂等。这些杂质的存在可导致碳纳米管网络密度增大以及碳纳米管气凝胶的电导率和表面积减小。在溶剂交换过程中可除去杂质。由于根据本发明的方法不需要使用大量的通常难以除去的此类添加剂或试剂，因此可获得具有高电导率、大表面积和低密度的碳纳米管网络。碳纳米管网络中存在的杂质总量可小于5wt％，甚至更优选地小于1wt％，优选地在已除去溶剂之后测量。

优选地，本发明中使用的每个碳纳米管具有高电导率并且允许电流以大于10MA/cm²、优选地大于100MA/cm²或更大的电流密度流动。因此，与现有的碳气凝胶相比，碳纳米管网络被认为显示出优异的导电性和电流密度。

另外，碳纳米管在低密度下具有期望的固有机械特征，包括高强度、刚度和柔性。这些特性使得碳纳米管对于许多工业应用是期望的，并且赋予所得的气凝胶网络期望的特性。

气凝胶或干凝胶的形状可通过控制在凝胶化步骤期间使用的容器的形状来控制。最终气凝胶的密度可通过改变初始凝胶内纳米管的体积分数来控制。

交联碳纳米管网络可提供(例如，沉积)在基底上，如本文所述。交联碳纳米管网络可作为膜提供在所述基底上。

本文还提供了包含交联碳纳米管网络的膜。膜可具有约1nm至约10μm，例如约1nm至约500nm的厚度。

可通过对膜进行刻划以产生疤痕或台阶来测量膜厚度。对于非常薄的膜(<1um)，可通过AFM精确地确定基底与膜表面之间的高度差，或者对于较厚的膜，可通过表面轮廓仪来确定。另选地，可使用电子显微镜测量膜横截面的厚度。

本文还提供了用于形成交联纳米管网络的逐层沉积方法(分子层沉积方法)，其中该方法包括：

如本文所述，在基底表面上沉积还原型碳纳米管；

使还原型碳纳米管与连接体前体接触，以形成共价官能化碳纳米管；

使共价官能化碳纳米管与另一个还原型碳纳米管接触以形成共价交联碳纳米管网络，共价交联碳纳米管网络包括通过由连接体前体形成的连接体共价连接的碳纳米管。

使交联碳纳米管网络与另一个连接体前体反应，然后使所得的材料与另一个还原型碳纳米管反应。

连接体是多价(例如，二价)部分，其包含至少两个能够与还原型碳纳米管的壁反应的官能团，以形成C-C共价键并因此形成共价交联网络。

优选地，连接体是刚性连接体。刚性连接体是足够刚性的，以避免“回咬”，由此离去基团在相同碳纳米管处反应，如以下方案2中所示。

方案2：非刚性连接体的回咬

应当理解，刚性连接体必须是足够刚性的，以避免离去基团出现在刚性连接体的同一侧。因此，如本文所用，“刚性”是指连接体分子的构象限制和空间位阻将有利于与两个碳纳米管结合，而不是与单个碳纳米管形成两个键。优选地，至少两个官能团位于连接体分子的不同原子上，更优选地在一定距离处，以使与两个不同纳米管反应的机会最大化。

应当理解，刚性连接体前体可以是共轭连接体前体，使得该方法是根据上文所述的方法，其中共价交联碳纳米管网络包括通过由共轭连接体前体形成的共轭连接体共价连接的碳纳米管。然而，该方法不需要限于共轭连接体前体。

刚性连接体前体可以是以下结构的化合物：

X-Y-X

其中Y是多价刚性体系；并且每个X独立地为如本文所述的合适离去基团。

连接体的刚性可由一个或多个环烷基或芳基基团提供。

Y可包含环烷基基团。Y可基本上由环烷基基团组成。示例性的环烷基基团包括环己基和金刚烷。Y可包含多八面体倍半硅氧烷(优选地基本上由其组成)

Y可以是以下结构的基团

*-Y'-CH₂-Y'-*

其中每个Y'独立地为C₆-C₁₀单环或双环芳基环或5至10元单环或双环杂芳基环，并且*表示与每个X的附接点。每个Y可独立地为苯基或噻吩基。

刚性连接体前体可以是1,4-二卤代环己烷，例如1,4-二碘代环己烷。刚性连接体前体可以是双(4-溴苯基)甲烷或5,5-二溴-2,2-二噻吩基甲烷。

本发明的方法中可使用刚性连接体前体的组合。

应当理解，刚性连接体前体与还原纳米管的侧壁反应以交联相邻的纳米管，其中纳米管通过具有结构*-Y-*的刚性连接体连接，其中*表示与每个纳米管的附接点，即刚性连接体前体结构，不存在离去基团X。

刚性连接体前体(例如，基团Y)的刚性连接体部分可如本文所述被取代。应当理解，当刚性连接体前体(例如，Y)任选地被一个或多个合适的离去基团(诸如卤素)取代时，合适的离去基团取代基可充当能够与还原型碳纳米管表面反应的官能团。

刚性连接体前体可具有多于两个能够与还原型碳纳米管表面反应的官能团。例如，刚性连接体前体可以是以下结构的化合物：

Y-(-X)_m

其中Y、X和m如本文所定义。

连接体前体并非必须是刚性连接体。可通过用连接体前体使碳纳米管表面饱和以形成饱和共价官能化碳纳米管的形式来避免连接体的完全回咬。因此，可使用任何连接体前体，只要其包含至少两个能够与还原型碳纳米管的壁反应以形成C-C共价键的官能团。

因此，使还原型碳纳米管与连接体前体接触以形成共价官能化碳纳米管的每个步骤可包括使还原型碳纳米管与连接体前体接触足够的时间，使得碳纳米管被连接体的共价官能化饱和，即使得纳米管表面上的所有可用位点(受制于空间位阻要求)被共价官能化，从而使接枝的连接体分子上的反应性官能团暴露。应当理解，碳纳米管的饱和程度将取决于连接体分子的空间位阻限制。

该方法可在如上所述的任何合适条件下进行，例如惰性条件。

该方法可用于形成如上所述从光伏器件、传感器和催化剂到导电油墨和涂料的一系列潜在应用的膜。

本文还提供了通过该方法制备的交联碳纳米管网络。交联碳纳米管网络包括：

如本文所述的多个碳纳米管；和

至少一个如本文所述的连接体，其共价连接相邻的碳纳米管。交联碳纳米管网络是使用还原型碳纳米管和逐层方法形成的，因此在如上所述的孔隙率、均匀性和导电性方面具有许多优点。

气体感测应用

本文所述的交联碳纳米管网络和膜可用于气体感测应用。因此，本文所述的交联碳纳米管网络和膜可用作气体传感器或用于感测气体。

本文还提供了包括本文所述的碳纳米管网络或膜的气体传感器。本文所述的气体传感器(例如，用于感测目标气体的气体传感器)可包括：

第一电极和第二电极；

如本文所述的碳纳米管网络(优选地作为膜)；

其中第一电极和第二电极与碳纳米管网络电接触。传感器可以是传感器阵列的形式。

在使用中，当气体传感器或传感器阵列暴露于目标气体时，目标气体被碳纳米管网络束缚。这改变了第一电极和第二电极之间的碳纳米管网络的阻抗。这种阻抗变化可被测量并用于确定目标气体的浓度或存在。因此，气体传感器或传感器阵列的碳纳米管网络可以是化学电阻器。

气体传感器或传感器阵列的碳纳米管网络可以是晶体管。例如，传感器或传感器阵列可以是化学场效应晶体管(ChemFET)。交联碳纳米管网络可在晶体管中的源电极和漏电极之间提供导电沟道。在使用中，可将电压施加到第三“栅”电极，从而允许对源电极-漏电极沟道中的电导进行调制。在暴露于气体时，在一定范围的栅电极电压下测量沟道电流，从而允许以高灵敏度精确确定目标气体的浓度或存在。

可使用任何合适的电极材料。例如，每个电极可独立地为金属电极，诸如金、银、镍或铂，以及一些常用的钯。沉积在铬上的金可用作电极材料。通常，优选惰性、高功函数金属。金属与碳纳米管网络之间的结可能有助于感测活性。

如本文所述，交联碳纳米管网络可提供在基底上。基底可以是惰性的。

应当理解，基底可充当传感器或传感器阵列中的电极，并因此可由任何合适的电极材料形成。

对于晶体管，基底可充当“背栅”，并因此可由合适的电极材料形成。然而，优选地，除了基底之外还提供栅电极。

气体传感器或传感器阵列还可以包括电压源，其中电压源被配置为在第一电极和第二电极之间施加电势。

本文所述的气体传感器或传感器阵列可与机器学习相结合，以提供存在于样品中(例如空气中)的气体的指纹。

本文还提供了用于感测目标气体的方法，该方法包括：

将如本文所述的气体传感器或传感器阵列暴露于包括目标气体的气体样品，使得目标气体被碳纳米管网络所束缚；

通过向碳纳米管网络施加电势来测量碳纳米管网络层的阻抗；以及

基于碳纳米管网络层的阻抗确定目标气体的浓度。

目标气体的浓度可以份数表示法来测量，例如百万分之几，如分压、重量百分比、百分比体积、每单位体积的摩尔数或每单位质量的摩尔数。

在本说明书的整个说明书和权利要求中，词语“包含”和“含有”以及这些词语的变体，例如“包含(comprising)”和“包括(comprises)”，是指“包括但不限于”，并且不旨在(并且不)排除其他组分。

应当理解，可对本发明的前述实施方案进行变更，同时仍然落入本发明的范围内。除非另有说明，否则本说明书中公开的每个特征可由用于相同、等同或类似目的的替代特征代替。因此，除非另有说明，否则所公开的每个特征仅是通用的一系列等同或类似特征的一个示例。

本说明书中公开的所有特征可以任何组合进行组合，此类特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。特别地，本发明的优选特征适用于本发明的所有方面并且可以任何组合使用。同样，在非必需的组合中描述的特征可以单独使用(不组合)。

应当理解，上述的许多特征，特别是优选实施方案的特征本身是创新的，而不仅仅是作为本发明实施方案的一部分。除了目前要求保护的任何发明之外或者作为目前要求保护的任何发明的替代，可寻求对这些特征的独立保护。

定义

如本文所用，烷基是指直链或支链烃链。烷基可具有1至10个碳原子，任选地1至6个碳原子。示例性烷基基团包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基、正戊基、仲戊基、正己基、2-乙基己基、正庚基、正辛基等。烷基可以是未取代的或被一个或多个如本文所定义的取代基取代。

如本文所用，芳基是指芳族烃环。如本文所用，杂芳基是指含有一个或多个杂原子(例如O、S或N)的芳环。芳基和杂芳基可以是单核的，即仅具有一个芳环(例如，苯基或亚苯基)，或者可以是多核的，即具有两个或更多个可以稠合的芳环(例如，萘基或亚萘基)、单独共价连接的芳环(例如，联苯基)和/或稠合的芳环和单独连接的芳环的组合。芳基可含有6至20个碳原子，或6至12个碳原子。芳基可与一个或多个芳基或环烷基环稠合以形成多环环系。示例性的芳基基团包括但不限于苯基、亚联苯基、三亚苯基、[1,1':3',1'’]联三苯基-2'-亚基、萘、蒽、二亚萘基、菲、芘、二氢芘、二萘嵌苯、并四苯、并五苯、苯并芘、芴、茚、茚并芴、螺二芴等。优选地芳基是苯基。示例性的杂芳基基团包括但不限于吡咯基、呋喃基、噻吩基、咪唑基、噁唑基、噻唑基、三唑基、吡唑基、吡啶基、吡嗪基、哒嗪基和嘧啶基等。优选地杂芳基是噻吩基或吡咯基。芳基或杂芳基可以是未取代的或被一个或多个如本文所定义的取代基取代。

如本文所用，环烷基是指环状烷基基团。环烷基可具有3至20个环碳原子，或3至15个碳原子，或3至10个碳原子。环烷基包括桥环、稠环和/或螺环环系，诸如十氢化萘、降冰片烷和螺[5.4]癸烷。示例性的环烷基基团包括环丙基、环丁基、环戊基、环辛基、十氢化萘、降冰片烷和螺[5.4]癸烷等。环烷基可以是未取代的或被一个或多个如本文所定义的取代基取代。

如本文所用，卤化物可选自-F、-Cl、-Br、-I。

如本文所用，卟啉是包含四个吡咯环的基团，四个吡咯环由四个次甲基通过α-位连接，以形成芳族大环结构。

现在参考以下实施例，其以非限制性方式说明本发明。

消费品

本发明的消费品可包括空气清新剂；空气清新装置；空气净化装置；空气过滤装置；口腔护理产品，包括牙刷和牙膏；漱口水；个人护理产品，包括沐浴露、洗发水、护发素、止汗剂和除臭剂；吸收制品，包括尿布和成人失禁制品；女性护理产品；剃刀；餐具洗涤剂；织物护理产品，包括洗涤剂、软化剂、烘干片、增香剂；清洁器具，包括除尘器和拖把；表面清洁剂；清洁擦拭物；纸制品，包括纸巾和面巾纸等。

消费品可以是与控制器和/或传感器无线连接的智能消费品、装置或两者。消费品可包括无线通信模块，以便通过系统进行连接和自动化，并包括在本公开的方法中。消费品可与CCU能够通信地连接。参考图5，消费品可包括无线通信模块136，以便与CCU和/或消费品组合物分配器104通信。智能消费品可被构造为牙刷、剃刀、吸收制品、女性护理产品、清洁器具、空气清新装置或空气净化装置。

传感器可以物理地设置在消费品上，或者传感器可以是可独立于消费品移动的系统的单独元件。将传感器直接放置在消费品上可允许在非常接近消费品的情况下读取，无论消费品在任何给定时间定位在何处，并允许传感器和消费品同时移动。

消费品104可能需要用户干预，以响应由传感器106生成的数据。例如，传感器106可将输入信号发送到CCU。与目标气体浓度的设定点相比，来自CCU的输入信号可读取传感器周围空间中的目标气体浓度是高水平还是低水平。CCU可警告用户，使用户通过选择和使用能够降低或提高特定目标气体浓度的特定消费品进行响应。

消费品104可以是消费品组合物分配器的形式。消费品组合物分配器可用于将消费品组合物递送至大气或无生命表面上。此类消费品组合物分配器可以各种方式来配置。例如，消费品组合物分配器可被配置为通电分配器(即，由电力供电；或者由化学反应供电，诸如催化剂燃料系统；或者由太阳能供电；等等)。示例性的通电消费品组合物分配器包括动力递送辅助装置，其可包括加热元件、压电元件、热喷墨元件、风扇组件、用空气泵进行冷空气扩散以雾化、自动喷雾器、自动气溶胶、氢燃料电池等。更具体地讲，消费品组合物分配器可以是电壁装式消费品组合物分配器，电壁装式消费品组合物分配器的非限制性示例描述于U.S.7,223,361中；具有加热和/或风扇元件的电池(包括可再充电电池)供电的消费品组合物分配器。在通电装置中，消费品组合物分配器可被放置在动力递送辅助装置旁边以扩散挥发性物质。挥发性物质可配制成用递送辅助装置最佳地扩散。示例性的消费品组合物分配器包括空气清新分配器。

消费品组合物分配器可被构造为非通电分配器。示例性的非通电消费品组合物分配器包括贮存器以及选用地毛细管、芯吸装置或发散表面，以帮助挥发性物质被动地扩散到空气中(即，没有通电装置)。消费品组合物分配器的更具体示例包括具有用于容纳挥发性物质的液体贮存器和封闭液体贮存器的微孔隔膜的递送引擎，如公开于U.S.8,709,337和U.S.8,931,711中。

消费品组合物分配器104也可被配置为用作气溶胶喷雾器或非气溶胶喷雾器。消费品组合物分配器104可被编程为将消费品组合物自动递送到大气。喷雾器可由用户手动操作或可通过机电装置自动操作。

空气净化装置可利用电离、过滤、等离子体、UV光(例如，UVC、UVA、UVB)催化涂层、金属氧化物涂层和/或羟基自由基技术，以用于单个房间或小空间(例如，卧室、浴室、汽车等)，和/或全屋中央空调/加热系统(例如，HVAC)。在进行空气净化以对空气进行消毒的情况下，空气净化装置可分配颗粒，诸如过氧化氢、乙二醇、三甘醇、羟基自由基、次氯酸、精油、臭氧、季胺、带正电和/或带负电的离子或其他活性物质的汽化或雾化液滴，以对空气进行消毒或杀菌。空气净化装置还可以是浴室或厨房区域中的通风装置，其期望排出该房间中的空气(即，浴室排气装置或在炉灶上方的厨房排风罩以通风换气)。

消费品(包括消费品组合物分配器和/或空气净化装置)还可被构造为移动机器人，其去往传感器正在读取设定点之外的一种或多种目标气体的地方，并且可使用一种或多种可用技术来提高或降低传感器位置处的目标气体浓度。例如，移动机器人可在传感器检测到目标气体的高水平或低水平的位置利用空气清新、空气净化和/或空气消毒技术。

系统可包括一个或多个消费品。系统可包括可移动到房屋或建筑物内不同房间的消费品阵列。而且，房屋或建筑物可包括位于同一房间或不同房间中的一个或多个消费品组合物分配器。

消费品组合物分配器能够容纳多于一种消费品组合物并使其保持分离，包括至少两种不同的消费品组合物，或至少两种不同的消费品组合物，或至少三种消费品组合物。

消费品组合物可以是空气清新组合物，包括香料组合物和/或恶臭控制组合物。消费品组合物可包括驱虫剂。消费品组合物可包括杀生物剂。

消费品组合物可包含挥发性物质。示例性挥发性物质包括香料物质、挥发性染料、用作杀昆虫剂的物质、用于调理、改善或以其他方式改善环境的精油或物质(例如，辅助睡眠、唤醒、呼吸健康等调理)，除臭剂或恶臭控制组合物(例如，气味中和物质，诸如活性醛(如U.S.2005/0124512中公开的)，气味阻挡物质、气味掩蔽物质、或感觉改善物质，诸如紫罗酮(如U.S.2005/0124512中所公开的))。

消费品组合物可包括香料原料的香料混合物，以在空气中提供期望的香味。消费品组合物包括挥发性醛的混合物，它们被设计为递送真正的恶臭中和作用，(而不仅仅是通过掩盖或遮蔽气味来起作用)。真实的恶臭中和作用提供可感知并且可分析测定(例如气相色谱)的恶臭减弱效果。因此，如果消费品组合物递送真正的恶臭中和作用，则该消费品组合物将减少气相和/或液相中的恶臭。消费品组合物可包含经由化学反应中和气相和/或液相中恶臭的挥发性醛的混合物。这样的挥发性醛还被称为反应性醛。依据席夫碱形成途径，挥发性醛可与基于胺的气味反应。挥发性醛还可与基于硫的气味反应，在气相和/或液相中形成硫醇缩醛、硫半缩醛和硫羟酸酯。

消费品组合物可包括各种其他成分，包括但不限于：表面活性剂；酸催化剂；聚合物；缓冲剂；增溶剂；抗微生物化合物；防腐剂；润湿剂；水性载体；稀释剂；等；以及它们的组合。

中央通信单元

CCU 102可以各种不同方式来配置。CCU 102可被配置为从系统100的一个或多个部件接收输入信号并向系统100的一个或多个部件(例如系统中的消费品和/或智能装置)发送输出指令。

参考图5，CCU 102可使用无线通信链路107与包括传感器106、用户界面108、消费品104的系统100的各种部件能够通信地连接。可使用各种无线通信链路，包括802.11(Wi-Fi)、802.15.4(ZigBee、6LoWPAN、Thread、JennetIP)、蓝牙、它们的组合等等。连接可能通过自组织网状网络协议而进行。CCU 102可包括无线通信模块116，以便与CCU 102和系统的各种部件建立无线通信链路107。可利用本领域中已知的用于建立通信链路的任何模块。

CCU 102可包括处理器122。处理器122可被配置和编程为执行和/或导致被执行在本文描述的系统100的一个或多个有利功能。处理器122可物理地设置在CCU 102内、或者可远程地位于计算机、专用计算机、诸如电话或平板计算机等智能装置、服务器、内联网、边界路由器、基于云的系统等、或者它们的组合。处理器122可执行被存储在本地存储器中的算法；被存储在专用处理器或专用集成电路的算法；由中央服务器或基于云的系统远程诸如通过运行Java虚拟机来执行或管理的算法，该Java虚拟机使用异步JavaScript和XML或类似协议执行从云服务器提供的指令。算法可以有规律地重复，诸如以特定的时间间隔重复。该算法可以每小时、每天、每周等重复，并且可被配置为在一天的不同时间或一周的不同天按不同的时间表进行操作。根据用户是否存在于空间中，可使用不同的算法。

CCU 102可包括存储器124。存储器可被配置为存储设定点；输入信号，诸如传感器测量值和状态指示物；算法；等等。存储器可为CCU 102内的本地存储器，诸如闪存驱动器、硬盘驱动器、只读存储器或随机存取存储器。或者，存储器可被配置为计算机上、智能装置诸如电话或平板计算机上、服务器上或基于云的系统上的远程存储器。存储器124可以各种方式被处理器122存取。

CCU 102的处理器和/或存储器可被设置在CCU 102的外壳内。CCU 102可与系统100的各种部件连接或分离。例如，CCU 102可与消费品物理地连接。例如，CCU 102可永久地定位在建筑物中与其他部件诸如例如智能装置和/或消费品104分开的房间或位置。CCU102可被配置为智能恒温器。智能电话或平板电脑可用作CCU。CCU可与计算机、智能电话或平板电脑能够通信地连接。

CCU可包括时钟或者可与时钟无线通信。CCU可与计算机、智能装置或因特网上的时钟能够通信地连接。

图5示出了具有被设置在外壳128内的处理器122和存储器124的示例性CCU 102。图5中所示的CCU 102可被设置在消费品104或智能装置109之上或之内。虽然图5示出了被设置在外壳128内的处理器122和存储器124，但应当理解，处理器122和/或存储器124可相对于CCU 102远程定位。

输入信号可通过CCU单元，该CCU单元包括将输入信号发射到远程存储器的发射器。输入信号也可由与发送信号的部件无线通信的部件直接接收。

图6示出了从系统100的各种部件到远程存储器的输入信号的多个示例性流。输入信号可通过无线通信链路从传感器106、消费品104、智能装置109或各种其他部件直接流至计算机或智能装置，或通过CCU的发射器流至远程存储器。处理器122可存取来自存储器124的输入信号。处理器122可通过有线或无线通信链路存取存储器124。

处理器122可被配置为将输入信号与存储在存储器124中的设定点进行比较。处理器能够从存储器124中检索所存储的设定点以进行比较。

该系统可包括用户反馈回路，以帮助用户选择适当的设定点。例如，用户可能不了解特定目标气体的适当水平应该是多少。用户界面或CCU可允许用户回答问题或从关于用户期望的关注点的不同提示中进行选择。示例性的问题或提示可涉及用户对气味强度的偏好、用户可能对特定气味具有的敏感度的识别和量化、用户可能期望空气中具有特定气味或增加空气净化的一天中的时间或活动。基于来自用户的响应，CCU可选择具体的设定点或者可诸如通过机器学习来改变设定点。用户反馈回路允许用户修改设定点，并且可响应于来自用户的设定点修改而调整消费品的后续操作。

消费者反馈回路可在操作开始之前发生，以帮助算法选择，和/或在操作期间发生，以检查设定点是否仍满足消费者的需要或关注。

如上所述，CCU可被配置为响应于来自传感器106的输入信号而运行操作一个或多个消费品104的各种算法。图7示出了可由CCU 102使用，以基于来自传感器106的输入信号来控制消费品104和/或智能装置109的示例性算法。传感器可被配置为用于一种或多种感兴趣的目标气体。如果传感器检测到目标气体，则传感器106可识别目标气体和目标气体的浓度，并将这些细节作为输入信号发送到CCU。

继续参考图7，在由用户选择或由处理器基于来自用户的反馈选择的示例性算法中，处理器122可被配置为将来自传感器106的关于特定目标气体的输入信号与存储在存储器124中的目标气体的设定点进行比较。如果发送到CCU 102的输入信号的值不同于存储在存储器124中的目标气体浓度或浓度范围设定点，则处理器122向由CCU识别为能够降低或提高特定目标气体的水平的特定消费品104或智能装置109发送输出指令。CCU可向所选择的消费品104发送输出指令，以根据期望的结果和具体消费品104的效用来开启或关闭消费品104。如果来自传感器106的输入信号的值等于或基本上等于该具体目标气体的设定点浓度，则处理器122将向消费品或智能装置发送输出指令以开启或关闭，或者将向消费品104发送输出指令以改变消费品的操作设定，诸如流速、强度等。诸如所描述的算法可根据设定时间表(诸如每小时、每天、每周等)重复，并且可被配置为在一天的不同时间或一周的不同天根据不同的时间表操作，并且/或者可在用户存在或不存在于空间内时进行不同的操作。

“基本上等于”可包括设定点与由传感器测量的浓度之间的可接受的公差，其可被编程到算法中。这样，基本上等于设定点的传感器浓度测量值可被处理器视为等于设定点。

存储器124可被配置为存储多个设定点。例如，对于不同时间、一天的多个时间段可能有不同的设定点，并且一周中的不同日期可能有不同的设定点。CCU可使用时钟，以确定哪个设定点用于一天中的特定时间和/或一周中的某一天。

设定点可以是感兴趣的特定目标气体的期望的或可接受的浓度或浓度范围。存储器可存储用于一种或多种感兴趣的目标气体的设定点，并且一个或多个传感器可用于同时识别和测量多种感兴趣的目标气体。

算法可被编程为向传感器发送输出信号，以在一天中的具体时间或以一天中的设定时间间隔进行传感器测量。

CCU可被配置为使用来自位于房屋或建筑物内的不同传感器的传感器测量值。可在一天中的不同时间和/或一周中的不同天使用不同的传感器，或者不同的传感器可同时进行测量。

设定点可用于控制何时开启消费品以及开启多长时间。具体消费品可被开启的持续时间可在约5分钟至约60分钟的范围内，或在约10分钟至约30分钟的范围内。例如，设定点可被配置为消费品开启之后的预定持续时间，使得消费品可在预编程的持续时间被关闭。

当从传感器接收到目标气体在设定点之外的输入信号时，CCU可被配置为向用户提供建议的措施。例如，CCU可识别与系统连接的消费品的类型，或者用户可向CCU指示用户可处置的消费品列表。基于该消费品列表，CCU可提醒用户可能有助于减少或增加特定目标气体的特定消费品。CCU可自动地向一个或多个无线连接的消费品发送输出指令，和/或可向用户发送关于用户对一个或多个识别的消费品的建议手动操作的通知或指令。CCU还可以向用户发送打开窗户或增加家中通风的输出指令。

CCU可被配置为恒温器，诸如图2中所示的恒温器。恒温器可包括处理器或存储器，或者恒温器可与远程处理器和/或存储器通信。恒温器可包括用户界面。恒温器可以是学习型恒温器、/>恒温器等。处理器可基于用户对目标气体浓度的偏好用算法计算最佳设定点。

机器学习算法可在一天中的不同时间和/或一周中的几天学习用户优选设定点，并且/或者可用于对例如更节能算法进行编程。示例性学习系统用于学习型恒温器。一种示例性学习系统也描述于美国专利9,115,908中。然后处理器将最佳设定点发射至存储器，然后存储器存储该设定点。机器学习算法可用于通过用户反馈和/或校准对传感器测量值的漂移和背景水平进行调整和校准，以提高目标气体的灵敏度和选择性。

系统中的装置(包括消费品、传感器和智能装置)可通过CCU彼此交互，使得由一个装置检测到的事件可能会影响另一个装置的操作或者一个装置的当前状态可能会影响另一个装置的操作。

用户界面

本发明的系统和方法可包括一个或多个用户界面108。用户界面108可以各种不同的形式来配置。用户可与用户界面108交互以调整设定点以及通过CCU 102连接传感器106以在用户界面上查看实时传感器数据。为了在用户界面108上进行远程监视，CCU 102还可连接到因特网或内联网，并且将诸如传感器测量值和设定点信息传递到服务器。用户界面可以与CCU是一体的或者可以是独立的。一个或多个用户界面可与系统连接。

图8示出了具有多于一个用户界面的示例性系统。在图8中，第一用户界面与CCU连接并且第二用户界面是远程用户界面。远程用户界面可为计算机或手持式智能装置的形式。

在CCU被配置为恒温器的情况下，恒温器可包括用户可通过例如按压按钮或转动拨盘来调整温度设定点的用户界面。

用户界面可被配置为用户可通过计算机或手持式智能装置存取的程序、HTML网站或本机应用程序。手持式智能装置可能包括或者基于/>或的系统。用户界面可在诸如桌上型计算机、膝上型计算机或平板计算机等计算机上存取。

CCU、传感器和/或用户界面可包括指示灯或一系列指示灯，以提醒用户传感器中的一个或多个测量到设定点之外的目标气体浓度。用户可通过选择和使用消费品来对指示灯作出响应，以减少或增加目标气体。

本发明的系统可包括手持智能装置或者包括CCU 102的计算机，该CCU 102包括处理器122、存储器124和/或用户界面108。

实施例

材料和方法

纯化的HiPco购自Nanointegris并在引入手套箱之前在500℃和高真空(10^-6mbar)下脱气10h。钠(99.95％锭)、DMAc(无水99.8％)、萘(99％)、对二碘苯(99％)和2,5-二溴苯胺(97％)购自Sigma Aldrich Ltd.(英国)。乙醇(96％)和丙酮(99.8％)购自VWR Ltd.(美国)。干燥空气(O₂/N₂ 20/80v/v)购自BOC。还原溶解和气凝胶膜沉积在手套箱中在惰性条件下进行(mBraun，O₂<0.1ppm，H₂O<0.1ppm)。

测量

使用METTLER Toledo TGA-DSC 1在N₂气氛下进行TGA。将样品在60mL/min的N₂流下在100℃下保持30min，然后以10℃/min升温至800℃。XPS光谱仪配备有MXR3 Al Kα单色X射线源(hν＝1486.6eV)。X射线枪功率设定为72W(6mA和12kV)。使用FG03泛射枪，使用低能电子和离子泛射源的组合实现电荷补偿。使用标准EX06氩离子源，使用500V加速电压和1μA离子枪电流进行样品的氩蚀刻。使用200eV通过能量、1eV步长和100ms(50ms×2次扫描)停留时间获得全谱扫描。使用20eV通过能量、0.1eV步长和1秒(50ms×20次扫描＝1000ms)停留时间获得所有高分辨率光谱(C1s和O1s)。通过将样品压在双面粘性碳基带上制备样品。XPS光谱测量期间的压力为≤1×10-8mbar。用Thermo Alvage软件进行数据解释。使用CasaXPS软件(版本2.3.16)处理数据。使用Shirley或两点线性背景类型减去基线后进行定量分析。使用GL(30)线形对峰进行拟合；高斯(70％)和洛伦兹(30％)的组合。通过参考C1s信号284.5eV中C-C类石墨碳的拟合贡献，对所有XPS光谱进行电荷校正。

拉曼光谱用Renishaw InVia拉曼光谱仪和532nm激光器进行，具有1800线/mm光栅。通过比较来自多个光谱的D带和G带的相对强度进行统计D/G测量，所述多个光谱具有面积>100μm×100μm的图。在Zeiss Gemini Sigma300上在10keV的加速电压下进行扫描电子显微术(SEM)。将样品粘附到具有碳片的铝短柱上，并使膜与银漆接触。使用纳米传感器轻敲模式探针，在具有AFM控制器(NanoMagnetics Instruments，UK)的hpAFM上以动态模式进行原子力显微术(AFM)。用NMI图像分析仪(v1.4，NanoMagnetics Instruments)处理显微照片，利用内置高度和线校正功能以及疤痕去除功能。

实施例1-交联和沉积

还原溶解和交联

在典型的合成中，通过将等摩尔量的钠锭(30mg，1.30mmol)和萘(167mg)添加到DMAc(15.0mL)中来制备本体溶液，使钠浓度为2mg_Na mL_DMAc ^-1。将深绿色溶液搅拌18h。然后将萘钠溶液(2.24mL，2.24mmol_Na)添加到脱气的SWCNT粉末(40mg)中，使钠:碳化学计量为1:10。然后用附加的DMAc稀释该溶液，得到1.8mg_SWCNT mL_DMAc ^-1的浓度和15mM的最佳[Na]。在使用前用玻璃搅拌棒将溶液搅拌过夜，得到均匀溶液。

共轭连接体前体合成

根据Fracaroli,A.M.等人Metal-organic frameworks with preciselydesigned interior for carbon dioxide capture in the presence ofwater.J.Am.Chem.Soc.136,8863–8866(2014)来合成BocDBA。该程序根据Fracaroli等人改编而成。简言之，通过用氮气鼓泡将四氢呋喃(THF)(20mL)脱气，然后添加1,5-二溴苯胺(2.00g，8.0mmol)、4-二甲基氨基吡啶(98mg，0.8mmol)和二碳酸二叔丁基酯(5.2g，24mmol)。将反应混合物在40℃下搅拌5小时。在真空中除去THF，然后添加MeCN(80mL)和LiBr(2.14g，24.6mmol)。将悬浮液在65℃下搅拌18h，然后冷却至室温并蒸发至干。将粗产物溶解在DCM中并通过快速二氧化硅柱色谱纯化，用20:1的己烷:AcOEt洗脱，得到为浅黄色固体的产物(2.81g，35％)。¹H NMR(400MHz,CDCl₃),[ppm]:1.54(s,9H),6.99(br s,1H),7.02(dd,J＝8.5,2.4Hz,1H),7.34(d,J＝8.5Hz,1H),8.40(d,J＝2.4Hz,1H)

气凝胶膜沉积

将玻璃显微镜载玻片切成正方形并浸没在piranha溶液(25:75的H₂O₂(30％):H₂SO₄(94％))中20分钟，然后用HPLC水冲洗3次。将基底在真空下干燥，然后将过量的3-碘丙基-三甲氧基硅烷滴铸到顶表面上。30min后，用DMAc冲洗掉残留的硅烷，然后在真空下干燥。

气凝胶膜：将碳纳米管化物(1.8mg_SWCNT mL_DMAc ^-1)(150μL)添加到小瓶中，并将等摩尔量(交联剂：Na)的交联剂以溶液形式添加到纳米管化物中。然后将12μL这种胶凝化纳米管化物迅速滴铸到预先硅烷化的玻璃基底上，在DMAc饱和气氛中保持24小时。然后使膜经历一系列溶剂交换(MeOH、MeOH/HCl(0.1M)、异丙醇/H₂O)，接着用丙酮交换24小时，之后用液体CO₂进行超临界干燥。图9(a)。

所得的半透明薄膜的UV-Vis光谱显示出显著的Van Hove奇异峰(图9(c))，其对应于M₁₁和S₂₂跃迁。这些吸收带揭示了个体化SWCNT和小直径束的存在，其在临界点干燥后保持固态。该膜是低密度的，测得的厚度为240nm(图9(d,e))，同时保持35％的透明度。

交联碳纳米管网络官能化和表征

气凝胶膜的制备使用对二碘苯(DIB)，以提供没有功能性结合位点的网络，并使用Boc保护的2,5-二溴苯胺(BocDBA)，以提供胺结合位点。统计拉曼光谱(SRS)显示，当与非交联膜和原始SWCNT材料两者比较时，两种官能化膜的缺陷诱导模式的相对强度(约1350cm^-1)增大，表明共价接枝到SWCNT。对于DIB，观察到比BocDBA更高强度的缺陷模式，这归因于芳基碘与纳米管化物的更高反应性。在每种情况下，D带增加相对较小，特别是对于非交联气凝胶膜，这表明还原溶解途径通常对sp²晶格无破坏性。X射线光电子能谱(XPS)揭示了在p-DIB和BocDBA交联膜中分别有少量残留的碘和溴，表明是单接枝物质。苯胺交联网络含有0.84％的氮原子，估计每90个SWCNT碳原子上有1个接枝单元。每个膜的氧含量少量增加表明在气凝胶膜合成期间添加了氧官能团，氧气放电步骤是可能的贡献因素。交联剂接枝的进一步证据由以整体形式产生的交联网络的热重量分析(TGA)提供(图10(b))。对于苯基交联网络和苯胺交联网络分别观察到19％和14％的较大质量损失，这增强了来自TGA的证据，即p-DIB接枝的产率高于BocDBA。对于非交联对照样品，仅观察到适度的质量损失，表明孤立的还原溶解不会引入许多附加官能团。

微结构

-X射线光电子能谱(XPS)

SWCNT样品的XPS具有大的C1s峰(285eV)、较小的O1s峰(532eV)和对应于表面官能化的另外的峰(图11)。C1s扫描显示样品主要由sp2杂化碳组成，如SWCNT膜所预期的那样。苯胺连接的网络在400eV处具有强N1s峰，等于1.8at.(％)氮原子，估计每53个SWCNT碳原子有1个接枝交联体，并确认样品中存在结合位点。交联膜的XPS显示在p-DIB和BocDBA官能化膜中分别有少量残留的碘和溴，表明样品中存在少量单接枝物质。

-N2等温线/BET

N2孔隙率测定法显示交联的气凝胶大块整体是具有特征性IV型等温线的介孔材料，其通过吸附-解吸滞后来区分(图12)。HiPco起始材料表现出443m2/g的BET比表面积(SSA)，其显著小于闭合SWCNT的理论极限1315m2/g，反映了通过SEM观察到的材料的高度成束状态。对于未交联的大块整体，记录了657m2/g的SSA，活性表面比原始SWCNT显著增加，强调了还原溶解途径在剥离束和保留开放网络方面的功效。苯胺交联的网络具有747m2/g的BET比表面积(SSA)，而苯基交联的气凝胶显示出956m2/g的较大SSA。两种交联网络都显示出比非交联气凝胶更大的活性表面，重申了交联步骤在保持开放微结构方面的重要性。当与苯胺网络相比时，苯基网络的较大SSA反映了所观察到的较高交联产率。添加的结构连接将SWCNT框架固定在限定的位置，从而防止塌陷并改善SSA，这加强了用SEM对改变的微结构进行的观察。交联气凝胶的孔径分布再次显示网络主要包括介孔。

交联气凝胶整体的N₂吸附等温线显示苯基交联网络的介孔材料具有956±2m²/g的比表面积(SSA)(图12(c))。这说明由于存在将SWCNT框架固定在限定位置的结构交联，所以比表面积比非交联对照物有所增加。在两个交联样品之间观察到的差异归因于接枝到SWCNT侧壁上的交联数量更大。在高放大倍数下，气凝胶薄膜的扫描电子显微镜(SEM)显示小直径束的高度互连的无规网络(图13(c-e))。在两种交联的情况下，观察到精细均匀的孔结构，而在不存在交联剂的情况下，观察到较粗的网络，具有较大程度的明显的重新成束，这也反映在SSA中。在交联网络的平均孔径为约5nm的情况下，获得高表面积，同时保持足够的间距以使气体在整个结构中有效扩散。表1中提供了每种交联网络以及非交联对照物和脱气起始材料的表征数据汇总。

表1.脱气的HiPco和还原合成的气凝胶的表征数据

实施例2-逐层沉积方法

材料和方法

纯化的HiPco购自Nanointegris并在引入手套箱之前在500℃和高真空(10^-6mbar)下脱气10h。钠(99.95％锭)、DMAc(无水99.8％)、萘(99％)和对二碘苯(99％)购自SigmaAldrich Ltd.(英国)。异丙醇和去离子水购自VWR Ltd.(美国)。干燥空气(O₂/N₂ 20/80v/v)购自BOC。还原溶解和分子纳米层沉积在手套箱中在惰性条件下进行(mBraun，O₂<0.1ppm，H₂O<0.1ppm)。所有反应均在室温下进行，并在硅晶片上沉积用于拉曼光谱的多层膜。

还原溶解

通过将等摩尔量的钠锭(30mg，1.30mmol)和萘(167mg)添加到DMAc(15.0mL)中来制备本体“纳米管化物”溶液，使钠浓度为2mg_Na mL_DMAc ^-1。将深绿色溶液搅拌18h。然后将萘钠溶液(2.24mL，2.24mmol_Na)添加到脱气的SWCNT粉末(40mg)中，使钠:碳化学计量为1:10。然后用附加的DMAc稀释该溶液，得到1.8mg_SWCNT mL_DMAc ^-1的浓度和15mM的最佳[Na]。在使用前用玻璃搅拌棒将溶液搅拌过夜，得到均匀溶液。

分子纳米层沉积

进一步用DMAc稀释还原的SWCNT，得到0.2mg mL^-1的质量负载。通过将200μL稀释的SWCNT旋涂到已经用3-碘丙基三甲氧基硅烷硅烷化的玻璃基底上来沉积第一层。然后将基底浸没在交联剂p-DIB的15mg mL^-1溶液中10分钟，随后再浸没在纯DMAc中5分钟。将基底浸没在纳米管化物浴中10分钟，随后再次用纯DMAc浸没5分钟，完成单个交联循环。对SWCNT和交联剂的每个后续层重复4个单独的浸没。然后将多层膜从手套箱中取出，并用干燥氧气(20:80的O₂:N₂ v:v)淬灭残余电荷。最后，用去离子水和异丙醇洗涤膜，然后在氮气流下干燥。

微结构

多层膜的氦离子显微术显示具有高度个体化的SWCNT物质和小束的多孔网络。个体化程度高反映了还原剥离途径在分离较大的束方面高度有效。图14a示出了SWCNT的初始层，并且在大多数区域中，膜看起来由单个纳米管或非常少量的堆叠SWCNT组成。在添加第二层之后，在不存在交联剂的情况下(图14b)，看起来附加SWCNT存在于第一层顶部，但纳米管的绝对覆盖度基本上未改变。相反地，交联膜(图14c)显示出向第二层添加了更多的SWCNT并且碳材料密度大得多。当使用交联层时，沉积的材料的量增加，表明共价接枝控制沉积，并且需要将大量SWCNT锚定到膜上。

通过将显微照片阈值化为黑白像素(图15)，可确定与基底背景相比SWCNT的总覆盖度，从而提供关于存在于第二层中的SWCNT的量的指示。单层的SWCNT覆盖度(C_SWCNT)被确定为1.35，而在没有交联剂的情况下添加第二层时仅计算得到1.44的略微更高的覆盖度。交联的膜得到1.81的C_SWCNT，表明当存在可用于接枝到引入层的碘基团时沉积了多得多的材料。

用原子力显微镜(AFM)确定初始SWCNT层的厚度，然后确定后续层的厚度(图16)。与HIM一样，AFM显示具有单个SWCNT和小直径束的高度互连网络。通过旋涂沉积的第一层具有4nm至6nm的厚度，粗糙度为1.6nm。在添加第2层后，交联和非交联膜的厚度均增加至6nm至9nm，但与交联膜的2.1nm粗糙度相比，在不存在交联层的情况下观察到2.9nm的较大粗糙度。假设这是由于与交联剂发生了接枝反应，将SWCNT拉入膜的平面中，从而降低了粗糙度。同时非交联膜具有更多位于平面外的材料，从而增加了粗糙度。在添加第二层时厚度增加2nm至3nm，表明在碳-卤键被耗尽和反应终止之前添加了单层SWCNT。

UV-Vis光谱

为了加强交联反应控制沉积的论据，进行了UV-可见光谱法(图17)。在膜中观察到明显的Van Hove奇异带，这再次反映了通过显微镜观察到的高度个体化。这些离散能级的存在通常在溶液中观察到，然而它们在固态中的存在表明分子层沉积阻止了显著的重新成束。SWCNT膜在550nm处的透射率提供了膜中所存在的材料量的良好指示。与未交联的膜相比，对于交联的双层观察到透射率的较大降低，再次证实了交联在控制沉积中的作用。对于每个随后的层，观察到透射率的线性下降，最多总共10层，证明了对膜厚度和透明度可获得的控制程度(图17b,c)。

拉曼光谱

通过拉曼光谱进一步探测MND的性质，拉曼光谱是测量振动模式的技术，允许确定存在于结构中的键的类型。出现在1300cm^-1处的缺陷诱导模式是sp²碳晶格损坏的指示，并且该峰与出现在1600cm^-1附近的石墨峰的比率(I_D/I_G ⁺)用于确定侧壁官能化的程度。当平均I_D/I_G ⁺从0.11±0.015移动到0.17±0.016时，统计拉曼光谱证实第一SWCNT层被交联试剂官能化(图18b)。交联双层显示具有比单官能化SWCNT层更小的D带，表明已经沉积了附加的SWCNT材料。0.13±0.010的I_D/I_G ⁺大于对单层所观察到的比率，表明与第一层的残余卤化物基团发生了反应。

本文报告了一种利用还原交联化学进行高度互连的交联SWCNT膜的逐层分子纳米层沉积(MND)的方法。一层层地组装膜提供了一种获得具有高度可调节的跨功能(诸如电导率、透光率和厚度)的分级结构的途径。还原溶解产生高度个体化物质的溶液，其可通过与亲电体交联而组装成多层膜。已经用AFM、HIM、UV-Vis和拉曼光谱的组合来表征沉积过程，揭示了与交联剂的共价反应可驱动SWCNT的沉积。逐层方法可提供对膜特性的非常严格的控制，其中厚度和透明度取决于层数。此外，室温反应条件和简单的浴浸涂方法有利于沉积的潜在按比例扩大。所展示的方法可应用于从光伏器件、传感器和催化剂到导电油墨和涂料的一系列潜在应用的薄膜。

实施例3-气体感测

气体感测测量

将SWCNT样品置于定制的流动池中，并在暴露于各种气体分析物的同时使用4线测量记录电阻(Keysight4410A DMM)。在经重新调节的KinTek H₂O Span Pac中，由渗透管和扩散管与氮气载气生成气体混合物。

通过在氮气流下加热至100℃将传感器调零。测量时，依次暴露于分析物6分钟，然后暴露于纯载气6分钟。通过控制渗透装置的温度和稀释气体流速来调节分析物浓度。

对胺的分析响应

通过使SWCNT表面与源极和漏极接触探针接触，将气凝胶膜塑造成化学电阻器气体传感器的有源部件。将不同浓度的气体分析物(从低至十亿分之几(ppb)至百万分之几(ppm)的范围内)在干燥的氮气载气中输送到传感器。苯基交联的网络表现出对有气味的胺、氨、N,N-二甲基乙基胺(DMEA)和三乙胺(TEA)的高敏感性(图19)。对于非交联和苯基交联的网络，检测到氨的浓度低至0.1ppm。DMEA和TMEA两者分别引起从55ppm降至4.5ppm和从32ppm降至2ppm的强烈响应。苯基交联不包含会显著有助于分析物结合的官能团，因此信号转导是由胺吸附到SWCNT表面引起的。电阻增大的趋势由SWCNT的电子结构进行解释，其中胺的表面吸附导致电子向SWCNT网络的一部分电荷转移。这降低了空穴(p型网络中的多数电荷载流子)的可用性，从而限制了导电性。观察到非常高的灵敏度，这可归因于还原性剥离和随后交联的SWCNT，从而为胺吸附提供了大表面。

非交联网络仍然表现出良好的性能，条件是它们仍然经历相同的个体化过程，然而装置灵敏度仍明显低于使用交联剂防止重新成束的情况。更个体化的传感器网络的灵敏度增强的另一个原因可能是CNT结的数量更大。在高导电性网络中，导电性在管-管结处受到限制，因此扰动这些位点处的电子结构将产生更显著的响应。更大程度的重新成束将导致管内感测响应成为主导效应，而在更剥离的交联网络中，管间效应更普遍。

感测挥发性酸

对具有VOC、乙酸和异戊酸的气凝胶膜的气体感测行为进行了进一步研究。使用与苯胺桥交联的网络，尝试使用游离胺位点增加对酸分子的结合亲和力，并将结合事件定位于管结处，从而增加管间感测机制的优势。在合成中使用Boc保护的苯胺，以有利于C-Br与带电荷的SWCNT表面之间的接枝，从而防止在含氮基团处的不希望的副反应。用XPS检测到游离胺(表1)，表明样品中存在选择性结合位点。当暴露于乙酸时，观察到强信号，从1ppm直至16ppm(图20(a))和在0.15ppm至2.4ppm的较低浓度范围内均观察到显著的线性电阻变化。导电性的增加与暴露于胺分子时所观察到的效果形成对比，这有利于解释发生从SWCNT到吸附的吸电子酸的电荷转移。电子密度的降低增加了网络中的空穴导电性，从而引起较低电阻形式的响应。当与不含苯胺交联的气凝胶膜比较时，观察到灵敏度大幅增加。这种增加表明，由于游离胺结合位点与吸附的酸之间的互补相互作用，存在酸在网络上的额外吸附。另外，当乙酸分子在胺位点相互作用时，会存在来自共轭网络的电荷转移，这增加了掺杂效应，从而提供了更大的感测响应。通过将分析物结合位点定位在管间结处，单个结合事件可调节沿着整个渗滤路径的输运。假设与在不限制电输运的侧壁位置处的吸附相比，这种类型的结合引起更大的响应。尽管不含选择体部分的网络仍然对低ppm范围内的乙酸敏感，但灵敏度降低了2至3倍，这强调了胺官能团在响应中所起的关键作用。

用异戊酸(另一种低分子量羧酸)观察到类似的行为，其中可测量的电阻下降低至7ppb，并且线性响应覆盖高达110ppb的动态范围。不含苯胺连接体的对照网络直到暴露于28ppb才显示出显著的电阻变化，电阻变化％小于苯胺交联的样品。

苯胺交联的气凝胶膜传感器是可重复的，稳定的时间超过6个月。对于两种酸性分析物观察到类似的行为，表明分子与SWCNT网络之间的界面是相同的，指向来自羧基基团的电荷转移。通过外推乙酸响应的动态范围，检测极限似乎与异戊酸处于相同的区域。检测极限达到人嗅觉系统的7ppb，嗅觉系统经过数千年的进化，对这种有害的恶臭化合物极其敏感。通过增强对酸分子的敏感性，为感测材料赋予了一定程度的选择性。

两种类型的气凝胶薄膜传感器的全动态范围显示出在从低ppb直至ppm的大的浓度范围内对富电子和贫电子分析物的灵敏度(图19)。其显示了分析物浓度与所测量的每种分析物的测量电阻响应之间的线性关系，从而允许对真实样品中的气体进行定量。对于酸和胺分析物观察到的相反趋势指示了电荷转移机制。

通过环境压力光电子能谱(APS)确定气凝胶膜功函数，由此通过光电效应释放表面电子。光电发射开始的能量提供了功函数能量。

总之，独特的气凝胶薄膜沉积已经得到了证实，由此还原的碳纳米管(SWCNT)的溶液交联成三维网络。SWCNT气凝胶膜表现出高度的个体化，具有均匀的介孔结构。这些在活性材料中观察到的特性产生了在ppb范围内对一系列酸和胺气体敏感的化学传感器。用游离胺结合位点进行官能化提高了对酸化合物的敏感性，从而赋予对这类分子的一定程度的选择性。两类化合物的拉曼G峰位置的位移和电阻的相反变化表明信号转导依赖于来自所吸附的分析物分子的化学掺杂。通过改变交联基序，这种网络结构可应用于任何种类的分析物的选择性感测。高灵敏度加上易于选择体附接，意味着该技术可用于开发有效的固态气体传感器。

实施例4

MND气体感测

应用分子纳米层沉积(MND)方法，用BocDBA形成苯胺交联的多层膜。将苯胺交联的膜暴露于低浓度的乙酸蒸气，以评估该新结构在固态气体传感器中的效用。

6层MND膜显示出高灵敏度，当暴露于2.5ppm AcOH时引起1.3％的电阻变化(图22)。该装置在0.16ppm的低AcOH浓度下表现出0.18％的显著电阻响应，具有最小的信号噪声。电阻响应在所测量的浓度范围内是高度线性的。该装置的感测响应用于绘制线性范围，从而允许确定LoD。高灵敏度和低噪声导致理论检测极限达到10ppb，远远超过气味阈值。该响应也是高度可逆的，在纯氮气的六分钟循环后初始电阻几乎完全恢复。

本文所公开的作为范围端值的值不应被理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，每个数值范围均旨在表示所引用的值、所指定的范围内的任何整数、和所指定的范围内的任何范围。例如，被公开为“1到10”的范围旨在表示“1，2，3，4，5，6，7，8，9和10”。应当理解的是，在本说明书中给出的每一最大数值限定值将包括每一个较小的数值限定值，即如同该较小的数值限定值在本说明中也有表示。贯穿本说明书给出的每一最小数值限度将包括每一较高数值限度，如同此类较高数值限度在本文中明确写出。贯穿本说明书给出的每一数值范围将包括落在此类较宽数值范围内的每一较窄数值范围，如同此类较窄的数值范围全部在本文中明确写出。

本文所公开的作为范围端值的值不应被理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，每个数值范围均旨在表示所引用的值、所指定的范围内的任何整数、和所指定的范围内的任何范围。例如，被公开为“1到10”的范围旨在表示“1，2，3，4，5，6，7，8，9和10”。

本文所公开的量纲和值不应理解为严格限于所引用的精确数值。相反，除非另外指明，否则每个此类量纲旨在表示所述值以及围绕该值功能上等同的范围。例如，公开为“40mm”的量纲旨在表示“约40mm”。

除非明确排除或以其他方式限制，本文中引用的每一篇文献，包括任何交叉引用或相关专利或专利申请以及本申请对其要求优先权或其有益效果的任何专利申请或专利，均据此全文以引用方式并入本文。对任何文献的引用不是对其作为与本发明的任何所公开或本文受权利要求书保护的现有技术的认可，或不是对其自身或与任何一个或多个参考文献的组合提出、建议或公开任何此类发明的认可。此外，当本发明中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中相同术语的任何含义或定义矛盾时，应当服从在本发明中赋予该术语的含义或定义。

虽然已举例说明和描述了本发明的具体实施方案，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明实质和范围的情况下可作出多个其他改变和变型。因此，本文旨在于所附权利要求中涵盖属于本发明范围内的所有此类变化和修改。

Claims

1.一种用于利用消费品的系统，所述系统包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述消费品通过无线通信链路与所述中央通信能够通信地连接，其中所述算法使用从所述传感器发送到所述中央通信单元的输入信号来控制所述消费品。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述消费品选自：空气清新装置、空气净化装置、牙刷、剃刀、尿布、女性护理产品、清洁工具以及它们的组合。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述多个碳纳米管是单壁碳纳米管。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述多个碳纳米管以一系列平行层连接，任选地其中所述交联碳纳米管的面内电导率大于全厚度电导率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述连接体是具有结构*-A-*的部分的共轭连接体，其中A是包含一个或多个芳基或杂芳基环的二价共轭体系，并且*是与所述碳纳米管的附接点。

7.根据权利要求6所述的系统，其中A是：

其中

每个环B独立地为任选取代的芳基或杂芳基；

环C为任选取代的卟啉环；

n为1至5的整数；并且

*表示与每个X的附接点；

任选地其中每个环B能够独立地为

和/或

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述一个或多个芳基或杂芳基环被C₁-C₂₀烷基、氨基(包括烷基氨基和二烷基氨基)、羧酸、氨基-C₁-C₆烷基、C₁-C₆烷基-COOH和-NHC(S)(NH₂)中的一者或多者取代，或者被包含贵金属纳米颗粒、卟啉、杯[4]芳烃或冠醚的取代基取代。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述连接体是具有以下结构的部分的共轭连接体：

其中M为Zn、Cu、Ni或Co。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述连接体是具有结构*-Y-*的部分的刚性连接体，其中Y是多价刚性体系，并且*是与所述碳纳米管的附接点。

11.根据权利要求10所述的系统，其中Y包含环烷基基团或多八面体倍半硅氧烷。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述多个碳纳米管形成膜，其中所述膜设置在基底上。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述膜具有约1nm至约500nm的厚度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述无线通信链路选自：Wi-Fi；蓝牙；ZigBee、6LoWPAN、线程、网状网络或它们的组合。

15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还包括附加传感器，所述附加传感器测量温度、相对湿度、室内空气质量、室外空气质量、噪声、人的存在、运动、房间中的空气流速、空气中的颗粒浓度、过敏原和/或其他空气传播实体。