專利名稱：碳管組合結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳管，特別是一種可以用來制備二維及三維的碳管組合結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
碳管在相關(guān)領(lǐng)域上有許多應(yīng)用性。一般應(yīng)用于醫(yī)藥研究、半導(dǎo)體、及微電子組件上。在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)已有不少已知的制備碳管的方法，包括碳電極電弧放電法、激光濺射法、凝態(tài)電解法、及催化裂解碳?xì)浠衔锸蛊渖蚍e在不同的物質(zhì)表面上如多孔氧化鋁膜、細(xì)金屬粉末及圖案化的鈷薄層之上。
碳管的重要功能之一是允許反應(yīng)物流經(jīng)它的孔洞，而碳管孔洞的內(nèi)部表面特性可以進(jìn)行化學(xué)處理來改變它。經(jīng)化學(xué)處理后，可使孔洞內(nèi)部的表面具有所想要的化學(xué)活性，以便選擇性的分離或萃取所想要的化合物。此外，亦可在孔洞的內(nèi)部表面嵌入特定的過渡金屬絡(luò)合物，使其具有催化功能。
而用以制備小尺寸碳管的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是無法有效地制造開口的空心管子。此缺點(diǎn)大大地限制了碳管內(nèi)部表面與管內(nèi)空間的應(yīng)用性，例如用來選擇性的分離與萃取化合物、或做為催化反應(yīng)器或微反應(yīng)器等應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)的另一缺點(diǎn)是無法有效地制備相當(dāng)長度(即長于1公厘以上)的碳管，且能有效地控制其管壁厚度及內(nèi)外管徑大小。此外，現(xiàn)有技術(shù)也無法有效地制備二維或三維組合結(jié)構(gòu)的碳管。上述這些缺點(diǎn)使得碳管在許多重要的實(shí)際應(yīng)用方面，遭受極負(fù)面的沖擊。
因此，在其相關(guān)領(lǐng)域上，我們需要一個(gè)能有效制備小尺寸且開口的碳管的方法，并使其具備有相當(dāng)長度、大范圍規(guī)則性、及可有效控制的管壁厚度和內(nèi)外徑等特性。此外，我們也需要一個(gè)有效的方法，可以制備二維或三維組合結(jié)構(gòu)的碳管，進(jìn)而得以設(shè)計(jì)與制成實(shí)際的碳管成品與組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種碳管裝置(device)，其包含由多個(gè)碳化碳管所組成的二維或三維的組合結(jié)構(gòu)(assembled structure)，其內(nèi)含碳化的涂布材料、碳化的纖維殘?jiān)耙环N結(jié)合素(binding element)用以結(jié)合該多個(gè)碳管。
本發(fā)明亦提供一種制造碳管及其組合結(jié)構(gòu)的方法，其步驟如下將多個(gè)天然或合成纖維涂布上一種涂布材料，此多個(gè)纖維可為加熱、溶劑或化學(xué)等處理、或以上的組合方法所移除；將多個(gè)涂布后的纖維組裝成組合基體(assembled matrix)使其具有所想要的形狀“及/或”組態(tài)(configuration)；將組合基體以接合劑(binding agent)予以接合，此接合劑可與涂布材料行化學(xué)或物理作用而增強(qiáng)涂布后的纖維或后續(xù)衍生的碳管彼此間的結(jié)合力；將其纖維予以全部或部份移除，并碳化其涂布層及任何所剩余的纖維殘?jiān)?br> 根據(jù)本發(fā)明中的優(yōu)選具體實(shí)施方式
，先提供一種可以被加熱移除的高分子纖維及一種熱穩(wěn)定性較此高分子纖維為高的材料；將高分子纖維以此熱穩(wěn)定性較高的材料涂布；經(jīng)碳化處理將涂布材料碳化并移除高分子纖維；由此制得碳管“及/或”其二維或三維的組合結(jié)構(gòu)。


本發(fā)明的其它特色與優(yōu)點(diǎn)，可以通過以下的文字?jǐn)⑹霾⑴浜纤降膱D示予以彰顯，在所有例舉圖中，類似的圖式則代表相似的含義。本發(fā)明的圖示除非特別說明，否則并非按實(shí)際比例為的，其目的僅供舉例說明本發(fā)明的參考。在下圖中圖1是流程圖用以例舉本發(fā)明。
圖2是流程圖用以例舉本發(fā)明的特殊具體實(shí)施例。
圖3為本發(fā)明可用的涂布材料I-VIII。
圖4為本發(fā)明可用的涂布材料IX-XIV。
圖5為本發(fā)明可用的涂布材料XV-XX。
圖6為本發(fā)明可用的涂布材料XXI-XXIV。
圖7為電子掃描顯微圖，用以展示由本發(fā)明所制得的碳管的圓柱狀組合基體的剖面圖。
符號(hào)說明101提供纖維的步驟 104組合涂布后纖維的步驟102提供涂布材料的步驟 105接合纖維組合基體的步驟103涂布纖維的步驟 106移除纖維及碳化涂布層的步驟具體實(shí)施方式
茲舉例詳述本發(fā)明中本發(fā)明人目前所認(rèn)知的最佳模式的具體實(shí)施例。至于其它可行的具體實(shí)施例，亦一并在此描述的。
圖1是為舉例說明本發(fā)明具體實(shí)施方法的流程圖。在步驟101中提供多個(gè)天然或合成纖維；在步驟102中提供涂布材料；在步驟103中將涂布材料涂布于纖維上；在步驟104中將上述涂布后的復(fù)合纖維(其具有“涂布層/核心纖維”(coating/core)的組態(tài))組裝成具有特定形狀與組態(tài)的組合基體(matrix)；在步驟105中將組裝好的組合基體以接合劑進(jìn)行接合；在步驟106中，將組裝及接合后的組合基體內(nèi)的纖維移除并碳化其涂布材料。由此可制得一個(gè)具有二維或三維的碳管組合結(jié)構(gòu)。在組合結(jié)構(gòu)中的碳管，其管徑大小及管壁厚度可以經(jīng)由掌控核心纖維的管徑及涂布層的厚度來分別控制。此一組裝與結(jié)合態(tài)的組合基體內(nèi)的纖維，在步驟106中可以利用加熱、溶解、化學(xué)處理、或其組合方法予以移除。其中優(yōu)選的方式是以加熱法移除其核心纖維。而優(yōu)選的涂布材料(見步驟102)為熱穩(wěn)定性較核心材料為優(yōu)選。
圖2是為舉例說明本發(fā)明的一種特定具體實(shí)施例的流程圖。在步驟201中提供了多個(gè)可以被熱移除的高分子纖維、例如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)。以PET纖維作為涂布層的成長模板用來制成涂布態(tài)的纖維。任何可被熱移除的天然或合成纖維都可被當(dāng)做成長模板，適用的天然纖維包括蠶絲、棉花、纖維素纖維、植物纖維、羊毛及毛發(fā)等，而適用的合成纖維則可由熱塑性與熱固性高分子來制得。在此所援用的多個(gè)纖維可以任何物理形態(tài)呈現(xiàn)，如單絲(monofilaments)、紡紗(yarns)、織布(woven cloth)、無紡布(non-woven fabric)、或是經(jīng)事先加工成形的二維或三維的纖維組合基體。事實(shí)上，熱塑性或熱固性高分子亦可被用作為涂布層的材料、唯所選用的高分子涂布材料的熱穩(wěn)定性應(yīng)較其核心纖維為高。其它適用的熱穩(wěn)定型涂布材料，亦可選自具有主鏈共軛性的高分子等。
將共軛性高分子如聚吡咯(polypyrrole，PPy)在多個(gè)PET纖維的表面上長成涂布層，可制得多個(gè)如PPy/PET的復(fù)合纖維(步驟202)。任何其它材料例如有機(jī)高分子、只要其熱穩(wěn)定性較所欲援用的核心纖維(如PET)為高，便可被用作為涂布材料。在本具體實(shí)施例中，共軛性導(dǎo)電高分子或聚丙烯腈(polyacrylonitrile)為優(yōu)選的涂布材料。本具體實(shí)施例中所選用的共軛性高分子可以是中性的未摻雜態(tài)(即非導(dǎo)電態(tài))，或是具有不同摻雜程度的導(dǎo)電性摻雜態(tài)。
本發(fā)明適用于任何能制成具有“涂布層/核心纖維”結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維的方法，包括共-擠壓射出成型、涂布、及鑄造等。具有類似“涂布層/核心纖維”結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維也可由單一材料成份的纖維來制備，其前提是此纖維必須先接受一些化學(xué)“及/或”物理前處理，譬如以輻射處理來引發(fā)其表層產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，來改變表層的物理或化學(xué)性質(zhì)，以便于利用后續(xù)處理、如加熱或溶解等方法，將其核心部分進(jìn)行選擇性的移除。在PET上形成涂布層的方法包括反應(yīng)涂布法、溶劑涂布法、浸泡涂布法、澆鑄涂布法、熔融涂布法、噴撒涂布法、旋轉(zhuǎn)涂布法、毛刷涂布法、熱蒸鍍涂布法等等。在本具體實(shí)施例中優(yōu)選利用反應(yīng)涂布法制備復(fù)合纖維。譬如，制備含有聚吡咯涂布層的PET復(fù)合纖維的方法，是將PET纖維放入含有吡咯(其為聚吡咯涂布層的單體)及聚合起始劑的反應(yīng)液中。PPy的涂布是先將PET纖維懸浮在含有2當(dāng)量質(zhì)子酸、如對(duì)-甲苯磺酸(toluene-p-sulfonic acid)的吡咯水溶液中，再將氧化劑如三氯化鐵(ferric chloride)或過硫酸銨(ammoniumpersulfate)等加入此溶液中來引發(fā)吡咯的聚合反應(yīng)，由此可在PET的表面生成均勻而深黑色的PPy涂布層而制得PPy/PET復(fù)合纖維。至于PPy涂布層的厚度則可通過改變反應(yīng)液中吡咯的濃度“及/或”其反應(yīng)涂布的次數(shù)來控制的。
本發(fā)明可使用任何能誘發(fā)氧化性聚合的氧化劑，至于其本質(zhì)則可依所用的單元體而有多樣性的變化。以下列舉本發(fā)明中可用的氧化劑包括過硫酸銨、過硫酸鉀(potassium persulfate)、過硫酸鈉(sodium persulfate)、重鉻酸鈉(sodium dichromate)、高錳酸鉀(potassium permanganate)、鉻酸(chromicacid)、過氧化氫(hydrogen peroxide)、三氯化鐵、重鉻酸鉀(potassiumdichromate)等等。
至于其它種類的化學(xué)試劑，只要其能起始或誘發(fā)高分子聚合者皆可用的。其本質(zhì)可依所用的單元體而有極多樣性的變化。本發(fā)明中可用的化學(xué)試劑，包括任何試劑或起始劑其能起始或誘發(fā)單元體經(jīng)由陽離子、陰離子、自由基(或它們的組合)、或文獻(xiàn)上任何已知的中間體等來進(jìn)行聚合反應(yīng)者。其它有效的反應(yīng)媒介或化學(xué)試劑則包括光照、加熱、氧氣、空氣、濕氣、或是含過渡金屬的催化劑等。
具有“涂布層/核心纖維”組態(tài)的復(fù)合纖維也可由溶液涂布法制得。如用此法，則是利用高分子材料的溶液來制得涂布層。譬如以PET為核心纖維材料及聚丙烯腈為涂布層材料的復(fù)合纖維，可由溶液涂布法將PET浸泡于聚丙烯腈的二甲基亞砜(dimethylsulfoxide，DMSO)溶液中，經(jīng)在空氣中或持續(xù)真空下干燥以制得所欲的復(fù)合纖維。至于涂布層的厚度則可由聚丙烯腈溶液的濃度、浸泡的速度、及浸泡處理的次數(shù)等方式來控制的。
在步驟203中，將涂布后的纖維進(jìn)行再結(jié)合及組裝成想要的二維或三維的組合基體。任何組裝的方法、工具、或方式皆可用的，只要其可以將一個(gè)以上的單纖維(filaments)結(jié)合在一起，如堆棧(packing)、紡織(weaving)、針織(knitting)、網(wǎng)織(netting)、梭織(threading)、縫紉(sewing)、針縫(stitching)、絞合(stringing)、扭合(wiring)、綁合(tying)、編合(braiding)、包扎(wrapping)、接合(binding)、繩綁(fastening)、纏合(winding)或釘合(stapling)等等。例如首先將PET紗線(每條紗線約含20-30根單絲)利用反應(yīng)聚合涂布方式涂布聚吡咯然后將上百條涂布后的PET紗以PET纖維綁成組裝的纖維束，內(nèi)含有數(shù)千條復(fù)合纖維的單絲，其纖維的平均軸線大致沿著纖維束的長軸方向彼此平行堆棧在一起?；蛘撸瑢⒚?0或20條涂布的PET紗先綁成較小的纖維束，然后將數(shù)十根的小纖維束綁成較大的纖維束。又例如，將PET布先利用反應(yīng)涂布法涂布上聚吡咯，然后將數(shù)十個(gè)涂布后的PET布釘合或縫紉成一種事先設(shè)計(jì)好的多層結(jié)構(gòu)。
在步驟204中，將上述組裝好的涂布纖維組合基體再以接合劑(bindingagent)接合，以強(qiáng)化復(fù)合纖維彼此間的結(jié)合強(qiáng)度(binding strength)。任何接合劑皆可用的，只要它能夠與復(fù)合纖維的涂布層進(jìn)行物理或化學(xué)作用并在最終的碳管組合結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生結(jié)合素(binding element)即可。此一結(jié)合素可以增加相鄰碳管間的作用力并強(qiáng)化最終碳管組件的機(jī)械強(qiáng)度。有用的接合劑可以是一種化學(xué)材料，如寡聚分子(oligomers)、高分子(polymers)、樹脂(resins)、粘合劑(adhesives)、溶膠-凝膠(sol gels)、金屬氧化物(metal oxides)、金屬(metals)、陶瓷(ceramics)、水泥(cements)、環(huán)氧樹脂(epoxy resins)、或是上述的組合。例如，上述的PPy/PET復(fù)合纖維的組合束，可以高分子接合劑如聚丙烯腈的溶液來浸泡，經(jīng)抽真空干燥后，此一組合基體內(nèi)的復(fù)合纖維則被聚丙烯腈所涂布并接合在一起。又例如，上述組裝的PPy/PET復(fù)合纖維布，可以環(huán)氧樹脂粘合劑接合成一多層結(jié)構(gòu)使的嵌于環(huán)氧樹脂的中。其它種類的熱塑性或熱固性高分子亦是有用的接合劑。這些組裝及接合后的復(fù)合纖維組合基體，也可以先被裁成所需的大小或形狀后，再行后續(xù)的處置步驟。在后續(xù)碳化處理后，這些組裝及接合的復(fù)合纖維組合基體便可生成合適大小與形狀的碳管組合結(jié)構(gòu)，其機(jī)械強(qiáng)度因結(jié)合素的生成而有所增強(qiáng)，此有助于強(qiáng)化相鄰碳管間的粘合力。在這些例子中，有效的結(jié)合素是存在界面間的碳化物(interfacial carbonized products)，其是由高分子接合劑經(jīng)碳化后所產(chǎn)生的。類似的結(jié)合素也可利用其它種類的含碳分子或材料為接合劑而制得。
其它種類的有用接合劑包括那些化學(xué)試劑(chemical reagents)能與涂布層行物理或化學(xué)作用，讓復(fù)合纖維的表面官能化，并導(dǎo)致在相鄰復(fù)合纖維間或其后續(xù)形成的碳管間，產(chǎn)生界面共價(jià)鍵結(jié)合作用。在此狀況下，其結(jié)合素則為接觸面上的界面共價(jià)鍵結(jié)合構(gòu)(interfacial covalent bondingstructures)。符合此特性化學(xué)試劑中較特殊的一類為各式各樣的交聯(lián)試劑(crosslinking reagents)，如過氧化物(peroxide)、氫過氧化物(hydroperoxide)、偶氮化合物(azo compound)、氧化還原起始劑(redox initiator)、光起始劑(photoinitiator)、硫粉(sulfur)、或上述試劑的組合。
有用的接合劑也可以是一種能量束(energy beam)，如激光(laser)、紫外光(ultraviolet light)、可見光(visible light)、光子(photons)、或高能量輻射源(high energy radiations)如伽瑪射線(γ-ray)、X射線(x-ray)、電子束(electrons)、或高能量粒子(high speed particles)、或是一種反應(yīng)性氣氛如等離子體(plasma)、自由基(radical)、熱氣流(hot air)或臭氧(ozone)，只要此處理后，便可以在相鄰復(fù)合纖維間生成界面共價(jià)鍵結(jié)合作用。此情況下，存在于最終碳管組合結(jié)構(gòu)中相鄰碳管間之結(jié)合素，將為界面共價(jià)鍵或鍵結(jié)構(gòu)(interfacial covalent bonds or bonding structures)。
其它種類的有用接合劑可包含化學(xué)試劑(如小分子化合物(smallmolecule chemicals)、寡聚分子(oligomers)、溶劑(solvents)、表面活性劑(surfactants)、澎潤劑(swelling agents)等等)其可以使全部的或部分的涂布后的纖維行物理濕潤或澎潤，而導(dǎo)致相鄰復(fù)合纖維彼此間在接觸面上相互粘合或滲透(sticking to or interpenetrating into each other)。其它種類有用的接合劑可以是一種能量通量(energy flux)，如微波(microwave)、紅外線(infraredradiation)、或熱能(heat)，只要其足以熔化或軟化復(fù)合纖維的表面，而導(dǎo)致相鄰復(fù)合纖維接觸面間的表面互混或表面互滲。如此互混或互滲的接觸面，在碳化處理后會(huì)生成一種互相融合及共價(jià)鍵結(jié)合的表面結(jié)構(gòu)(a fused andcovalently bonded interfacial structures)，而變?yōu)樘蓟蟮奶脊芙M合結(jié)構(gòu)的結(jié)合素。
有用的接合劑亦可包括無機(jī)分子或化合物或材料，只要它最終所生成的結(jié)合素，可用來增進(jìn)相鄰碳管間的結(jié)合能力并強(qiáng)化所得碳管結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度。在此狀況下，其結(jié)合素是一種由無機(jī)接合劑轉(zhuǎn)化而來的表面無機(jī)網(wǎng)脈結(jié)構(gòu)(interfacial inorganic network structure)。相似的，有機(jī)金屬化合物或材料也可被援用，只要它們能在最后的碳管組合結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一種結(jié)合素。
當(dāng)化學(xué)試劑或材料被用做接合劑時(shí)，它們可以是各種不同的物理形式，如溶液、熔融液、純液體、蒸氣、乳膠、乳液、分散液、懸浮液、粉末、凝膠、膏等等。至于所援用化學(xué)材料的熱性質(zhì)并無特定限制，基于不同的需求與目的，其熱性質(zhì)可有廣泛的變化范圍。如果所用的化學(xué)材料的熱穩(wěn)定度較涂布材料低時(shí)，所制得的碳管組合結(jié)構(gòu)便會(huì)含有較少量的結(jié)合素。推至極致時(shí)，其所制得的碳管組合結(jié)構(gòu)主要是由個(gè)別清楚成形的碳管，彼此在接觸面上以上述的界面結(jié)合素相互接合或連結(jié)。如果所用的化學(xué)材料的熱穩(wěn)定性較涂布材料為高時(shí)，則所制得的碳管組合結(jié)構(gòu)將含有相對(duì)高量的結(jié)合素。推至極致時(shí)，其所制得的碳管組合結(jié)構(gòu)，則為個(gè)別成形的碳管埋在所得結(jié)合素的組合基體(matrix)中。
此外，多于一種以上的接合劑或接合步驟，可以依需求而被同時(shí)或先后(concurrently or sequentially)使用的。譬如，可以先將組裝好的復(fù)合纖維，以化學(xué)接合劑如自由基起始劑的溶液予以浸泡，然后再以紫外光或可見光曝光，或以加熱處理來引發(fā)自由基的生成，進(jìn)而在復(fù)合纖維的接觸面上形成界面共價(jià)鍵結(jié)合。這些界面共價(jià)鍵不僅可以轉(zhuǎn)化成為最終碳管組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的結(jié)合素，它們還可能促進(jìn)其周遭區(qū)域參與界面結(jié)合，因而擴(kuò)大結(jié)合素的大小“及/或”數(shù)量。又例如，在接合步驟中，可以將涂布后的纖維，先用溶膠凝膠法涂布上金屬氧化物材料層，然后再以無電鍍(electroless plating)或電鍍制程將其鍍上金屬材料層。在此情況下，最終所得的碳管組合結(jié)構(gòu)，則可含有多于一種以上的結(jié)合素。
根據(jù)步驟205，經(jīng)過碳化處理后可得含有多個(gè)碳管的二維或三維組合結(jié)構(gòu)(assembled structure)。上述經(jīng)組裝及接合后的組合基體(assembled andbound matrix)中所含的PPy/PET復(fù)合纖維經(jīng)由熱處理移除PET纖維后而生成碳管。其它的物理“及/或”化學(xué)處理方法(譬如通過溶劑溶解)亦可適用、只要其足以完全或局部將核心纖維從復(fù)合纖維中移除。經(jīng)碳化處理后可制成一具有相當(dāng)長度(可長達(dá)數(shù)公分)的碳管，且擁有可調(diào)控的管壁厚度(其分布范圍從小于100納米(nm)到大于數(shù)十微米以上)及管徑大小(介于1～100微米的間)。
本發(fā)明所使用的物理“及/或”化學(xué)處理可以是單一步驟或是一系列的組合步驟，只要其中至少有一步驟足以全部或局部地移除核心纖維、將組合基體(assembled matrix)中的復(fù)合纖維轉(zhuǎn)變成管形材料，且至少有一步驟可將復(fù)合纖維碳化形成高含碳量的材料。在本特定實(shí)施例中，是先利用熱或溶劑處理復(fù)合纖維的組合基體，再通過加熱碳化所余的復(fù)合纖維材料以形成碳管組合基體，其內(nèi)的多個(gè)碳管則含有碳化后的涂布材料、碳化后的核心纖維殘?jiān)?fiber residue)、及結(jié)合素(binding element)。此結(jié)合素則是由先前的結(jié)合處置(binding treatment)所直接或間接衍生者。正如上面舉例所言，此結(jié)合素的本質(zhì)可有極大的多樣性，取決于先前所援用的接合劑“及/或”接合處置步驟。
就熱處理而言，核心纖維材料可利用熔化、升華、蒸發(fā)、裂解、或前述的任何物理“及/或”化學(xué)轉(zhuǎn)化的組合方式予以移除。本發(fā)明的特定實(shí)施例中，復(fù)合纖維(PPy/PET)的組合基體至少被加熱到高于核心纖維的熔解或裂解溫度以上。熱處理的過程可以在任何的氣體環(huán)境下操作，只要復(fù)合纖維不至于被完全移除。該氣體壓力可以大于或小于1大氣壓，視不同種類的復(fù)合纖維所需制程條件而定。優(yōu)選的熱處理方式是在惰性氣體(譬如氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣、或上述的混合氣體)下進(jìn)行。熱處理也可在真空條件下進(jìn)行，而活性氣體譬如空氣、氧氣等，亦可和上述氣體或真空來混合使用，只要該處理?xiàng)l件可以強(qiáng)化涂布層的熱穩(wěn)定性或是促進(jìn)核心纖維的熱裂解。譬如，以PET為核心材料及聚丙烯腈為涂布層的復(fù)合纖維，可先于空氣中在200～300℃下進(jìn)行前處理以提高聚丙烯腈涂布層的熱穩(wěn)定性，然后在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行更高溫的熱處理以移除PET核心材料，同時(shí)碳化經(jīng)氧處理過的聚丙烯腈涂布層。
本發(fā)明的特定實(shí)施例中，系將上述由數(shù)千根單絲(filament)PPy/PET復(fù)合纖維所組成的組合纖維束(assembled fibrous bundle)于聚丙烯腈溶液中浸泡過夜，經(jīng)抽真空干燥后，將此經(jīng)聚丙烯腈接合后的纖維束切成約1公分長的圓柱體，然后在氮?dú)饬魉贋槊糠昼?公升的條件下，以每分鐘10℃的升溫速度由室溫升至1000℃，并在1000℃停留3至24小時(shí)，由此制得的碳化圓柱體，內(nèi)含有數(shù)千根碳管其主軸大致上彼此平行?；蛘呖梢詫⑸鲜龅膱A柱體先在200-300℃的空氣下預(yù)熱約30分鐘后再進(jìn)行后續(xù)的碳化反應(yīng)。由此兩種方法皆可制得碳管組合基體的圓柱材(cylinder)或棒材(rod)，其機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)比松散堆?；騻€(gè)別的碳管來得堅(jiān)強(qiáng)。同樣的，前述經(jīng)環(huán)氧樹脂粘合劑接合后的“聚吡咯/PET”多層布，經(jīng)碳化處理后則可制得高機(jī)械強(qiáng)度的碳管組合基體的塊材(plate)或網(wǎng)材(mesh)。由這些高機(jī)械強(qiáng)度的碳管組合基體所制得的成品或組件，其耐用性已大幅提高，此性能對(duì)任何長時(shí)間性的應(yīng)用皆極為重要。
本發(fā)明使得二維或三維碳管組合結(jié)構(gòu)的制造變成可行，讓實(shí)際應(yīng)用上碳管組件或成品實(shí)體的設(shè)計(jì)與制造更為簡(jiǎn)便可行。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)便可輕易制得長達(dá)數(shù)十公分以上的二維或三維的碳管組合結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以大大增強(qiáng)其機(jī)械性能。如此大范圍、高規(guī)則性排列、及高機(jī)械強(qiáng)度的碳管結(jié)構(gòu)，是極難由制備小尺寸碳管的傳統(tǒng)方法來取得。
根據(jù)本發(fā)明所制成的微米尺寸碳管，因具有較大的管內(nèi)徑，可以讓反應(yīng)試劑輕易的流過其孔洞。當(dāng)內(nèi)徑表面經(jīng)過化學(xué)處理活化而帶有特定的親和力后，則可用來選擇性的分離(或萃取)化合物。特定用途的金屬絡(luò)合物(其大小通常大于2～3納米(nm))可以輕易的被嵌在微米碳管的內(nèi)徑表面而授予此管特定的催化功能。微米碳管微反應(yīng)器因具有較大的管內(nèi)徑，使其產(chǎn)能最佳化更易達(dá)成。
根據(jù)本發(fā)明所制成的碳管，其管長、管壁厚度、及管徑大小皆可被控制的。碳管的長度可控制在任何所想要的長度，其范圍從小于1納米到數(shù)十公分以上。值得注意的是其管長并沒有特定的上限，只要在該情況下其核心材料可以被熱處理或溶劑處理有效地移除。
根據(jù)本發(fā)明所制成的碳管，其管壁厚度可通過復(fù)合纖維涂布層的厚度來控制的。由本發(fā)明所得到的管壁厚度可以是任何所想要的尺寸，其分布范圍從小于50納米至大于數(shù)百微米以上。壁厚小于50納米的碳管也可以利用本發(fā)明的方法來制備的，即只要援用管徑約小于1微米的核心纖維即可。特別須注意的是，所形成碳管的壁厚在此并無特定的上限或下限，完全依據(jù)特定用途的需求而決定。
根據(jù)本發(fā)明所制得的碳管，其管徑大小可通過核心纖維的直徑來控制的。任何所想要的管徑，可通過選擇所援用的特定天然或合成核心纖維的管徑大小來取得。由本發(fā)明所得的管徑可以是任何所需的尺寸，其分布范圍從小于1微米到大于數(shù)百微米。特別須注意的是，所能制得的管徑并沒有特定的上限，將依所援用核心纖維的特定材料及特定應(yīng)用項(xiàng)目的需求而定。
雖然根據(jù)本發(fā)明所制得的碳管具有高含碳量，但其組成并不只局限于碳元素，其它元素亦可共存于碳管中。共存元素的含量及種類可以有廣泛的變化性，依所使用材料及形成碳管所采用的處理過程而定。根據(jù)本發(fā)明所制得的碳管其優(yōu)選的含碳量約等于或大于40至60的重量百分比(wt％)。含碳量等于或大于50-70wt％，60-80wt％，及70-90wt％的碳管亦可利用本發(fā)明的方法來制備的。
根據(jù)本發(fā)明所制得的碳管其碳的結(jié)晶相可依所使用的材料及熱處理的方法而有廣泛的變化性。碳材料的結(jié)晶相可以是非結(jié)晶態(tài)、結(jié)晶態(tài)、非平面性石墨相(turbostratic)、石墨相、或上述任何結(jié)晶相的組合。
根據(jù)本發(fā)明所制得的碳管可應(yīng)用于任何其它碳管所能適用的用途上。有用的應(yīng)用實(shí)例包括場(chǎng)效電子發(fā)射器、納米或微米導(dǎo)線、納米或微米尺寸的化學(xué)探針、天然氣儲(chǔ)存器、催化劑微反應(yīng)器、及生化傳感器。碳管亦可做為鋰電池、燃料電池、電化學(xué)電池、以及電容器的碳電極。除此的外，碳管也是十分有用的增強(qiáng)材料。特別值得注意的是，微米尺寸碳管因具有較大的管徑，使得內(nèi)徑表面的改質(zhì)，可以被很有效地執(zhí)行。當(dāng)管內(nèi)徑表面經(jīng)由化學(xué)處理活化后，則可用來選擇性的分離(或萃取)一些有趣的化合物。
A.列舉可用的熱塑性與熱固性高分子列舉本發(fā)明中可用做核心纖維及涂布材料的有機(jī)高分子為熱塑性與熱固性高分子。本發(fā)明中可使用的熱固性高分子可有多樣性的變化，以下列舉有用的熱固性高分子由多元酸(polybasic acid)如苯二甲酸(phthalic)及多元醇(polyhydric alcohol)如乙二醇(glycol)的酯化反應(yīng)中得到的醇酸樹脂(alkyds)；由鄰苯二甲酸二烷基酯(dialkyl phthalate)、間苯二甲酸二烯丙酯(dialkyl isophthalate)、馬來酸二烷基酯(dialkyl maleate)等這些化合物聚合所得的丙烯基樹脂(allylics)；由甲醛(formaldehyde)與其它化合物如三聚氰胺(melamine)、尿素(urea)、苯胺(aniline)、乙烯尿素(ethylene urea)、磺酰胺(sulfonamide)及氰基胍(dicyanodiamide)等的加成反應(yīng)中所得的胺基樹脂(amino resins)；環(huán)氧樹脂(epoxies)比如環(huán)氧酚酚醛樹脂(epoxy phenol novolakresins)、雙酚A二環(huán)氧甘油醚(diglycidyl ethers of bisphenol A)及脂環(huán)式環(huán)氧化合物(cycloaliphatic epoxies)等等；酚類樹脂(phenolics)譬如由有取代基及未含取代基的酚類化合物如甲酚(cresol)或酚(phenol)等與醛類化合物(aldehyde)如甲醛(formaldehyde)或乙醛(acetaldehyde)等反應(yīng)所得的樹脂；聚酯類(polyesters)；有機(jī)硅樹脂(silicones)；以及由聚異氰酸酯(polyisocyanate)如2，6-甲苯二異氰酸酯(2，6-tolylene diisocyanate)、2，4-甲苯二異氰酸酯(2，4-tolylene diisocyanate)、4，4-二甲苯二異氰酸酯(4，4-diphenylmethanediisocyanate)、或1，6-己二異氰酸酯(1，6-hexamethylene diisocyanate)等異氰酸類化合物與多元醇(polyol)類化合物如聚醚多元醇(polyether polyol)、三羥甲基丙烷(trimethylol propane)、1，2，6-己三醇(1，2，6-hexanetriol)、2-甲基苷(2-methyl glycoside)、季戊四醇(pentaerythitol)、聚(1，4-丁二醇)(poly(1，4-tetramethylene ether))、山梨醇(sorbitol)、或蔗糖(sucrose)等多元醇類化合物，或那些由己二酸(adipic acid)、苯二甲酸(phthalic acid)、或其它羧酸類(carboxylic acids)化合物與過量的雙官能基醇類如乙二醇(ethyleneglycol)、二乙二醇(diethylene glycol)、丙二醇類(propanediols)、或丁二醇類(butanediols)等經(jīng)酯化(esterification)反應(yīng)所得的聚酯多元醇(polyesterpolyol)，相互反應(yīng)所得的氨基甲酸乙酯(urethanes)樹脂等。
本發(fā)明中可使用的熱塑性高分子可有多樣性的變化，以下列舉本發(fā)明可用的熱塑性高分子，包括有聚酯(polyesters)例如聚乙醇酸(poly(glycolicacid))、聚琥珀酸乙二醇酯(poly(ethylene succinate))、聚己二酸乙二醇酯(poly(ethylene adipate))、聚己二酸丁二醇酯(poly(tetramethylene adipate))、聚壬二酸乙二醇酯(poly(ethylene azelate))、聚癸二酸乙二醇酯(poly(ethylenesebacate))、聚己二酸癸二醇酯(poly(decamethylene adipate))、聚癸二酸癸二醇酯(poly(decamethylene sebacate))、聚(1，2-二甲基丙內(nèi)酯)(poly(1，2-dimethylpropiolactone))、聚三甲基乙?；鶅?nèi)酯(poly(pivaloyllactone))、聚對(duì)羥苯甲酸酯(poly(para-hydroxybenzoate))、聚羥苯甲酸乙二醇酯poly(ethylene oxybenzoate)、聚間苯二甲酸乙二酯(poly(ethyleneisophthalate))、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(poly(ethylene terephthalate))、聚對(duì)苯二甲酸癸二醇酯(poly(decamethylene terephthalate))、聚六亞甲基對(duì)苯二甲酸酯(poly(hexamethylene terephthalate))、對(duì)苯二甲酸聚環(huán)己烷二甲醇酯(poly(1，4-cyclohexane dimethylene terephthalate))、聚1，5-萘二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene-1，5-naphthalate))、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene-2，6-naphathalate))、聚對(duì)苯二甲酸-1，4-環(huán)亞己基二甲醇酯(poly(1，4-cyclohexylidene dimethylene terephthalate))等等；聚酰胺(polyamides)例如尼龍-4(nylon 4)、尼龍-6(nylon 6)、尼龍-7(nylon 7)、尼龍-8(nylon 8)、尼龍-9(nylon 9)、尼龍-10(nylon 10)、尼龍-11(nylon 11)、尼龍-12(nylon 12)、尼龍-6，6(nylon 6，6)、尼龍-7，7(nylon 7，7)、尼龍-8，8(nylon 8，8)、尼龍-6，10(nylon6，10)、尼龍-9，9(nylon 9，9)、尼龍-10，9(nylon 10，9)、尼龍-10，10(nylon 10，10)、聚(間-二甲苯己二酰胺)(poly(m-xylene adipamide)、聚(對(duì)-二甲苯癸二酰胺)(poly(p-xylene sebacamide))、聚三甲基六亞甲基對(duì)苯二甲酰(poly(2，2，2-trimethylhexamethylene terephthalamide))、聚(哌嗪癸二酰胺)(poly(piperazine sebacamide))、聚(間亞苯基間苯二甲酰胺)(poly(meta-phenylene isophthalamide))(Nomex)、聚對(duì)亞苯基對(duì)苯二甲酰胺(克文)(poly(p-phenylene terephthalamide))(Kevlar)等等；聚碳酸酯(polycarbonates)如聚(甲烷雙4-苯基碳酸酯)(poly[methanebis(4-phenyl)carbonate])、聚(1，1-乙烷雙4-苯基碳酸酯)(poly[1，1-ethanebis(4-phenyl)carbonate])、聚(2，2-丙烷雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(2，2-propanebis-(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-丁烷雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-butanebis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-(2-甲基丙烷)雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-(2-methylpropane)bis(4-phenyl)carbonate))、聚(2，2-丁烷雙4-苯基碳酸酯)(poly[2，2-butane bis(4-phenyl)carbonate])、聚(2，2-戊烷雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(2，2-pentane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(4，4-庚烷雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(4，4-heptane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-(1-苯基乙基)雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-(1-phenylethane)bis(4-phenyl)carbonate))、聚(二苯基甲基雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(diphenylmethane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-環(huán)戊基雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-cyclopentane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-環(huán)己基雙4-苯基碳酸酯)(poly[1，1-cyclohexane bis(4-phenyl)carbonate])、聚(硫基雙(4-苯基)碳酸酯)(poly(thio bis(4-phenyl)carbonate))、聚(2，2-丙基雙(4-(2-甲基苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propane bis(4-(2-methylphenyl))carbonate))、聚(2，2-丙基雙4-(2-氯苯基)碳酸酯)(poly[2，2-propanebis-[4-(2-chlorophenyl)]carbonate])、聚(2，2-丙基雙(4-(2，6-二氯苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propane bis(4-(2，6-dichlorophenyl))carbonate))、聚(2，2-丙基雙(4-(2，6-二溴苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propanebis(4-(2，6-dibromophenyl))carbonate))、聚(1，1-環(huán)己基雙(4-(2，6-二氯苯基))碳酸酯)(poly(1，1-cyclohexane bis(4-(2，6-dichlorophenyl))carbonate))等等；由α，β-不飽和(α，β-unsaturated)單體行聚合反應(yīng)所制得的聚合物如聚乙烯(polyethylene)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)、聚丙烯(polypropylene)、聚(1-丁烯)(poly(1-butene))、聚(3-(甲基-1-丁烯))(poly(3-methyl-1-butene))、聚(1-戊烯)(poly(1-pentene))、聚(4-甲基-1-戊烯)(poly(4-methyl-1-pentene))、聚(1-己烯)(poly(1-hexene))，聚(5-甲基-1-己烯)(poly(5-methyl-1-hexene))，聚(1-十八烯)(poly(1-octadecene))、聚異丁烯(polyisobutylene)、聚異丙烯(poly(isoprene))、1，2-聚(1，3-丁二烯)(全同立構(gòu))(1，2-poly(1，3-butadiene)(isotatic))、1，2-聚(1，3-丁二烯)(間同的)(1，2-poly(1，3-butadiene)(syndiotatic))、聚苯乙烯(polystyrene)、聚(α-甲基苯乙烯)(poly(α-methylstyrene))、聚(2-甲基苯乙烯)(poly(2-methylstyrene))、聚(4-甲基苯乙烯)(poly(4-methylstyrene))、聚(4-甲氧基苯乙烯)(poly(4-methoxystyrene))、聚(4-苯基苯乙烯)(poly(4-phenylstyrene))、聚(3-苯基-1-丙烯)(poly(3-phenyl-1-propene))、聚(2-氯苯乙烯)(poly(2-chlorostyrene))、聚(4-氯苯乙烯)(poly(4-chlorostyrene))、聚氟乙烯(poly(vinyl fluoride))、聚氯乙烯(poly(vinyl chloride))、聚溴乙烯(poly(vinylbromide))、聚偏氟乙烯(poly(vinylidene fluoride))、聚偏氯乙烯(poly(vinylidenechloride))、聚四氟乙烯(特弗龍)(poly(tetrafluoroethylene)(Teflon))、聚三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))、聚(乙烯基環(huán)戊烯)(poly(vinylcyclopentane))、聚(乙烯基環(huán)己烯)(poly(vinyl cyclohexane))、聚α-乙烯萘(poly(α-vinyl naphthalene))、聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol))、聚乙烯甲基醚(poly(vinyl methyl ether))、聚乙烯乙基醚(poly(vinyl ethyl ether))、聚乙烯丙基醚(poly(vinyl propyl ether))、聚乙烯異丙醚(poly(vinyl isopropyl ether))、聚乙烯丁基醚(poly(vinyl butyl ether))、聚(乙烯基異丁基醚)(poly(vinyl isobutylether))、聚(乙烯基-2-丁基醚)(poly(vinyl sec-butyl ether))、聚(乙烯基-3-丁基醚)(poly(vinyl tert-butyl ether))、聚(乙烯基己基醚)(poly(vinyl hexyl ether))、聚(乙烯基辛基醚)(poly(vinyl octyl ether))、聚(乙烯基甲基酮)(poly(vinylmethyl ketone))、聚(甲基異丙基酮)(poly(methyl isopropenyl ketone))、聚(甲酸乙烯酯)(poly(vinyl formate))、聚乙酸乙烯酯(poly(vinyl acetate))、聚丙酸乙烯酯(poly(vinyl propionate))、聚氯乙酸乙烯酯(poly(vinyl chloroacetate))、聚(三氟醋酸乙烯酯)(poly(vinyl trifluoroacetate))、聚(苯甲酸乙烯酯)(poly(vinylbenzoate))、聚2-乙烯吡啶(poly(2-vinyl pyridine))、聚乙烯吡咯酮(poly(vinylpyrrolidinone))、聚乙烯咔唑(poly(vinyl carbazole))、聚丙烯酸(poly(acrylicacid))、聚丙烯酸甲酯(poly(methyl acrylate))、聚丙烯酸乙酯(poly(ethylacrylate))、聚(丙烯酸丙酯)(poly(propyl acrylate))、聚(丙烯酸異丙酯)(poly(iso-propyl acrylate))、聚(丙烯酸丁酯)(poly(butyl acrylate))、聚(丙烯酸異丁酯)(poly(isobutyl acrylate))、聚(丙烯酸-第二丁酯)(poly(sec-butylacrylate))、聚(丙烯酸-第三丁酯)(poly(tert-butyl acrylate))、聚甲基丙烯酸(poly(methacrylic acid))、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸乙酯)(poly(ethyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸丙酯)(poly(propylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸異丙酯)(poly(isopropyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸丁酯)(poly(butyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸異丁酯)(poly(isobutyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸-第二丁酯)(poly(sec-butylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸-第三丁酯)(poly(tert-butyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸-2-乙基丁酯)(poly(2-ethylbutyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸己酯)(poly(hexyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸辛酯)(poly(octyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸十二酯)(poly(dodecyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸十八酯)(poly(octadecyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸苯酯)(poly(phenylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸甲苯酯)(poly(benzyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸環(huán)己酯)(poly(cyclohexyl methacrylate))、聚(氯基丙烯酸甲酯)(poly(methyl chloroacrylate))、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚甲基丙烯腈(polymethacrylonitrile)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚氮-異丙基丙烯酸胺(poly(N-isopropylacrylamide))等等；聚二烯(polydienes)例如聚1，3-丁二烯(順式)(poly(1，3-butadiene)(cis))、聚1，3-丁二烯(反式)(poly(1，3-butadiene)(trans))、聚1，3-丁二烯(混合)(poly(1，3-butadiene)(mixt.))、聚1，3-戊二烯(反式)(poly(1，3-pentadiene)(trans))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(順式)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(cis))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(反式)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(trans))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(混合)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(mixt.))、聚2-第三丁基-1，3-丁二烯(順式)(poly(2-tert-butyl-1，3-butadiene)(cis))、聚2-氯-1，3-丁二烯(反式)(poly(2-chloro-1，3-butadiene)(trans))、聚2-氯-1，3-丁二烯(混合)(poly(2-chloro-1，3-butadiene)(mixt.))等等；聚環(huán)氧類(polyoxides)例如聚甲醛(poly(methylene oxide))、聚環(huán)氧乙烷(poly(ethylene oxide))、聚(環(huán)氧丁烷)(poly(tetra-methylene oxide))、聚(乙烯醇縮甲醛)(poly(ethylene formal))、聚(四亞甲基縮甲醛)(poly(tetra-methylene formal))、聚乙醛(polyacetaldehyde)、聚環(huán)氧丙烷(poly(propylene oxide))、聚(環(huán)氧己烷)(poly(hexene oxide))、聚(環(huán)氧辛烷)(poly(octene oxide))、聚(環(huán)氧-反-2-丁烷)(poly(trans-2-butene oxide))、聚氧化苯乙烯(poly(styrene oxide))、聚(環(huán)氧-3-甲氧基丙烷)(poly(3-methoxypropylene oxide))、聚(環(huán)氧-3-丁氧基丙烷)(poly(3-butoxypropylene oxide))、聚(環(huán)氧-3-己氧基丙烷)(poly(3-hexoxypropylene oxide)、聚(環(huán)氧-3-苯氧基丙烷)(poly(3-phenoxy-propylene oxide))、聚(環(huán)氧-3-氯丙烷)(poly(3-chloropropylene oxide))、聚(3-環(huán)氧-2，2-雙(氯甲基)-三甲烷)(氯化聚醚)(poly[2，2-bis(chloromethyl)-trimethylene-3-oxide])(penton)、聚2，6-二甲基-1，4-苯醚(聚苯醚)(PPO)(poly(2，6-dimethyl-1，4-phenylene oxide)(PPO))、聚2，6-二苯基-1，4-苯醚(Texax，P30)(poly(2，6-diphenyl-1，4-phenyleneoxide)(Texax，P30))等等；聚硫化物(polysulphides)如聚亞丙基硫化物(poly(propylene sulphide))、聚苯硫醚(poly(phenylene sulphide))等等、及聚砜類(polysulfones)如聚(4，4′-異亞丙基二苯氧基雙(4-亞苯基)砜)(poly[4，4′-isopropylidene diphenoxy di(4-phenylene)sulphone])、改性聚苯醚(noryl)等，或上述種種高分子及樹脂的混合物等。
本發(fā)明優(yōu)選的具體實(shí)施例中，有用的有機(jī)高分子是熱塑性單一聚合物或共聚物。優(yōu)選的熱塑性聚合物有尼龍(nylons)、聚酯(polyesters)、聚碳酸酯(polycarbonates)、聚α-烯烴(poly(α-olefins))、丙烯酸類(acrylics)、甲基丙烯酸類(methacrylics)、含有取代基及未含取代基聚丁二烯類(polybutadienes)、聚鹵化乙烯類(poly(vinyl halides))、聚砜類(polysulfones)、聚乙烯醚類(polyvinyl ethers)、聚乙烯酯類(polyvinyl esters)、聚乙烯芳香類(poly(vinylaromatics))、聚環(huán)氧乙烯類(poly(ethylene oxides))、聚乙烯醇(poly(vinylalcohol))、聚乙烯醋酸酯類(poly(vinyl acetates))、以及丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)。
更優(yōu)選的熱塑性含取代基或未含取代基單一聚合物、或含取代基或未含取代基的共聚物包括含取代基或未含取代基的尼龍類(nylons)、含取代基或未含取代基的聚碳酸酯類(polycarbonates)、含取代基或未含取代基的聚酯類(polyesters)、含取代基或未含取代基的聚α-烯烴類(poly(α-olefins))、含取代基或未含取代基的氯化聚α-烯烴類(chlorinated poly(α-olefins))、含取代基或未含取代基的聚丁二烯類(poly(butadienes))、含取代基或未含取代基的聚鹵化乙烯基(poly(vinyl halides))、含取代基或未含取代基的聚砜類(polysulfones)、含取代基或未含取代基的聚乙烯醚類(poly(vinyl ethers))、含取代基或未含取代基的聚乙烯醋酸(poly(vinyl acetates))、含取代基或未含取代基的聚乙烯醇類(poly(vinyl alcohols))、含取代基或未含取代基的聚環(huán)氧乙烷類(poly(ethylene oxides))、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)、含取代基或未含取代基的聚苯乙烯類(polystyrenes)；以及最佳的熱塑性聚合物是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene terephthalate))、尼龍-6(nylon-6)、尼龍-6，6(nylon-6，6)、尼龍-12(nylon-12)，聚碳酸酯(polycarbonate)、聚氯乙烯(poly(vinyl chloride)、聚三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯二元醇酯(polyethylene terephthalate glycol)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、氯化聚乙烯或聚丙烯(chlorinated polyethylene orpolypropylene)、聚異丁烯(polyisobutylene)、聚丁二烯(polybutadiene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚環(huán)氧乙烷(polyethylene oxide)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)。
B.列舉可用的共軛性導(dǎo)電高分子其它適合涂布核心纖維的材料可為導(dǎo)電性主鏈共軛的單一聚合物或共聚物。以下列舉本發(fā)明可用的共軛性高分子，包括聚(未飽和)(poly(unsaturated))聚合物，例如含取代基或未含取代基的聚乙炔(polyacetylenes)；含取代基或未含取代基的聚芳基乙炔(polyarylacetylenes)；含取代基或未含取代基的聚雜環(huán)芳香族(poly(heteroaromatics))如聚噻吩(polythiophenes)、聚呋喃(poly(furans))、聚吡咯(polypyrroles)、聚喹啉(polyquinolines)、聚異硫茚(polyisothianaphthenes)、聚咔唑(polycarbazoles)、聚(烷基噻吩)(poly(alkyl thiophenes))等等；含取代基或未含取代基的聚芳香族(poly(aromatics))如聚苯硫(polyphenylene sulfides)、聚苯胺(polyanilines)、聚苯(polyphenylenes)、聚萘(polynaphthalenes)、聚鄰萘(polyperinaphthalenes)、聚甘菊環(huán)(poly(azulenes))等等；含取代基或未含取代基的聚(亞芳香基-亞乙烯基)(poly(aromatic vinylenes))如聚(亞苯基-亞乙烯基)(poly(phenylenevinylenes))、聚(二甲氧基亞苯基-亞乙烯基)(poly(dimethoxy phenylenevinylenes))、聚(萘基-亞乙烯基)(poly(naphthalene vinylenes))等等；含取代基或未含取代基的聚(亞雜環(huán)芳香基-亞乙烯基)(poly(heteroaromatic vinylenes))如聚(亞噻吩基-亞乙烯基)(poly(thienylene vinylenes))、聚(亞呋喃基-亞乙烯基)(poly(furylene vinylenes))、聚(亞咔唑基-亞乙烯基)(poly(carbazolevinylenes))、聚(亞吡咯基-亞乙烯基)(poly(pyrrole vinylenes))等等。
優(yōu)選的共軛性骨干單一聚合物或共聚高分子為有取代基或無取代基的聚苯胺(polyanilines)、有取代基或無取代基的聚乙炔(polyacetylenes)、有取代基或無取代基的聚(芳基乙炔)(polyarylacetylenes)、有取代基或無取代基的聚吡咯(polypyrroles)、有取代基或無取代基的聚(雜環(huán))(poly(heterocycles))、有取代基或無取代基的亞芳香基-亞乙烯基(aromatic vinylenes)化合物、及有取代基或無取代基的亞雜環(huán)芳香基-亞乙烯基(heteroaromatic vinylenes)化合物等。列舉優(yōu)選的雜環(huán)(heterocycles)、及芳香基(aromatic)或雜環(huán)芳香基(heteroaromatic)亞乙烯基(vinylenes)化合物的單一聚合物或共聚物為圖3及4中的分子式I至XIV其中m，及n、o、p、q的和可為相同或不同的大于10的整數(shù)，只要至少任一n或o大于0；
R′1，R′2，R′3，R′4，R′5，R′6，R′7，R′8，R′9，R′10，R′11，R′12，R′13及R′14在每一次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同，其可為氫(hydrogen)或其同位素(isotopes)、羥基(hydroxyl)、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、芳基(aryl)、烷氧基(alkoxy)、環(huán)烷基(cycloalkyl)、環(huán)烯基(cycloalkenyl)、烷酰基(alkanoyl)、烷硫基(alkylthio)、芳氧基(aryloxy)、烷硫烷基(alkylthioalkyl)、炔基(alkynyl)、烷芳基(alkylaryl)、芳烷基(arylalkyl)、酰胺基(amido)、烷磺?；?alkylsulfonyl)、烷氧烷基(alkoxyalkyl)、烷亞硫酰基(alkylsulfinyl)、芳基(aryl)、芳胺基(arylamino)、雙芳基氨基(diarylamino)、烷氨基(alkylamino)、二烷氨基(dialkylamino)、烷芳基氨基(alkylarylamino)、芳基硫(arylthio)、雜環(huán)芳基(heteroaryl)、芳基亞硫?；?arylsulfinyl)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)、芳基磺?；?arylsulfonyl)，酸官能基如磺酸(sulfonic acid)、羧酸(carboxylic acid)、膦酸(phosphonic acid)、次磷酸(phosphinic acid)、磷酸(phosphoric acid)、亞磺酸(sulfinic acid)、及其衍生物如鹽類、酯類等等；鹵素(halogen)、硝基(nitro)、氰基(cyano)，或有取代的烷基(alkyl)及苯基(phenyl)其具有一種或以上的酸官能基如磺酸、羧酸(carboxylic acid)、膦酸(phosphonic acid)、磷酸(phosphoric acid)、次磷酸(phosphinic acid)、亞磺酸(sulfinic acid)、或其衍生物如鹽類及酯類等等、鹵(halo)、氨基(amino)、硝基(nitro)、羥基(hydroxyl)、氰基(cyano)、或含環(huán)氧基(epoxy)的分子團(tuán)(moieties)、或?yàn)楹率龇肿邮降姆肿訄F(tuán)衍生物-(OR′15)rOR′16其中R′15是一個(gè)二價(jià)鍵結(jié)合的亞烷基分子團(tuán)(divalent alkylene moiety)含有1至約7個(gè)碳原子；R′16是一個(gè)烷基含有1至約20個(gè)碳原子；同時(shí)r是一個(gè)自然數(shù)從1至約50；或R′1及R′2，或R′3及R′4，或R′5及R′6，或R′7及R′8，或R′9及R′10，或R′11及R′12，或R′13及R′14取代基合起來變成一個(gè)亞烷基(alkylene)或鏈烯基(alkenylene)或鏈炔基(alkynylene)形成為3，4，5，6，7，8，9或10成員的芳香性(aromatic)的或脂環(huán)族(alicyclic)的碳環(huán)，其環(huán)可含有一個(gè)或以上的不飽和度或是一個(gè)或以上的非碳原子如氮、硫、磷、硒、亞硫?；?sulfinyl)、磺酰基(sulfonyl)或氧(oxygen)等；且
X1及X2可以相同或相異，其可為S、O、Se、NR′17、PR′17或CR′17R′18，其中R′17及R′18可為氫、烷芳基、芳烷基、烷基或R′1。
列舉有用的R′1，R′2，R′3，R′4，R′5，R′6，R′7，R′8，R′9，R′10，R′11，R′12，R′13及R′14官能基為氫；羥基；氰基；硝基；鹵基；烷基如甲基、乙基、丁基、戊基、辛基、壬基、第三丁基(tert-butyl)、新戊基(neopentyl)、異丙基(isopropyl)、第二丁基(sec-butyl)、十二烷基(dodecyl)等等；烯基(alkenyl)如1-丙烯基(1-propenyl)、4-丁烯基(4-butenyl)、1-戊烯基(1-pentenyl)、6-己烯基(6-hexenyl)、1-庚烯基(1-heptenyl)、8-辛烯基(8-octenyl)等等；烷氧基如丙氧基(propoxy)、丁氧基(butoxy)、甲氧基(methoxy)、異丙氧基(isopropoxy)、戊氧基(pentoxy)、壬氧基(nonyloxy)、乙氧基(ethoxy)、辛氧基(octyloxy)等等；烷?；?alkanoyl)如丁?；?butanoyl)、戊酰基(pentanoyl)、辛?；?octanoyl)、乙?；?ethanoyl)、丙?；?propanoyl)等等；芳香氨基(arylamino)及雙芳基氨基(diarylamino)如苯氨基(phenylamino)、二苯氨基(diphenylamino)等等；烷亞硫?；?alkylsulfinyl)、烷磺?；?alkylsulfonyl)、烷硫基(alkylthio)、芳基磺酰基(arylsulfonyl)、芳基硫(arylthio)等等；如丁硫基(butylthio)、新戊硫基(neopentylthio)、甲亞硫?；?methylsulfinyl)、苯甲亞硫?；?benzylsulfinyl)、苯亞硫?；?phenylsulfinyl)、丙硫基(propylthio)、辛硫基(octylthio)、壬磺?；?nonylsulfonyl)、辛磺?；?octylsulfonyl)、甲硫基(methylthio)、異丙硫基(isopropylthio)、苯磺?；?phenylsulfonyl)、甲磺?；?methylsulfonyl)、壬硫基(nonylthio)、苯硫基(phenylthio)、乙硫基(ethylthio)、苯甲硫基(benzylthio)、苯乙硫基(phenethylthio)、第二丁硫基(sec-butylthio)、萘硫基(naphthylthio)等等；烷氧羰基(alkoxycarbonyl)如甲氧羰基(methoxycarbonyl)、乙氧羰基(ethoxycarbonyl)、丁氧羰基(butoxycarbonyl)等等；烷氨基(alkylamino)及二烷氨基(dialkylamino)如二甲氨基(dimethylamino)、甲氨基(methylamino)、二乙氨基(diethylamino)、乙氨基(ethylamino)、二丁氨基(dibutylamino)、丁氨基(butylamino)等等；環(huán)烷基(cycloalkyl)如環(huán)己基(cyclohexyl)、環(huán)戊基(cyclopentyl)、環(huán)辛基(cyclooctyl)、環(huán)庚基(cycloheptyl)等等；烷氧烷基(alkoxyalkyl)如甲氧亞甲基(methoxymethylene)、乙氧亞甲基(ethoxymethylene)、丁氧亞甲基(butoxymethylene)、丙氧亞乙基(propoxyethylene)、戊氧亞丁基(pentoxybutylene)等等；芳烷基氨基(arylalkylamino)如甲苯氨基(methylphenylamino)、乙苯氨基(ethylphenylamino)等等；芳氧烷基(aryloxyalkyl)及芳氧芳基(aryloxyaryl)如苯氧亞苯基(phenoxyphenylene)、苯氧亞甲基(phenoxymethylene)等等；及具有不同取代基的烷基及芳基官能團(tuán)如1-羥丁基(1-hydroxybutyl)、1-氨基丁基(1-aminobutyl)、1-羥丙基(1-hydroxylpropyl)、1-羥戊基(1-hydroxypentyl)、1-羥辛基(1-hydroxyoctyl)、1-羥乙基(1-hydroxyethyl)、2-硝乙基(2-nitroethyl)、三氟甲基(trifluoromethyl)、3，4-環(huán)氧丁基(3，4-epoxy-butyl)、氰甲基(cyanomethyl)、3-氯丙基(3-chloropropyl)、4-硝基苯(4-nitrophenyl)、3-氰苯基(3-cyanophenyl)、1-羥甲基(1-hydroxymethyl)等等；具有羥基末端基的烷基及芳基官能團(tuán)如2-羥乙基(2-hydroxy ethyl)、4-羥丁基(4-hydroxy butyl)及4-羥苯基(4-hydroxy phenyl)等；具有磺酸(sulfonic acid)、或羧酸(carboxylicacid)、或膦酸(phosphonic acid)等末端基的烷基及芳基如乙磺酸(ethylsulfonicacid)、丙磺酸(propylsulfonic acid)、丁磺酸(butylsulfonic acid)、苯磺酸(phenylsulfonic acid)及相似的羧酸(carboxylic)及膦酸(phosphonic acid)類化合物及上述磺酸(sulfonic)、羧酸(carboxylic)、和膦酸(phosphonic acid)的衍生物如鹽類、酯類等等。例舉其它有用的R′1至R′14官能團(tuán)為具有下列分子式的分子團(tuán)-(OR′15)rOR′16其中r、R′15、及R′16如上述所提。有用的R′15官能團(tuán)包括二價(jià)鍵結(jié)合的分子團(tuán)如-(CH2)2-、-(CH2)3-、-(CH2)4-、及-(CH2CH(CH3))-等，而有用的R′16官能團(tuán)包括-CH3、-CH2CH3、及-(CH2)8CH3等。列舉說明上述的含有R′15及R′16的官能團(tuán)為乙二醇單甲醚(ethyleneglycol monomethylether)、二甘醇單甲醚(diethylene glycol monomethylether)、三甘醇單甲醚(triethyleneglycol monomethylether)、四甘醇單甲醚(tetraethylene glycol monomethylether)等等。
列舉R′17官能團(tuán)為氫、甲基、乙基、丙基、己基、辛基、壬基、苯基、苯甲基(benzyl)、乙烯基(vinyl)、丙烯基(allyl)、十二苯基(dodecylphenyl)、苯乙基(phenethyl)、苯丙基(phenylpropyl)、2，4-甲苯基(2，4-dimethylphenyl)、4-甲苯(4-methylphenyl)等等。
在實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選高分子為單一聚合物及不規(guī)則(random)或團(tuán)簇(block)共聚物其具有上述圖3及4所提分子式I至XIV，其中m、和n、o、p、及q的合為大于20的自然數(shù)，只要至少任一n或o為非零；R′1、R′2、R′3、R′4在每次出現(xiàn)時(shí)可以相同或相異，且為氫、或羥基、或烷基含有1至大約20個(gè)碳原子如甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基(n-butyl)、第二丁基、異丁基(isobutyl)、正戊基(n-pentyl)、異戊基(isopentyl)、第二戊基(sec-pentyl)、第三戊基(tert-pentyl)、正己基(n-hexyl)、正辛基(n-octyl)、正壬基(n-nonyl)、正癸基(n-decyl)、及正十二基(n-dodecyl)；苯基；烷苯基(alkylphenyl)如2，4-二甲苯基、4-甲苯基、4-乙苯基(4-ethylphenyl)、及4-丁苯基(4-butylphenyl)；苯烷基(phenylalkyl)如苯甲基、苯乙基；烷氧基含有1至大約12個(gè)碳原子如甲氧基、乙氧基、丙氧基(propoxy)；烷酰基含有1至20個(gè)碳原子如甲?；?formyl)、乙?；?acetyl)、及丙?；?propionyl)等；烷硫基含1至20個(gè)碳原子如甲硫基、乙硫基、丙硫基、十二硫基(dodecylthio)、及丁硫基等；烷氧烷基含1至20個(gè)碳原子如甲氧甲基(methoxymethyl)、乙氧乙基(ethoxyethyl)、及庚氧丙基(heptoxypropyl)等；烯基(alkenyl)含1至約20個(gè)碳原子如丙烯基(allyl)、乙烯基(vinyl)、及3-丁烯基(3-butenyl)；或有取代基的芳基及烷基其上的取代基可為膦酸及其衍生物，氰基、硝基、環(huán)氧基(epoxy)、羥基、羧酸及其衍生物，磺酸及其衍生物、或含有鹵基取代，如三氟甲基(trifluoromethyl)、3，4-環(huán)氧丁基(3，4-epoxybutyl)、氰甲基(cyanomethyl)、2-硝乙基、3-氯丙基(3-chloropropyl)、4-硝基苯、羥乙基(hydroxyethyl)、-CH2CH2CH2SO3H；-CH2CH2CH2P(O)(OH)2；及-CH2CH2CH2CO2H；或具有下列分子式的分子團(tuán)-(OR′15)rOR′16其中R′15是二價(jià)鍵結(jié)合的烯基含1至約4個(gè)碳原子；R′16是烷基含1至約10個(gè)碳原子；且r是一個(gè)自然數(shù)從1至約25，如乙二醇單甲醚等等；或任一R′1和R′2、或R′3和R′4取代基合起來形成亞烷基(alkylene)、鏈烯基(alkenylene)、或鏈炔基(alkynylene)鏈，其含有2至20個(gè)碳原子并組成4、5、6、7、8、9、或10員環(huán)系統(tǒng)，其內(nèi)可含有一或多個(gè)不飽和度或一或多個(gè)非碳原子如氧、氮、或硫，例如1，4-鏈丁烯基(1，4-butanediyl)、1，2-鏈乙烯基(1，2-ethanediyl)、-CH2SCH2-、-CH2OCH2-、-CH2CH2-NH-CH2-、或-CH2-CH2-N＝CH-；R′5至R′14在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同的取代基，其可為氫、羥基、烷基含有1至約12個(gè)碳原子，苯基、烷硫基含有1至約12個(gè)碳原子、烷氧基含有1至約12個(gè)碳原子；烷氧烷基(alkoxyalkyl)含有2至約12個(gè)碳原子；烷氨基(alkylamino)含有約1至12個(gè)碳原子；有取代基的烷基或苯基其帶有羥基或酸官能基如磺酸、羧酸、膦酸、磷酸、次磷酸、亞磺酸、及其衍生物如鹽類、酯類等等；氰基、硝基、環(huán)氧基、或鹵素取代基；或任一R′5與R′6、或R′7與R′8、或R′9與R′10、或R′11與R′12、或R′13與R′14取代基合在一起形成亞烷基或鏈烯基或鏈炔基鏈具有2至約20個(gè)碳原子完成一4、5、6、7、8、9、或10員環(huán)系統(tǒng)其中可含有一或多個(gè)不飽和度或一或多個(gè)非碳原子如氧、硫、或氮，例如1，4-伸丁烯基、1，2-伸乙烯基、-CH2SCH2-、或-CH2OCH2-；且X1與X2為相同或不同，其為氧、硫、NR′17或CR′17R′18，其中R′17與R′18為氫或烷基或芳基。
在本發(fā)明中優(yōu)選的實(shí)施例為單一聚合物及不規(guī)則共聚物其擁有上述所提及的分子式I至XIV，其中m、或n、o、p、q的和為至少約40，其前提為至少有一非零的n或o；R′1，R′2，R′3，及R′4在每次出現(xiàn)時(shí)為同或不同，其可為氫；羥基；烷基含有1至約12個(gè)碳原子如乙基、甲基、丙基、正丁基、第二丁基、正己基、正辛基、及正十二基；苯基；烷氧基或烷硫基含有1至12個(gè)碳原子如甲硫基、乙硫基、丙硫基、丁硫基、甲氧基、乙氧基、及丁氧基；烷氧烷基含有1至12個(gè)碳原子；或具有下述分子式的分子團(tuán)-(OR′15)rOR′16其中R′15為鏈炔基含2至3個(gè)碳原子；R′16為烷基含1至約10個(gè)碳原子；且r是一自然數(shù)從1到約10；R′5、R′6、R′7、R′8、R′9、R′10、R′11、R′12、R′13及R′14于每次出現(xiàn)時(shí)為相同或不同；其可為氫；羥基；烷基如甲基、乙基等等；含取代基的烷基如丁磺酸(butylsulfonic acid)、丙磺酸(propylsulfonic acid)、氰甲基、環(huán)氧丁基(epoxybutyl)、五氟乙基(pentafluoroethyl)、硝基丙基(nitropropyl)、及丁羧酸(butylcarboxylic acid)；烷氧基如甲氧基、乙氧基、丁氧基等等；烷硫基如甲硫基、乙硫基等等；或任一R′5與R′6、R′7與R′8、R′9與R′10、或R′11與R′12、或R′13與R′14合在一起形成一鏈炔基或亞烷基鏈生成脂環(huán)族(alicyclic)、芳香族(aromatic)、或雜芳香環(huán)(heteroaromatic ring)；X1與X2可相同或不同，其可為氧、硫、NR′17或CR′17R′18，其中R′17與R′18可為氫或烷基含1到大約10個(gè)碳原子。
在具體實(shí)施例中，優(yōu)選共聚合物與單一聚合物為分子式I至XIV，其中m、或n、o、p、q的和為至少約50，其前提為至少有一非零的n或o；R′1到R′4在每次出現(xiàn)時(shí)可相同或不同，其可為氫、烷基、烷氧基、或-(OR′15)rOR′16其中R′15為-(CH2)2-或-(CH2CH(CH3))-；R′16為-CH3或-CH2CH3；及r為一自然數(shù)從1到約6；R′5、R′6、R′7、R′8、R′9、R′10、R′11、R′12、R′13及R′14在每次出現(xiàn)時(shí)可相同或不同，其可為氫、羥基、烷基、烷氧基、或任一R′5與R′6、R′7與R′8、R′9與R′10、或R′11與R′12、或R′13與R′14合在一起可形成一個(gè)二價(jià)鍵結(jié)合的亞烷基或鏈烯基鏈生成一脂環(huán)族、芳香環(huán)、及/或雜芳香環(huán)；且X1與X2為硫、NR′17或CR′17R′18其中R′17與R′18可為氫或烷基含1到大約7個(gè)碳原子。
其它優(yōu)選的導(dǎo)電高分子為聚苯胺，在此所用的聚苯胺為單一聚合物或共聚物，其中至少百分的50莫耳的重復(fù)骨干單元以不同比例的組合，選自下列的系統(tǒng)包括有取代基或無取代基的芳香環(huán)及胺連結(jié)基(-NH-或-NR-其中R為一非氫的取代基)配與不同量的有取代基或無取代基的醌環(huán)(quinoidrings)及亞胺(imine)(-N＝)連結(jié)基。
任何形式的聚苯胺皆易于應(yīng)用在此發(fā)明的實(shí)施。例舉有用的形態(tài)見諸于下列的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)(1)Green，A.G.及Woodhead，A.E.，″CXVII-Aniline-blackand Allied Compounds，Part II″，J.Chem.Soc.101，pp.1117(1912)，及(2)Kobayashi，et al.，″Electrochemical Reactions...of Polyaniline Film-CoatedElectrodes″，J.Electroanal.Chem.，177，pp.281-91(1984)，及(3)Shacklette，L.W.，et al.″Structure and Properties of Polyaniline as Modeled bySingle-Crystal Oligomers″，J.Chem.Phys.，88，pp.3955(1988)。
在優(yōu)選的具體實(shí)施例中，其高分子為聚苯胺。在此所用的聚苯胺是由圖五分子式XV或XVI的重復(fù)單元以不同比例組成其骨干，例如完全還原態(tài)聚苯胺(leucoemeraldine)、四分的一氧化態(tài)聚苯胺(protoemeraldine)、半氧化態(tài)聚苯胺(emeraldine)、四分的三氧化態(tài)聚苯胺(nigraniline)及完全氧化態(tài)聚苯胺(pernigraniline)。
例舉在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，可用的優(yōu)選聚苯胺為圖五的分子式XVII至XX；其中n、m、R1及R2如上述所言；x與y在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同，其可為等于或大于0的整數(shù)，只要符合x與y的和大于0的條件，優(yōu)選的是x為一整數(shù)等于或大于0，及/或x對(duì)y的比大于或等于0附近，更佳者為該比例等于或大于0.5，而最佳者為該比例是等于或大于1左右；且z在每次出現(xiàn)時(shí)可以相同或不同，其可為一整數(shù)等于或大于1。
在實(shí)施本發(fā)明時(shí)優(yōu)選者為具有分子式XVII到XX的分子式，其中n為一整數(shù)從0到約4；m為一整數(shù)從0到4，只要符合n、m的和等于4的條件；R1為烷基、芳基、芳硫基、烷硫基或烷氧基含1到約30個(gè)碳原子，亞磺酸、亞磺酸酯(sulfinate)、亞磺酸鹽(sulfinic acid salt)、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、羥氨基(hydroxyamino)、羥基、硝基、亞膦酸酯(phosphinate)、烷磺?；?alkylsulfonyl)、芳基磺?；⒒撬?、磺酸酯(sulfonate)、次磷酸、次磷酸鹽(phosphinic acid salt)、亞膦酸酯(phosphinate)、羧酸、羧酸酯(carboxylate)、膦酸、膦酸酯(phosphonate)、膦酸鹽(phosphonicacid salt)、氰基、鹵基；或烷基、芳基、芳硫基、有取代的烷硫基或烷氧基含有一個(gè)或以上的膦酸、磷酸、硼酸鹽(borate)、磺酸酯(sulfonate)、羧酸酯、膦酸酯、膦酸鹽、硼酸(boric acid)、次磷酸、次磷酸酯(phosphinate)、次磷酸鹽、亞磺酸、亞磺酸酯、亞磺酸鹽、羧酸或磺酸等取代基；R2在每次出現(xiàn)可為相同或不同，其可為氫、R1、烷基、芳基、或有取代的芳基或烷基帶有磺酸、磺酸酯、次磷酸、次磷酸酯、膦酸鹽、羧酸、羧酸酯、亞磺酸、亞磺酸酯、亞磺酸鹽、硼酸、硼酸鹽、膦酸、膦酸酯、膦酸鹽等等取代基；x是一整數(shù)其值等于或大于1；
y可等于或大于0，只要其滿足x比y值等于或大于0的條件；z為一整數(shù)其值等于或大于約5；特別適用于實(shí)施本發(fā)明者，為上述的聚苯胺具有分子式XVII到XX其中n為一整數(shù)其值為0到2；m為一整數(shù)其值為2到4，只要其滿足n與m的和等于4的條件；R1為烷基、烷氧基、芳硫基、烷硫基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、羥氨基、羥基、烷磺?；⒎蓟酋；?、羧酸、羧酸酯、次磷酸鹽、次磷酸、磺酸、磺酸酯、亞磺酸、膦酸、亞磺酸鹽、膦酸鹽；或有取代的烷基帶有羧酸、次磷酸、亞磺酸、次磷酸鹽、鹵基、亞磺酸鹽、磺酸酯、羧酸酯、膦酸、膦酸鹽、或磺酸等取代基；其中R1取代基的脂肪族成員含從1到約30個(gè)碳原子，而其芳香族成員則含6至約30個(gè)碳原子；R2在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同，其可為氫或R2、烷基、羥基、烷磺醯基、芳基磺醯基、或R2、或烷基帶有一或多個(gè)羧酸、亞磺酸、亞磺酸鹽、羧酸酯、次磷酸鹽、次磷酸、磺酸、亞磺酸酯鹽(sulfinate salt)、膦酸、膦酸鹽等取代基；其中R2取代基的脂肪族成員含1至約30個(gè)碳原子，而其芳香族成員則含6至30個(gè)碳原子；x為一整數(shù)其值等于或大于2；y可等于或大于0，只要符合x比y值大于約1；且z為一整數(shù)其值等于或大于約10。
在本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例中，其聚苯胺是從苯胺(aniline)或N-烷基苯胺(N-alkylaniline)衍生而來，其單體可為不含取代基者，或是含一個(gè)或以上的取代基如磺酸酯、磺酸、烷基、烷硫基或烷氧基等。
一般而言，共軛骨干的單一聚合物或共聚合物的重復(fù)單元體的數(shù)目并不太重要、且可有相當(dāng)大輻度的變化性。若重復(fù)單元體的數(shù)目越大，則該共軛骨干的單一聚合物或共聚合物的黏度和分子量也就越大。如應(yīng)用上需要較小分子量及黏度的共軛骨干單一聚合物或共聚合物時(shí)，則采用具有如此特性的材料；若應(yīng)用上需要高分子量及高黏度者，則亦可依需求采用的。重復(fù)單元體的數(shù)目至少為10，其上限可有極大的變化度，依所需分子量、黏度、及加工度而定，如熔融加工性、溶液加工性等等。本發(fā)明中優(yōu)選的具體實(shí)施例中，重復(fù)單元體的數(shù)目至少為20；在特別好的具體實(shí)施例中，其為至少30。在那些特別好的具體實(shí)施例當(dāng)中最佳者，其為至少40。
共軛骨干單一聚合物及共聚物可以利用已知的步驟方便地合成。這些步驟在相關(guān)領(lǐng)域中皆耳熟能詳，在此不再詳述。請(qǐng)參閱美國專利4,940,640；4,711,742；4,521,589；4,808,681；4,983,322；5,006,278及4,900,782與“導(dǎo)電高分子手冊(cè)”編者為Terje A.Skotheim，出版社為Marcell Dikker，Inc.，出版地為紐約等及其書所引用的參考文獻(xiàn)，皆可供參考的。例如，優(yōu)選的聚苯胺可利用化學(xué)及電化學(xué)合成步驟制得。例如，某一氧化還原態(tài)的聚苯胺可以利用苯胺過硫酸銨(ammonium persulfate)(NH4)2S2O8在過量的1M HCl水溶液中作用而制得，此粉末態(tài)的聚苯胺為藍(lán)綠色，經(jīng)甲醇清洗及空氣干燥后，其導(dǎo)電度約為5S/cm。此一導(dǎo)電態(tài)的聚苯胺可以氫氧化銨(ammoniumhydroxide)的乙醇溶液處理而生成非導(dǎo)電態(tài)的聚苯胺，其為紫色，導(dǎo)電度則小于10-10S/cm。其它化學(xué)制程用以制備不同化學(xué)態(tài)的聚苯胺可參考Green等人的論文及美國專利4,855,361、4,798,685、4,806,271、4,822,638、4,851,487、及4,940,517等。相似的，不含取代基的聚吡咯也可利用吡咯和過硫酸銨(NH4)2S2O8或和三氯化鐵(FeCl3)在過量的1M HCl水溶液中作用而制得。
有用形態(tài)的聚苯胺、聚吡咯、或其它種類的導(dǎo)電高分子(例如聚芳香族或聚雜芳香族)也可以由電化學(xué)方法來制得。例如，有用形態(tài)的聚苯胺或聚吡咯，可以利用氟硼酸(fluoroboric acid)水溶液為電解質(zhì)在白金片陽極上經(jīng)電化學(xué)氧化聚合苯胺或吡咯而制得。
其它未來可能新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)與電化學(xué)方法，可以用來合成及轉(zhuǎn)化聚苯胺、聚吡咯、或其它種類的導(dǎo)電高分子者皆為可用的方法。此外，未來也可能會(huì)有其它新形態(tài)或種類的聚苯胺被揭露。因此，在所附的專利權(quán)利范圍或其等效項(xiàng)目的范圍內(nèi)，任何在此所描述的或推想的合成法、形態(tài)轉(zhuǎn)換法、或其結(jié)構(gòu)并無任何限制。
在此發(fā)明中所用的共軛骨干單一聚合物或共聚合物可以是中性未摻雜(非導(dǎo)電態(tài))形式或是具有不同摻雜度的導(dǎo)電態(tài)。
至于導(dǎo)電摻雜態(tài)，含共軛骨干的單一聚合物或共聚合物可摻雜以適當(dāng)?shù)膿诫s劑而使的導(dǎo)電。一般而言，所用的摻雜劑為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)所熟知，用來摻雜共軛骨干單一聚合物或共聚合物使的生成導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性高分子者，如氧化性摻雜劑等。列舉有用的氧化性摻雜劑有五氟化砷(AsF5)、一氧化氮(NO+)及二氧化氮(NO2+)鹽(例如NOBF4、NOPF6、NOSbF6、NOAsF6、NO2BF4、NO2PF6、NO2AsF6、NO2SbF6等等)、過氯酸(HClO4)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、三氧化硫(SO3)、碘(I2)、和三價(jià)鐵鹽(Fe(III)salts)(例如FeCl3、Fe(OTs)3、Fe(CF3SO3)3等等)。其它列舉的摻雜劑可為質(zhì)子酸摻雜劑，包括無機(jī)酸如氫氟酸(hydrofluoric acid)、氫碘酸(hydroiodic acid)、磷酸、硝酸、硼酸、硫酸等等。其它可用的質(zhì)子酸為有機(jī)酸，如含芳基或烷基的化合物帶有磺酸、亞磺酸、羧酸、膦酸、次磷酸、或硼酸等分子團(tuán)。
C.列舉可做反應(yīng)涂布用的單元體本發(fā)明的復(fù)合纖維可利用反應(yīng)涂布制程將有機(jī)高分子涂布于核心纖維而制得，例如將核心纖維置入一反應(yīng)溶液中，其內(nèi)混有高分子的單元體與足以引起或誘發(fā)該單元體產(chǎn)生聚合反應(yīng)的化學(xué)試劑。當(dāng)涂布材料為非共軛高分子時(shí)，該單元體則優(yōu)先由下述的系統(tǒng)選擇的有取代基及無取代基的丙烯腈(acrylonitriles)、有取代基及無取代基的氯乙烯(vinyl chlorides)、有取代基及無取代基的乙烯醇(vinyl alcohols)、或有取代基及無取代基的醋酸乙烯酯(vinyl acetates)。當(dāng)涂布材料為共軛性高分子時(shí)，其可用于上述反應(yīng)涂布的有用單元體為有取代基及無取代基的苯胺、有取代基及無取代基的吡咯、有取代基及無取代基的噻吩、有取代基及無取代基的呋喃、有取代基及無取代基的苯、有取代基及無取代基的(苯)硫酚(thiophenols)、有取代基及無取代基的乙炔、或有取代基及無取代基的芳基乙炔、及其它的芳香族、或雜芳香族的化合物等。在本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例中，其共軛導(dǎo)電高分子(單一聚合物或共聚合物)涂布層是利用反應(yīng)涂布法由個(gè)別的單元體，如圖六所列舉的分子式XXXI到XXIV所制得；其中k是一整數(shù)由0到4、或5、或6；R1在每次復(fù)現(xiàn)時(shí)可以相同或相異，并選自下列的族群，其內(nèi)含有烷基、氘(deuterium)、烯基、烷氧基、環(huán)烷基、環(huán)烯基、烷醯基、烷硫基、芳氧基、烷硫烷基、烷芳基、芳烷基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、烷芳基氨基、芳基、烷亞硫?；?、芳氧烷基、烷亞硫酰烷基(alkylsulfinylalkyl)、烷氧烷基、膦酸、烷磺?；?、芳硫基、烷磺酰烷基(alkylsulfonylalkyl)、硼酸、磷酸、亞磺酸鹽、芳基亞硫醯基、烷氧羰基、芳基磺醯基、羧酸、膦酸、鹵基、羥基、氰基、亞磺酸、羧酸鹽(carboxylate salts)、硼酸鹽(borate salts)、磷酸鹽(phosphate salts)、磺酸鹽(sulfonate salts)、亞膦酸鹽(phosphinate salts)、膦酸鹽(phosphonate salts)、膦酸、磺酸、硝基、硅烷基(alkylsilyl)；或任何前述的芳基或脂肪族或脂環(huán)族(cycloaliphatic)等帶有一個(gè)或以上的取代基如膦酸、磺酸、磷酸、硼酸、羧酸鹽、硼酸鹽、磺酸鹽、亞膦酸鹽、膦酸鹽、磷酸鹽、次磷酸、羧酸、鹵、硝基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、烷芳基氨基、氰基、或環(huán)氧基的分子團(tuán)；或任何兩個(gè)R1合起來、或任一R1和任一R2合起來可以形成一有取代基或無取代基的亞烷基或鏈烯基或鏈炔基圍成一3、4、5、6、7、8、9或10員環(huán)的芳香族環(huán)、雜芳香族環(huán)、雜脂環(huán)族環(huán)(heteroalicyclic)、脂環(huán)族環(huán)，其環(huán)可依需要而內(nèi)括一個(gè)或以上的二價(jià)鍵結(jié)合的氮、硫、亞硫酰基、酯類、羰基、磺?；?、或氧原子等，而且其環(huán)上亦可擁有一個(gè)或以上的特定官能團(tuán)如膦酸、磺酸、磷酸、硼酸、羧酸鹽、硼酸鹽、磺酸鹽、亞膦酸鹽、膦酸鹽、磷酸鹽、次磷酸、羧酸、鹵、硝基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、烷芳基氨基、氰基、或含環(huán)氧基的分子團(tuán)；或R1也可以是一個(gè)含脂肪族的分子團(tuán)具有下列的分子式-(OCH2CH2)qOCH3，-(OCH2CH(CH3))qOCH3，-(CH2)q-CF3，-(CF2)q-CF3or-(CH2)q-CH3其中q是一正整數(shù)；而R2可由R1的官能群或氫中挑選。
X1及X2在每次復(fù)現(xiàn)時(shí)可以相同或相異，其可為S、O、Se、NR4、PR4、或CR5R6，其中R4、R5、及R6在每次復(fù)現(xiàn)時(shí)可以相同或相異，其可為氫、烷芳基、芳烷基、烷基、或R1。
列舉有用的R1如下氫、烷基如甲基、乙基、壬基、第三丁基、新戊基、異丙基、第二丁基、十二烷基等等；烯基如1-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、1-庚烯基、1-辛烯基等等；烷氧基如丙氧基、丁氧基、甲氧基、異丙氧基、戊氧基、壬氧基、乙氧基、辛氧基等等；環(huán)烯基如環(huán)己烯基(cyclohexenyl)、環(huán)戊烯基(cyclopentenyl)等等；烷?；缍□；?、戊?；⑿刘；⒁阴；?、丙?；鹊龋话被?；烷氨基如甲氨基、乙氨基、丁氨基等等；二烷氨基如二甲氨基、甲乙氨基(methylethylamino)等等；芳香氨基如苯氨基、對(duì)-甲苯氨基(p-methylphenylamino)等等；雙芳基氨基如二苯氨基、對(duì)-硝基苯-對(duì)甲苯氨基(p-nitrophenyl-p′-methylphenyl-amino)等等；烷芳基氨基如2-苯基-4-甲氨基(2-phenyl-4-methylamino)等等；烷亞硫?；⑼榛酋；?、烷硫基、芳?；?、芳基亞硫酰基、及芳基磺?；缍×蚧?、新戊硫基、甲亞硫?；?、苯甲亞硫?；?、苯亞硫酰基、丙硫基、辛硫基、壬磺?；⑿粱酋；?、甲硫基、異丙硫基、苯磺?；⒓谆酋；?、壬硫基、苯硫基、乙硫基、苯甲硫基、苯乙硫基、第二丁硫基、萘硫基等等；烷氧羰基如甲氧羰基、乙氧羰基、丁氧羰基等等；環(huán)烷基如環(huán)己基、環(huán)戊基、環(huán)辛基、環(huán)庚基等等；烷氧烷基如甲氧甲基、乙氧乙基、丁氧甲基(butoxymethyl)、丙氧乙基(propoxyethyl)、戊氧丁基(pentoxybutyl)等等；芳氧烷基和芳氧芳基如苯氧苯基(phenoxyphenyl)、苯氧甲基(phenoxymethyl)等等；及具有不同取代基的烷基及芳基官能團(tuán)如1-羥丁基、1-胺丁基、1-羥丙基、1-羥戊基、1-羥辛基、1-羥乙基、2-硝乙基、三氟甲基、3，4-環(huán)氧丁基、氰甲基、3-氯丙基、4-硝基苯、3-氰苯基等等；酸及酸鹽如磺酸、羧酸、及其相關(guān)鹽類等；脂肪族或芳基帶有酸類或酸鹽類的取代基，如膦酸、次磷酸、磺酸鹽、亞磺酸鹽、磺酸、亞磺酸、硼酸鹽、磷酸、硼酸、或羧酸等如乙磺酸、丙磺酸、4-硝基苯甲基磺酸(4-nitrobenzene sulfonic acid)、丁磺酸、苯磺酸等等。
另列舉有用的R1為二價(jià)鍵結(jié)合的分子團(tuán)，其由任兩個(gè)R1、或任一R1和任一R2、或任一R1和任一R4、或R5、或R6所組成，此分子團(tuán)約含有2至7個(gè)重復(fù)單元彼此以不同組合方式及復(fù)現(xiàn)順序所組成，而其重復(fù)單元?jiǎng)t具有下列的分子式-(C(R3)2)a--(CR3＝CR3)b-其中R3在每次復(fù)現(xiàn)時(shí)可為同或不同的官能基，如氫、烷基、烷氧基、或R1如-(CH2)4-、-(CH2)3-、-(CH＝CH-CH＝CH)-、-(CH2-CH(CH3)-CH2)-及-(CH2)5-等，配合其它官能團(tuán)組成特定分子團(tuán)其含有一個(gè)或以上的非碳原子(heteroatoms)如氧、氮、酯基、磺酰基、羰基、亞硫?；?、及/或硫等，如-CH2SCH2-、-CH2NHCH2-、-SCH2NHCH2-、-O-CH2-CH2-O-CH2-S-CH2-、-CH2S(O2)CH2-、-CH2S(O)CH2-、-OC(O)CH2CH2-、-CH2C(O)CH2-、及-CH2-O-CH2-等用以生成雜環(huán)的氨基化合物如四氫萘胺(tetrahydronapthylamine)、二氫苯并吡咯(dihydrobenzopyrroleamine)、苯并呋喃胺(benzofuranamine)、二氫苯并吡喃胺(dihydrobenzopyranamine)、二氫苯并呋喃胺(dihydrobenzofuranamine)、二氫苯并對(duì)噁嗪胺(dihydrobenzoparaoxazineamine)、二氫苯并對(duì)二嗪胺(dihydrobenzoparadiazineamine)、二氫苯并三唑胺(dihydrobenzotriazoleamine)、二氫苯并噻嗪胺(dihydrobenzothiazineamine)、苯并噻吡喃胺(benzothiopyranamine)、二氫苯并噁唑胺(dihydrobenzoxazoleamine)等等。例舉有用的R3官能團(tuán)為二價(jià)鍵結(jié)合的鏈烯基鏈帶有1至3個(gè)不飽和鍵，如二價(jià)鍵結(jié)合的1，3-丁二烯或其它相似的分子團(tuán)，并可含有一個(gè)或以上的二價(jià)鍵結(jié)合的氧、氮、亞硫?；?、磺?；Ⅳ驶?、酯基、及/或硫等官能團(tuán)，其可生成下述的化合物如苯并二嗪胺(benzodiazineamine)、苯并二唑胺(benzodiazoleamine)、苯并三環(huán)氮己三烯胺(苯并吖庚因胺)(benzotriazepineamine)、苯并咪唑胺(benzimidazolylamine)、苯并異唑(benzisoxazoleamine)、苯并噁唑胺(benzoxazolylamine)、苯并噻嗪胺(benzothiazineamine)、苯并噁嗪胺(benzoxazineamine)、萘胺(naphthaleneamine)、苯并吡喃胺(benzopyranamine)、苯并噻嗪胺(benzothiazineamine)、蒽胺(anthraceneamine)、氨基苯并噻吡喃(aminobenzothiopyran)、氨基苯并二嗪(aminobenzodiazine)、苯并噻吡喃酮胺(benzothiopyrone amine)、氨基香豆素(aminocoumarin)、苯并噻吩胺(benzothiopheneamine)、苯并噻二唑胺(benzothiodiazoleamine)等等。
例舉有用的R2官能團(tuán)為氫及上述所提及的代表性R1官能團(tuán)，例如烷基如甲基、乙基、異丙基、丁基、異丁基、己基、辛基等等；烷磺?；缂谆酋；?、乙磺?；?ehtylsulfonyl)、丙磺?；?propylsulfonyl)等等；芳基磺酰基如苯磺?；?duì)-甲基苯磺?；?p-methylphenylsulfonyl)、萘磺酰基(naphthylsulfonyl)等等。
在本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施例中，共軛性導(dǎo)電高分子(單一聚合物或共聚物)表層是以反應(yīng)聚合方法由相關(guān)的單元體所制得，如分子式XXI到XXIV所列舉者k是一整數(shù)從0到大約2；R1是芳基、烷基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基含1到約30個(gè)碳原子、氰基、鹵、磺酸、羧酸、硼酸、硼酸鹽、磷酸、磷酸鹽、膦酸、膦酸鹽、次磷酸、亞膦酸鹽、亞磺酸、亞磺酸鹽、羧酸鹽、磺酸鹽、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、羥基、硝基、烷硫基、芳硫基、雙芳基氨基、烷芳基氨基；或烷基、芳基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基帶有膦酸、磷酸鹽、磷酸、硼酸鹽、磺酸鹽、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、烷芳基氨基、羧酸鹽、羥基、烷氧基、膦酸、硼酸、烷基、次磷酸、膦酸鹽、亞膦酸鹽、羧酸或磺酸等取代基；且R2在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同，其可為R1取代基或氫。
X1與X2可為相同或不同，其可為S、O、NR4、PR4、或CR5R6、其中R4、R5、與R6在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同、其可為氫、烷芳基、芳烷基、烷基、或R1。
在本發(fā)明的特別好的具體實(shí)施例中，共軛導(dǎo)電高分子(單一聚合物或共聚物)表層可利用反應(yīng)涂布法由相關(guān)的單元體制得，其分子式如圖6的XXI至XXIV所示；其中k是一整數(shù)從0到1；R1為芳基、烷基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基含1到約20個(gè)碳原子、磺酸、鹵基、羧酸、氨基、羧酸鹽、烷氨基、膦酸鹽、二烷氨基、芳香氨基、膦酸、硼酸、磷酸鹽、磷酸、硼酸鹽、雙芳基氨基、烷芳基氨基、或烷基、烷硫基、芳硫基、或芳基帶有羧酸、磷酸、硼酸、磷酸鹽、膦酸、硼酸鹽、磺酸鹽、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、雙芳基氨基、烷芳基氨基、羧酸鹽、鹵基、膦酸鹽、磺酸等取代基；且R2在每次出現(xiàn)時(shí)可為相同或不同，其可為一R1取代基或氫。
X1與X2可相同或不同，其可為S、O、NR4、或CR5R6，其中R4、R5及R6在每次出現(xiàn)時(shí)可相同或不同，其可為氫，烷芳基、芳烷基、烷基、或R1。
雖然本發(fā)明在此特地描述了一些優(yōu)選的具體實(shí)施例，但這些具體實(shí)施例并非用來代表全貌，也非用以局限本發(fā)明于上述所揭露的形體。如同相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家所認(rèn)知，上述的各種形體及細(xì)節(jié)仍可有不同的變化而不致于偏離本發(fā)明的精神與范圍。相似的，任何所描述的制程步驟彼此可以互換以得到相同的結(jié)果。本發(fā)明的范圍則以下述的專利權(quán)利范圍或其對(duì)等項(xiàng)目來定義的。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包含由多個(gè)碳化碳管所組成的組合結(jié)構(gòu)，該組合結(jié)構(gòu)系由下列步驟所制備，其步驟包含在多個(gè)纖維上涂布一層可被碳化的含碳材料，使其在該多個(gè)纖維中的每個(gè)纖維上形成涂布層；組合該涂布后的多個(gè)纖維使其形成組合基體；使用一種或一種以上的接合劑以接合該組合基體；移除該多個(gè)纖維；以及碳化處理該涂布層及該纖維殘?jiān)孕纬稍摵卸鄠€(gè)碳化碳管的組合結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該纖維選自包含單絲、紡紗、織布、無紡布及前述2種或多種纖維的組成。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合步驟系利用化學(xué)材料作為接合劑，其選自包含高分子、寡聚分子、樹脂、粘合劑、溶膠、金屬氧化物、金屬、陶瓷、水泥、環(huán)氧樹脂及前述2種或多種的混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該化學(xué)材料系熱穩(wěn)定性高于涂布層材料。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中該化學(xué)材料系熱穩(wěn)定性低于涂布層材料。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合劑為化學(xué)試劑，系能與該涂布層行物理或化學(xué)作用，并導(dǎo)致在相鄰碳管間產(chǎn)生界面鍵結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合劑為化學(xué)試劑，系能使全部或部分該涂布后的纖維行物理濕潤或澎潤，而導(dǎo)致該相鄰復(fù)合纖維之間在接觸面上相互黏著或彼此滲入。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合步驟系利用交聯(lián)試劑作為接合劑，該接合劑為選自包含過氧化物、氫過氧化物、偶氮化合物、氧化還原起始劑、光起始劑、硫粉及前述2種或多種的接合劑。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合步驟系利用可被碳化的接合劑。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合步驟系利用能量束作為接合劑，其中該能量束為選自包含激光、紫外光、可見光、高能量輻射源、伽瑪射線、X射線、電子束、或高能量粒子、光子及前述2種或多種的能量束。
11.如權(quán)利要求1所述之裝置，其中該接合步驟系使用反應(yīng)性氣氛作為接合劑，其中該反應(yīng)性氣氛為選自包含等離子體、熱氣流、臭氧及前述2種或多種的氣氛。
12.如權(quán)利要求1所述之裝置，其中該接合步驟系使用能量通量作為接合劑，其中該能量通量為選自包含微波、紅外線、熱能及前述2種或多種的能量通量。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該接合步驟系更進(jìn)一步重復(fù)使用相同或不同的接合劑。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該組合步驟系使用組合方法，其為選自包含堆棧、紡織、針織、網(wǎng)織、梭織、縫紉、針縫、絞合、扭合、綁合、編合、包扎、接合、繩綁、纏合、釘合及前述2種或多種組合方法。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該移除步驟和碳化處理步驟系同時(shí)進(jìn)行。
16.一種組合結(jié)構(gòu)的裝置，其包含多個(gè)碳化碳管，其中該多個(gè)碳化碳管包括碳化的涂布材料；碳化的纖維殘?jiān)?；以及結(jié)合素，系用以結(jié)合該多個(gè)碳管。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該結(jié)合素為經(jīng)過碳化的接合劑。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該結(jié)合素在該碳管之間的接觸表面為界面共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該結(jié)合素在該碳管之間的接觸表面提供界面共價(jià)鍵。
20.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該結(jié)合素提供無機(jī)網(wǎng)脈結(jié)構(gòu)，用以維系或結(jié)合該碳管的組合結(jié)構(gòu)。
21.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該結(jié)合素是由該碳化涂布材料所生成互相融合及彼此滲入的界面結(jié)構(gòu)。
22.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該碳管的組合結(jié)構(gòu)是棒材或圓柱材，其內(nèi)含碳管的平均軸向沿該組合結(jié)構(gòu)的軸向排列。
23.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中該碳管的組合結(jié)構(gòu)為塊材或網(wǎng)材。
24.一種制造碳管的組合結(jié)構(gòu)的方法，其包含下列步驟用涂布材料涂布多個(gè)纖維，在該纖維上形成涂布層；將該涂布后的纖維予以組裝成組合基體；使用一種或一種以上的接合劑以接合該組合基體；移除該纖維；以及將該涂布層及該纖維的殘?jiān)M(jìn)行碳化處理，以形成該碳管的組合結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該纖維系選自包含單絲、紡紗、織布、無紡布及前述2種或多種纖維的組成。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合步驟系利用化學(xué)材料作為接合劑，其為選自包含高分子、寡聚分子、樹脂、粘合劑、溶膠、金屬氧化物、金屬、陶瓷、水泥、環(huán)氧樹脂及前述2種或多種的混和物。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該化學(xué)材料系熱穩(wěn)定性高于涂層材料。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該化學(xué)材料系熱穩(wěn)定性低于涂層材料。
29.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合劑為化學(xué)試劑，系能與該涂布層行物理或化學(xué)作用，并導(dǎo)致在相鄰碳管之間產(chǎn)生界面鍵結(jié)構(gòu)。
30.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合劑為化學(xué)試劑，系能使全部或部分該涂布后的纖維行物理濕潤或澎潤，而導(dǎo)致該相鄰復(fù)合纖維之間在接觸面上相互黏著或彼此滲入。
31.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合步驟系利用交聯(lián)試劑作為接合劑，該接合劑為選自包含過氧化物、氫過氧化物、偶氮化合物、氧化還原起始劑、光起始劑、硫粉及前述2種或多種的接合劑。
32.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合劑是可被碳化的接合劑。
33.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合步驟系利用能量束作為接合劑，其中該能量束為選自包含激光、紫外光、可見光、高能量輻射源、伽瑪射線、X射線、電子束、或高能量粒子、光子及前述2種或多種的能量束。
34.如權(quán)利要求24所述之方法，其中該接合步驟系使用反應(yīng)性氣氛作為接合劑，其中該反應(yīng)性氣氛為選自包含等離子體、熱氣流、臭氧及前述2種或多種的氣氛。
35.如權(quán)利要求24所述之方法，其中該接合步驟系使用能量通量作為接合劑，其中該能量通量為選自包含微波、紅外線、熱能及前述2種或多種的能量通量。
36.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該接合步驟系更進(jìn)一步重復(fù)使用相同或不同的接合劑。
37.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該組合步驟系使用組合方法，其為選自包含堆棧、紡織、針織、網(wǎng)織、梭織、縫紉、針縫、絞合、扭合、綁合、編合、包扎、接合、繩綁、纏合、釘合及前述2種或多種組合方法。
38.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該移除步驟和碳化處理步驟系同時(shí)進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種二維或三維的碳管組合結(jié)構(gòu)及其制備方法。先將天然的或人造的纖維涂布上熱穩(wěn)定性高的涂布材料以生成涂布層于其上，再將如此涂布的纖維組合成想要的組合，然后利用一種媒介來增強(qiáng)組合基體內(nèi)的涂布纖維彼此間的結(jié)合作用力。如此結(jié)合與組合的涂布纖維體再被用來制成想要的二維或三維組合結(jié)構(gòu)的空心碳管，以移除纖維并碳化其涂布層及其可能的殘余纖維。其中，移除處理及碳化處理則可以先后或同步進(jìn)行的。
文檔編號(hào)C01B31/02GK1590287SQ200410059358
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者韓建中 申請(qǐng)人:韓建中