專利名稱：：碳纖維和碳薄膜及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的各實(shí)施方式一般涉及碳纖維和碳薄膜，更具體地，涉及由含丙烯腈的聚合物所形成的碳纖維和碳薄膜，以及制造該碳纖維和碳薄膜的方法。
背景技術(shù)：
：含丙烯腈的聚合物對(duì)于用以制造那些用于織物，地毯和碳纖維的纖維而言是重要的工業(yè)用聚合物。生產(chǎn)自聚丙烯腈共聚物的丙烯酸類纖維目前是碳纖維占支配地位的前體，這部分地是因?yàn)榛诰郾╇娴奶祭w維展現(xiàn)出良好的拉伸和壓縮性能。近來已經(jīng)開發(fā)出一些方法來制造含碳納米管的聚合物復(fù)合物，尤其是含有碳納米管(CNT)的碳纖維，其中，CNT很好地分散在復(fù)合物中。例如，美國(guó)專利美國(guó)專利No.6，852，410披露了這些方法，該專利作為一個(gè)整體被參照結(jié)合于這里，就像完全如下所闡述。在其它的一些改進(jìn)之中，這些方法提供的復(fù)合纖維具有更高的拉伸模量和抗拉強(qiáng)度。盡管新的申請(qǐng)不斷涌現(xiàn)出來，但確實(shí)需要改進(jìn)的材料。因此，需要有新的碳纖維和碳薄膜能展現(xiàn)出更高的拉伸模量和抗拉強(qiáng)度。也需要制造碳纖維和薄膜的新方法。本發(fā)明的各實(shí)施方式正是針對(duì)提供這樣的材料和方法的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各實(shí)施方式針對(duì)碳纖維和碳薄膜，以及制造該碳纖維和碳薄膜的方法。高強(qiáng)度和高模量的纖維和薄膜可以有各種各樣的用途，包括但不限于材料的增強(qiáng)(例如，在輪胎簾子線和水泥中)，飛機(jī)零件，高性能車輛的廂式車身(例如，F(xiàn)-I比賽用汽車和摩托車)，運(yùn)動(dòng)器械(例如，自行車，高爾夫球棍，網(wǎng)球拍，和雪撬)，以及其它高要求的機(jī)械性能的用途。因其電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，這些碳纖維和碳薄膜在電子設(shè)備，燃料電池，電化學(xué)電容器等中也能找到各種用途。概括地說，依照本發(fā)明各實(shí)施方式制造碳纖維的方法包括通過一臺(tái)雙組分?jǐn)D出設(shè)備將第一組分的一種溶液和第二組分的一種溶液擠出，形成一種雙組分聚合物纖維，它有第一組分和第二組分，以及拉伸該雙組分聚合物纖維形成牽引的雙組分聚合物纖維。該第一組分通常包含一種含丙烯腈的聚合物。在某些情形下，擠出可以利用凝膠-擠出或溶液-擠出來完成。方法還可以包括使?fàn)恳p組分聚合物纖維穩(wěn)定化的過程。穩(wěn)定化過程可以在張力下，和/或在氧化性環(huán)境中，和/或在約200°C至約400°C的溫度下維持少于或等于約36小時(shí)的條件下完成。該方法還可以包括使已經(jīng)穩(wěn)定化了的聚合物纖維發(fā)生炭化。炭化過程可以在張力下，和/或在惰性氣氛中，和/或在約500°C至約1800°C的溫度下維持少于或等于約2小時(shí)的條件下完成。該方法還可以進(jìn)一步包括使已經(jīng)炭化了的聚合物纖維發(fā)石墨化。石墨化過程可以在張力下，和/或在非含氮的惰性環(huán)境中，和/或在1800°C至約2800°C的溫度下維持少于或等于約1小時(shí)的條件下完成。該過程還可以包括將牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維的第一組分與第二組分分開。該分離過程可以通過將第二組分從牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維溶解出去，對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間任何的界面相互作用，加熱使第二組分熔化以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維，加熱使第二組分燒掉以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維，或者包括至少兩種上述工藝的組合來完成。也可將穩(wěn)定化過程與分離過程同時(shí)發(fā)生。拉伸之后，該牽引的聚合物纖維的平均直徑約為IOOnm至約1mm。最終的碳纖維平均直徑約為IOnm至約10μm。本發(fā)明的各其它實(shí)施方式則針對(duì)制造含碳納米管(CNT)的碳纖維或碳薄膜的方法。這些方法包括使CNT與一種含丙烯腈的聚合物接觸以形成一種第一組分溶液，擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜前體，它包含一種第一組分和一種第二組分，以及拉伸該雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜前體，形成一種牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜。這些方法還可以包括使該牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜穩(wěn)定化，將該牽引或穩(wěn)定化了的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的第一組分與第二組分分開，將該穩(wěn)定化了的聚合物-CNT纖維或薄膜炭化，和/或?qū)⒃撎炕说木酆衔?CNT纖維或薄膜石墨化。用這樣的方法制得的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率比不含CNT的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率至少要高25%。用這樣的方法制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比無該CNT制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少要高0.5GPa。該碳纖維或碳薄膜的拉伸模量比無該CNT制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸模量至少要高50GPa。在某些特定的實(shí)施方式中，該CNT可以包括單壁納米管，雙壁納米管，三壁納米管，多壁(即四壁或更多個(gè)壁)納米管，或者兩種或多種上述類型的CNT的組合。在某些實(shí)施方式中，CNT的平均直徑約為0.5nm至約25nm。在其它實(shí)施方式中，CNT的平均直徑小于或等于約lOnm。CNT的平均長(zhǎng)度可以大于或等于約lOnm。CNT可以占到雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜前體的約0.001重量％至約40重量％。同樣，CNT可以占到最終碳纖維或碳薄膜總重量的約0.001%至約80%。全體牽引的聚合物-CNT纖維的平均直徑約為IOOnm至約1mm。最終的碳纖維的平均直徑約為IOnm至約10μm。同樣，牽引的聚合物-CNT薄膜的平均厚度約為50nm至約50μm。最終的碳薄膜的平均厚度可以約為25nm至約25μm。在某些實(shí)施方式中，最終碳纖維或碳薄膜中的CNT是崩坍的。碳纖維或碳薄膜可以具有一個(gè)微晶石墨區(qū)域，從每一個(gè)CNT的一個(gè)壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm。在某些實(shí)施方式中，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。本發(fā)明的各其它實(shí)施方式則針對(duì)制造含石墨片的碳纖維或碳薄膜的方法。這些方法包括使石墨片與一種含丙烯腈的聚合物接觸以形成一種第一組分溶液，擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物_石墨片纖維或薄膜前體，它包含一種第一組分和一種第二組分，以及拉伸該雙組分聚合物_石墨片纖維或薄膜前體，形成一種牽引的雙組分聚合物_石墨片纖維或薄膜。這些方法還可以包括使該牽引的雙組分聚合物_石墨片纖維或薄膜穩(wěn)定化，將該牽引或穩(wěn)定化了的雙組分聚合物-石墨片纖維或薄膜的第一組分與第二組分分開，將該穩(wěn)定化了的聚合物-石墨片纖維或薄膜炭化，和/或?qū)⒃撎炕说木酆衔?石墨片纖維或薄膜石墨化。用這樣的方法制得的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率比不含石墨片的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率至少要高25%。用這樣的方法制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比無該石墨片制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少要高0.5GPa。該碳纖維或碳薄膜的拉伸模量比無該石墨片制得的碳纖維或碳薄膜的拉伸模量至少要高50GPa。在某些特定實(shí)施方式中，石墨片的平均寬度可約為0.5nm至約lOOnm。在其它實(shí)施方式中，石墨片的平均寬度小于或等于約lOnm。石墨片的平均厚度可以約為0.5nm至約25nm。石墨片的平均長(zhǎng)度可以大于或等于約lOnm。石墨片可以占到雙組分聚合物-石墨片纖維或薄膜前體的約0.001重量％至約40重量％。同樣，石墨片可以占到最終碳纖維或碳薄膜總重量的約0.001%至約80%。牽引的聚合物-石墨片纖維的平均直徑可約為IOOnm至約1mm。最終的碳纖維的平均直徑可約為IOnm至約ΙΟμπι。同樣，牽引的聚合物-石墨片薄膜的平均厚度可約為50nm至約50μm。最終的碳纖維的平均厚度可以約為25nm至約25μm。在某些實(shí)施方式中，最終碳纖維或碳薄膜中的石墨片是崩坍的。碳纖維或碳薄膜可以具有一個(gè)微晶石墨區(qū)域，從每一個(gè)石墨片的一個(gè)面上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm。在某些實(shí)施方式中，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去至少約2nm。本發(fā)明的各其它實(shí)施方式針對(duì)碳纖維或碳薄膜?？梢杂蒀NT與一種含丙烯腈的聚合物來形成碳纖維或碳薄膜。這些碳纖維的平均直徑可約為IOnm至約ΙΟμπι;碳薄膜的平均厚度可約為25nm至約25μm。在某些情形中，碳纖維的平均直徑可以小于或等于約500nm，而碳薄膜的平均厚度可以小于或等于約Ιμπι。在碳纖維或碳薄膜中可以發(fā)現(xiàn)微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm。在某些實(shí)施方式中，微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。碳纖維或碳薄膜可以有崩坍的CNT。碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率比那些不含有CNT的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。取決于纖維或薄膜具體的尺寸不同，在某些實(shí)施方式中，它們可以是光學(xué)透明的。碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度可比那些無CNT形成的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高0.65GPa。碳纖維或碳薄膜的拉伸模量比那些無CNT形成的碳纖維或碳薄膜的拉伸模量至少高75GPa。本發(fā)明還有其它實(shí)施方式針對(duì)碳纖維或碳薄膜?？梢杂墒c一種含丙烯腈的聚合物來形成碳纖維或碳薄膜。這些碳纖維的平均截面尺寸約為IOnm至約ΙΟμπι;碳薄膜的平均厚度約為25nm至25μm。在某些情形中，碳纖維的平均直徑可以小于或等于約500nm，而碳薄膜的平均厚度可以小于或等于約Ιμπι。在碳纖維或碳薄膜中可以發(fā)現(xiàn)微晶石墨區(qū)域從該石墨片的一個(gè)面上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm。在某些實(shí)施方式中，微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)石墨片的一個(gè)面上徑向地延伸出去至少約2nm。碳纖維或碳薄膜可以有崩坍的石墨片。碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率可比那些不含有石墨片的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。取決于纖維或薄膜具體的尺寸不同，在某些實(shí)施方式中，它們可以是透光的。碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比那些無石墨片形成的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高約0.65GPa。碳纖維或碳薄膜的拉伸模量比那些無石墨片形成的碳纖維或碳薄膜的拉伸模量至少高約75GPa。在結(jié)合附圖參閱以下詳細(xì)的描述時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員就會(huì)明了本發(fā)明的實(shí)施方式的其它的方面和特點(diǎn)。圖1(a)和(b)為過程的流程圖，說明了依照本發(fā)明的某些實(shí)施方式來制造碳纖維或碳薄膜的方法。圖2為依照本發(fā)明的某些實(shí)施方式的雙組分?jǐn)D出設(shè)備的示意圖。圖3為依照本發(fā)明的某些實(shí)施方式的各雙組分纖維的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為依照本發(fā)明的某些實(shí)施方式的各雙組分薄膜的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。圖5包括(a)高分辨率透射電鏡(HR-TEM)圖像和(b)原始CNT的拉曼光譜。圖6包括掃描電鏡(SEM)圖像，顯示PAN/CNT島型纖維從PMMA海洋型組分分離出來，以(a)低放大倍數(shù)和(b)高放大倍數(shù)。圖7為在穩(wěn)定化和炭化過程中使纖維內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力或張力的設(shè)備示意圖。圖8包括已炭化的PAN和PAN/CNT(99/1)纖維的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖9包括已炭化的PAN和PAN/CNT纖維的拉伸強(qiáng)度隨纖維截面積的變化。圖10包括(a)已炭化的PAN島型纖維和(b)炭化的PAN/CNT島型纖維的斷裂面的SEM圖像。圖11包括(a)已炭化的PAN和(b)-(d)已炭化的PAN/CNT纖維的HR-TEM圖像。圖12包括已炭化的島型PAN和PAN/CNT(99/1)纖維的拉曼光譜。具體實(shí)施例方式現(xiàn)參照附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的典型實(shí)施方式，圖中相同的標(biāo)記數(shù)字表示整個(gè)幾張圖中相同的部件。通過該敘述，各組件可被認(rèn)為具有特定的數(shù)值或者參數(shù)，但是，這些是作為典型實(shí)施方式而提供的。事實(shí)上，典型實(shí)施方式并不限制本發(fā)明的各個(gè)方面和概念，因?yàn)榭梢圆捎迷S多類似的參數(shù)，大小尺寸，范圍，和/或數(shù)值。術(shù)語”第一”，“第二”等，并非指的是順序，數(shù)量，或者重要性，而只是用來相互之間的區(qū)分。此外，術(shù)語”一個(gè)”、“一種”和”該”并非限制數(shù)量，而是表示”至少有一個(gè)”標(biāo)記項(xiàng)目的存在。這里披露的小直徑碳纖維和小厚度碳薄膜是由含丙烯腈的聚合物形成的。另外，碳纖維和/或碳薄膜任選地可以由包括含丙烯腈的聚合物及碳納米管(CNT)的復(fù)合物來形成。在其它的實(shí)施方式中，碳纖維和/或碳薄膜任選地可以由包括含丙烯腈的聚合物及個(gè)別或多組的石墨片的復(fù)合物來形成。將CNT和/或石墨片結(jié)合到碳纖維和/或碳薄膜的前體中所得到的碳纖維和/或碳薄膜展現(xiàn)出許多有益的特性，以下將更詳細(xì)地描述。這里所述的用以制得小尺寸(即，小直徑或小厚度)的碳纖維或碳薄膜的含丙烯腈的聚合物可以包括含有一種丙烯腈單體和另一種(即，至少另外一種)單體的共聚物。因此，術(shù)語“共聚物”也包括具有多于兩種不同單體的三聚物和其它聚合物。含丙烯腈的聚合物的例子包括，但不限于，聚丙烯腈(PAN)，聚(丙烯腈-丙烯酸甲酯)，聚(丙烯腈-甲基丙烯酸)，聚(丙烯腈-丙烯酸)，聚(丙烯腈-衣康酸)，聚(丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯)，聚(丙烯腈-衣康酸-丙烯酸甲酯)，聚(丙烯腈-甲基丙烯酸-丙烯酸甲酯)，聚(丙烯腈_乙烯基吡啶)，聚(丙烯腈_氯乙烯)，聚(丙烯腈_醋酸乙烯酯)，以及它們的組合。丙烯腈共聚物中共聚單體的相對(duì)數(shù)量，以及含丙烯腈聚合物的分子量取決于纖維或薄膜需要具有哪些性質(zhì)。盡管可以采用不同的數(shù)量，但理想的是，丙烯腈單體的加入量占整個(gè)含丙烯腈的聚合物總重量的約85重量％以上。另外，盡管可以采用其它的分子量范圍，含丙烯腈的聚合物分子量?jī)?yōu)選范圍為約50，OOOg/摩爾至約2，000,OOOg/摩爾，而更為理想的是100，OOOg/摩爾至500，OOOg/摩爾。這里所述的用以制得小尺寸的碳纖維或碳薄膜的碳納米管可以是任何類型的碳納米管，包括單壁碳納米管(SWNT)，雙壁碳納米管(DWNT)，三壁碳納米管(TWNT)，多壁碳納米管(MWNT)等，或者包含兩種或多種上述類型碳納米管的組合(例如，SWNT與DWNT的混合物，DWNT與TWNT的混合物，SWNT,DffNT與TWNT的混合物等)。CNT可以是管狀的或崩坍的碳納米管。碳納米管可采用任何已知的方法來制得，包括但不限于由高溫，高壓一氧化碳的氣相合成，利用含碳原料和金屬催化劑顆粒的催化氣相沉積，激光燒蝕，電弧法，或者任何其它合成碳納米管的方法。合成得到的CNT通常是粉末狀的，但是也可以氈狀，林立狀，微粒狀等排列方式來使用。碳納米管的平均直徑可以約為0.5nm至約25nm，優(yōu)選約0.5nm至約lOnm。在某些實(shí)施方式中，采用平均直徑小于或等于約IOnm的碳納米管是較為理想的。碳納米管的長(zhǎng)度可以大于或等于約lOnm。例如，可以采用長(zhǎng)度為毫米級(jí)的或者甚至厘米級(jí)的碳納米管。CNT的純度以至少95%為宜，最好至少為99%，以使留在CNT樣品中的雜質(zhì)所帶來的負(fù)作用的潛在可能性減少到最低程度。因此，任選地，可以對(duì)CNT進(jìn)行凈化去除非納米管碳，比如無定形碳，以及金屬催化劑的殘留物。凈化過程可以采用任何已知的方法。碳納米管的提純步驟對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。任選地，凈化過的CNT還可以被干燥。同樣，干燥步驟對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。任選地，CNT還可以在其端部和/或側(cè)面用一官能團(tuán)來衍生。這些官能團(tuán)可包括烷基、?；⒎蓟?、芳烷基、鹵素、取代或非取代的硫醇、取代或非取代的氨基、羥基、0R’，式中R’可包括烷基、?；⒎蓟?、芳烷基、取代或非取代的氨基、取代或非取代的硫醇、和商素；或者直鏈或環(huán)狀的碳鏈，任選地被一個(gè)或多個(gè)雜原子阻斷，并任選地被一個(gè)或多個(gè)=O或=S、羥基、氨烷基、氨基酸、或肽所取代?？梢栽O(shè)計(jì)取代的程度以實(shí)現(xiàn)所需要的化學(xué)效果，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是可以理解的。作為一個(gè)例子，在烷基，?；?，芳基，烷芳基基團(tuán)中的碳原子數(shù)的范圍可為1至約30。任選地，CNT的主鏈中還可以包含非碳元素。根據(jù)碳纖維或碳薄膜的具體用途，例如，諸如硼，氮，硫，硅等可以包含在CNT的主鏈中。同樣，這里所述的用以制得小尺寸的碳纖維或碳薄膜的石墨片可以采用任何已知的合成方法制得。石墨片的平均寬度可以約為0.5nm至約lOOnm，優(yōu)選約0.5nm至約50nm。在某些實(shí)施方式中，采用平均寬度小于或等于約IOnm的石墨片是較為理想的。石墨片的平均長(zhǎng)度可以大于或等于約lOnm。例如，可以采用長(zhǎng)度為毫米級(jí)的或者甚至厘米級(jí)的石墨片。石墨片的平均厚度可為約0.5nm至約25nm，理想的是約0.5nm至lOnm。當(dāng)用多組石墨片來制造小尺寸碳纖維或碳薄膜時(shí)，一組中可多達(dá)75片的石墨片。與處理CNT的方式一樣，最好將石墨片凈化以使留在石墨片樣品中的雜質(zhì)所帶來的負(fù)作用的潛在可能性減少到最低程度。就像碳納米管一樣，石墨片可以被衍生和/或在骨架中包含非碳元素?？梢赃M(jìn)行任選的衍生以及將非碳元素結(jié)合進(jìn)骨架中，以使碳纖維或碳薄膜中的石墨片的聚集減少到最低程度。如下所述，碳纖維和碳薄膜的小尺寸可通過制備多組分或共軛的纖維或薄膜來得至IJ，從而可得到所需的小尺寸的纖維或薄膜。使用多組分纖維或薄膜加工克服了現(xiàn)有的纖維或薄膜加工設(shè)備的尺寸限制的缺陷，同時(shí)提供了從單根多組分纖維或薄膜找回許多小尺寸纖維或薄膜的可能性?，F(xiàn)參照?qǐng)D1(a)和(b)，示出了根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施方式分別表示制造小尺寸或小厚度的碳纖維或碳薄膜的工藝流程，一般指定為100。為簡(jiǎn)便起見，圖1(a)和(b)所示的工藝流程參照一種雙組分系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是，在多組分纖維或薄膜中可存在兩種以上的組分。因此，盡管提到一種第二組分，如在圖中所示以及下文所述關(guān)于第二組分的加工，對(duì)于第三組分，第四組分等等的加工也是考慮到的。圖1(a)表示由一種含丙烯腈的聚合物而不含CNT或石墨片來制造碳纖維或碳薄膜的工藝流程。過程100始于120，兩種單獨(dú)分開的溶液，每個(gè)獨(dú)立地含有雙組分纖維或薄膜的一種第一組分和一種第二組分，通過一臺(tái)雙組分?jǐn)D出設(shè)備被溶膠擠出或溶液擠出，形成一種雙組分聚合物纖維或薄膜前體。過程100也可包括被分別描述為110和115的第一組分溶液和第二組分溶液的制備過程；或者，溶液可以預(yù)先制備好。該第一組分包括含丙烯腈的聚合物。接著，該雙組分聚合物纖維前體或聚合物薄膜前體可被拉伸(如125所示)以分別形成一種牽引的雙組分聚合物纖維或牽引的聚合物薄膜。下一步，如130所示，牽引的雙組分聚合物纖維或薄膜的第一組分可以與牽的引雙組分聚合物纖維或薄膜的第二組分分離。分離之后，如135所示，牽引的雙組分聚合物纖維或薄膜的第一組分可以被熱穩(wěn)定化。最后，如140和145所示，穩(wěn)定化了的第一組分聚合物纖維或薄膜可以被分別炭化和石墨化，形成最終的碳纖維或碳薄膜。還可以用另外一種方法，該雙組分聚合物纖維或薄膜在拉伸(如125所示)之后可以被熱穩(wěn)定化(如135所示)。一經(jīng)穩(wěn)定化，該雙組分纖維或薄膜可以被分離(如130所示)。經(jīng)過分離過程130之后，雙組分纖維或薄膜的第一組分可以被炭化(如140所示)。最終，經(jīng)過炭化過程140之后，雙組分纖維或薄膜的第一組分可以被石墨化(如145所示)。如下面更詳細(xì)地描述的那樣，還可能由于雙組分聚合物纖維或薄膜在穩(wěn)定化過程135之中所經(jīng)受的溫度，使得該第一組分將會(huì)從第二組分中分離出來。在這些實(shí)施方式中，雙組分聚合物纖維或薄膜的第一組分可以在牽引的雙組分聚合物纖維或薄膜穩(wěn)定化過程135之后被炭化(如140所示)，而無需利用實(shí)際的分離步驟130。并且，在炭化過程140之后，雙組分纖維或薄膜的第一組分可以經(jīng)歷石墨化過程145以形成最終的碳纖維或碳薄膜。在典型的實(shí)施方式中，溶膠-或溶液-擠出步驟120，拉伸步驟125，分離步驟130，穩(wěn)定化步驟135，炭化步驟140，和石墨化步驟145中的一步或多步是連續(xù)進(jìn)行的過程，而非批次進(jìn)行的過程。圖1(b)表示由一種包括含丙烯腈的聚合物以及CNT和/或石墨片的復(fù)合物來制造碳纖維或碳薄膜的工藝流程。盡管圖1(b)所示的工藝流程只提到CNT，但是應(yīng)該理解的是，可以在實(shí)施過程中用石墨片替代CNT，或者除了CNT之外可以再另加石墨片。因此，例如當(dāng)提到牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的穩(wěn)定化過程135時(shí)，一種牽引的雙組分聚合物_石墨片纖維或薄膜，或者一種牽引的雙組分聚合物-CNT/石墨片纖維或薄膜也可以在圖中及下文中所示的工藝條件下通過穩(wěn)定化過程135穩(wěn)定化。圖1(b)所示的過程100始于120，兩種單獨(dú)分開的溶液，每個(gè)獨(dú)立地含有雙組分纖維或薄膜的一種第一組分和一種第二組分，通過一臺(tái)雙組分?jǐn)D出設(shè)備被擠出，形成一種雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜前體。過程100也可包括被分別描述為110和115的第一組分溶液和第二組分溶液的制備過程；或者，溶液可以預(yù)先制備好。該流程的第一組分包括含丙烯腈的聚合物和CNT(無論是合成的，凈化過的，或者衍生了的)。第一組分的溶液是通過使CNT與含丙烯腈的聚合物接觸來制備的。該溶液可以被視為一種聚合物-CNT摻雜物。接著，該雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜前體被拉伸(如125所示)以分別形成一種牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜。圖1(a)所示的流程順序的變更同樣適用于圖1(b)所示的過程100。于是，拉伸步驟125之后，過程100可以進(jìn)行分離步驟130，穩(wěn)定化步驟135，炭化步驟140，和石墨化步驟145；穩(wěn)定化步驟135，分離步驟130，炭化步驟140，和石墨化步驟145；或者，穩(wěn)定化步驟135，炭化步驟140，和石墨化步驟145。就像圖1(a)所示的流程那樣，在典型的實(shí)施方式中，擠出步驟120，拉伸步驟125，分離步驟130，穩(wěn)定化步驟135，炭化步驟140，和石墨化步驟145中的一步或多步是連續(xù)進(jìn)行的過程。圖1(a)和圖1(b)所示的過程的目的是分別制取小尺寸或小厚度的碳纖維或碳薄膜。不過應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，分別具有這些小尺寸或小厚度的極細(xì)微纖維或薄膜可以從拉伸步驟125或穩(wěn)定化步驟135的過程中收集。因此，對(duì)于這些實(shí)施方式而言，這些過程至少不包含炭化步驟140和石墨化步驟145。在下文中，各過程步驟將參照?qǐng)D1(b)所示的流程來描述。但是，應(yīng)該理解到，除了制備第一組分溶液的步驟110之外，在不違背以下提供的細(xì)節(jié)與參數(shù)的前提下，以下描述的步驟同樣適用于圖1(a)所示的流程(即，利用含丙烯腈的聚合物而沒有CNT和/或石墨片來制取碳纖維或碳薄膜)。因此，例如當(dāng)提到一種牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的穩(wěn)定化步驟135時(shí)，一種牽引的雙組分聚合物(無CNT和/或石墨片)纖維或薄膜也可以在以下描述的參數(shù)所包括的一般條件下經(jīng)過步驟135被穩(wěn)定化。同樣應(yīng)該理解到，任何提到的CNT的數(shù)量，比例等只是指如圖1(b)所示的流程。為了簡(jiǎn)便起見(即，為了盡量減少文字的重復(fù)，不要把關(guān)于CNT的過程步驟，條件，數(shù)量，比例等關(guān)于石墨片再來描述一遍)，應(yīng)該理解到，所有提到CNT的，通過延伸，都意味著包括石墨片，不論它是作為CNT的替代品還是與CNT組合在一起使用。第一組分溶液是通過使CNT與含丙烯腈的聚合物接觸來制備的，為了完成該步驟110，先將CNT(延伸出去，和/或石墨片)分散在一種溶劑中，然后加入含丙烯腈的聚合物?；蛘?，可將CNT與含丙烯腈的聚合物同時(shí)在該溶劑中混合(即，不是分步進(jìn)行)。還可以采用的方法是先將含丙烯腈的聚合物分散在一種溶劑中，接著加入CNT，該CNT可以是干的，也可以是已分散在相同的或不同的溶劑中。還有另外一種可以采用的方法，CNT可以與含丙烯腈的聚合物結(jié)合在一熔體中。還可以將干的CNT或在溶液中的CNT加到含丙烯腈的聚合物中去，而該含丙烯腈的聚合物處于單體階段，或者處于聚合反應(yīng)的任何階段，該聚合反應(yīng)的結(jié)果會(huì)生成該含丙烯腈的聚合物。該溶劑最好是能增溶(即，至少部分溶解)CNT和含丙烯腈的聚合物的。二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAc)是可以用于懸浮或增溶聚丙烯腈聚合物和共聚物的典型溶劑。其它的可以用于懸浮或增溶聚丙烯腈聚合物和共聚物的有機(jī)溶劑的例子包括，但不限于，二甲基亞砜(DMSO)，碳酸亞乙酯，亞丙基碳酸酯(dioxanone)，氯乙腈，二甲砜，碳酸亞丙酯，丙二腈，丁二腈，己二腈，Y-丁腈，乙酐，ε-己內(nèi)酰胺，雙(2-氰乙基)醚，雙(4-氰丁基)砜，氯乙腈/水，氯乙腈，氰基乙酸，磷酸二甲酯，四亞甲基亞砜，戊二腈，琥珀腈，N-甲酰六亞甲基亞胺，2-羥乙基甲基砜，N-甲基-β-氰乙基甲酰胺，二硫代氰酸亞甲酯，N-甲基-α，α,α，-三氟乙酰胺，1-甲基-2-吡啶酮，3，4_硝基苯酚，硝基甲烷/水(946)，Ν-亞硝基哌啶，2-噁唑烷酮，1，3，3，5-四氰基戊烷，1，1，1_三氯-3-硝基-丙烷和對(duì)-苯酚-磺酸。無機(jī)溶劑的例子包括，但不限于，含水濃酸，如濃硝酸(約69.5重量％的HNO3)，濃硫酸(約96重量％的H2SO4)等；濃的鹽溶液，如ZnCl2,LiBr,NaSCN等。在溶劑中分散納米管和/或含丙烯腈的聚合物的混合技術(shù)或方法包括，但不限于，聲波震蕩(即，使用超聲波槽或者超聲波頭)，勻化法(例如利用生物均化器)，機(jī)械攪拌(例如利用磁力攪拌棒)，高剪切混合方法，擠出法(例如單螺桿或多螺桿擠出機(jī))等。在某些實(shí)施方式中，可用加熱來促進(jìn)CNT和/或含丙烯腈的聚合物在溶劑中的分散。一般地說，可以加熱至溶劑的沸點(diǎn)?；旌蠒r(shí)間取決于各個(gè)參數(shù)，它包括，但不限于，溶劑，混合物的溫度，納米管和/或含丙烯腈的聚合物的濃度，以及混合技術(shù)。混合時(shí)間是制備成一個(gè)一般地說均勻的懸浮液或分散液所需要的時(shí)間。在將CNT和/或含丙烯腈的聚合物分散在選擇好的溶劑中形成一懸浮液之后，可任選地將一些溶劑去除掉。可以用任何已知的方法來除去溶劑，像加熱，抽真空，環(huán)境條件下的溶劑蒸發(fā)等。調(diào)整懸浮液中溶劑濃度所需要的時(shí)間和溫度取決于各個(gè)參數(shù)，包括，但不限于，所采用的具體溶劑，要除去多少溶劑，以及該溶劑的性質(zhì)。在具體溶劑中含丙烯腈的聚合物的濃度取決于各個(gè)因素，其中之一是含丙烯腈的聚合物的分子量。選擇聚合物溶液的濃度使其粘度能讓選好的纖維或薄膜的擠出技術(shù)得到一個(gè)理想的結(jié)果。一般地說，就聚合物溶液的制備而論，聚合物分子量與聚合物濃度呈負(fù)相關(guān)。換言之，聚合物的分子量越高，聚合物的濃度就要越低以得到一個(gè)理想的粘度。舉例來說，在DMF或DMAc中，含丙烯腈的聚合物分子量的數(shù)量級(jí)在約50，OOOg/摩爾時(shí)，溶液濃度可達(dá)到高至約25重量％；含丙烯腈的聚合物分子量的數(shù)量級(jí)在約250，OOOg/摩爾時(shí)，溶液濃度可達(dá)到高至約15重量含丙烯腈的聚合物分子量的數(shù)量級(jí)在約1000，OOOg/摩爾時(shí)，溶液濃度可達(dá)到高至約5重量％。在其它可變因素中，具體的聚合物組成，具體的溶劑，以及溶液溫度也可能會(huì)影響溶液的濃度。當(dāng)含丙烯腈的聚合物被加入到納米管-溶劑的懸浮液中時(shí)，它被均質(zhì)化以形成光學(xué)上均勻的聚合物-CNT溶液或懸浮液，也稱為一種”摻雜物”?？梢砸淮伟讶亢╇娴木酆衔锛尤脒M(jìn)去，逐步地連續(xù)加入，或者分步地制得一般地說均勻的溶液?？梢圆捎萌魏蔚募夹g(shù)，像機(jī)械攪拌法，聲波震蕩法，均質(zhì)法，高剪切混合法，擠出法，或它們的組合來混合聚合物以制備光學(xué)上均勻的溶液。同樣，當(dāng)CNT與含丙烯腈的聚合物同時(shí)與溶劑一起混合時(shí)，該三種組分混合形成一種光學(xué)上均勻的聚合物-CNT摻雜物?？梢圆捎萌魏蔚募夹g(shù)，像機(jī)械攪拌法，聲波震蕩法，均質(zhì)法，高剪切混合法，擠出法，或它們的組合來混合納米管與聚合物以制備光學(xué)上均勻的溶液。通常，納米管將構(gòu)成摻雜物的約0.001重量％至約40重量％，約0.01重量％至約5重量％是理想的。在選擇雙組分系統(tǒng)的第二組分時(shí)并無特別的限制。一般地說，第二組分要選得使它能與第一組分一起擠出和拉伸，但又能以下面要描述的許多方法中的任何一種與第一組分分離開來。所以，該第二組分聚合物應(yīng)當(dāng)不可與第一組分的含丙烯腈的聚合物發(fā)生交聯(lián)。會(huì)影響第二組分聚合物的選擇的因素包括粘度，熔化溫度，與含丙烯腈的聚合物的相容性，流變學(xué)性質(zhì)等。例如，兩個(gè)聚合物組分的粘度值應(yīng)該類似。否則的話，在擠出步驟中，粘度較高的組分會(huì)對(duì)抗重排，引起組分在纖維或薄膜截面上的分布扭曲。同樣，在用加熱手段來使雙組分纖維或薄膜的兩種組分分離時(shí)，第二組分聚合物的熔點(diǎn)不應(yīng)該與第一組分的含丙烯腈的聚合物的熔點(diǎn)基本類似，因?yàn)樗锌赡軙?huì)使分離過程變得復(fù)雜化。第二組分聚合物的實(shí)際選擇對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員不會(huì)有困難。制備第二組分的溶液的方法可包括將第二組分聚合物分散或溶解在一種溶劑中。該溶劑最好是能增溶該第二組分聚合物。在典型的實(shí)施方式中，該溶劑與用于制備第一組分溶液的溶劑相同。在制備了第一組分溶液和第二組分溶液之后，兩個(gè)溶液通過共擠出步驟120形成聚合物-CNT纖維或薄膜。這里所用的術(shù)語”擠出”意指通常不僅包括用來制取可拉伸的雙組分薄膜的拉伸方法，而且還包括用來制取可拉伸的雙組分纖維的抽絲方法。擠出步驟120可以采用任何制取可拉伸的纖維或薄膜的方法來實(shí)現(xiàn)。適合于制取可拉伸的纖維或薄膜的方法的例子包括，但不限于，凝膠擠出法(它包括凝膠抽絲法)，濕式擠塑法(它包括濕式紡絲法)，干式擠塑法(它包括干式紡絲法)，干噴濕式擠塑法(它包括干噴濕紡法)，電擠塑法(它包括電紡絲法)，熔融擠塑法(它包括熔體抽絲法)等。當(dāng)擠出薄膜時(shí)，采用縫型模頭。在組分溶液通過多孔噴絲嘴或模頭被擠出之后，纖維或薄膜分別以與所采用的擠出技術(shù)相協(xié)調(diào)的方式經(jīng)步驟125被拉伸。在一個(gè)典型的實(shí)施方式中，用于擠出組分溶液的技術(shù)是凝膠擠塑法。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，可以改變聚合物濃度，溶劑濃度，膠凝介質(zhì)，膠凝時(shí)間來實(shí)現(xiàn)牽引的纖維或薄膜所需要的特性。通過采用一種雙組分?jǐn)D出設(shè)備來完成擠出步驟120。圖2提供了這樣一臺(tái)設(shè)備的示意圖，通稱為200。如圖所示，各組分的溶液分別被引入設(shè)備200。各個(gè)溶液可以被儲(chǔ)存在一個(gè)室中，該室可以任選地被加熱以使每個(gè)組分的溶液獲得理想的流變學(xué)特性。各個(gè)溶液可以流經(jīng)一個(gè)過濾器以使擠出的雙組分纖維或薄膜中留有雜質(zhì)的可能性減至最低。流經(jīng)過濾器之后，需要的話，各組分的溶液分別進(jìn)入一個(gè)控制每個(gè)溶液的分布或流徑的裝置。隨后，各組分的溶液通過多孔噴絲嘴或模頭，生產(chǎn)出雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜。可以獲得許多擠出的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的幾何結(jié)構(gòu)。圖3和圖4分別了示出纖維和薄膜的有代表性的，非限制性的幾何結(jié)構(gòu)組。圖3所示的幾何結(jié)構(gòu)包括所謂的”海島型”，“芯_套型”，“并排型”，“疊層型”和”鑲餅型”。圖4所示的幾何結(jié)構(gòu)包括所謂的“芯-套型”和“并排型”?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)能控制每個(gè)溶液進(jìn)入多孔噴絲嘴或模頭的分布或流徑的裝置來生產(chǎn)出理想的具體幾何結(jié)構(gòu)。這些裝置為大家所熟知，市場(chǎng)上有售，它們通常包含一塊或多塊分料器板，在板上的一個(gè)面或兩個(gè)面上蝕刻出分料器流徑，將聚合物組分分配至合適的多孔噴絲嘴或模頭入口孔的位置。分配路徑可以足夠小以促進(jìn)產(chǎn)生多股不連續(xù)的聚合物組分物流，與軸平行地進(jìn)入每個(gè)多孔噴絲嘴或?？兹肟诳?，如此得到的擠出纖維或薄膜能具有理想的幾何結(jié)構(gòu)?？梢栽诙际谟璋退狗?BASF)公司的美國(guó)專利No.5，162，074，5，344，297，5，466，410，5，533，883，5，551，588，5，575，063，5，620，644等，以及都授予希爾股份有限公司(Hills,Inc.)的美國(guó)專利No.5，462，653，5，562，930等中找到這樣的裝置的具體例子。經(jīng)過擠出步驟120之后，雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜可以經(jīng)步驟125被拉伸。拉伸過的全部雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜(即，包含第一組分以及第二組分)的直徑或厚度可以分別被多孔噴絲嘴或模頭的孔的大小尺寸來控制。這些直徑或厚度也可以由纖維或薄膜內(nèi)的第一組分的數(shù)目來控制。牽引的雙組分聚合物-CNT纖維的平均直徑可約為IOOnm至約1mm。更具體地說，牽引的雙組分聚合物-CNT前體纖維的平均直徑可約為IOOnm至約100μm。類似地，牽引的雙組分聚合物-CNT薄膜前體的平均厚度可約為50nm至約500μm。更具體地，牽引的雙組分聚合物-CNT前體薄膜的平均厚度可約為IOOnm至約ΙΟΟμπι。在牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜中，CNT可以是管狀的，或者它們可以是扁平的或崩坍的。在某些實(shí)施方式中，尤其是CNT的平均直徑小于或等于約15nm時(shí)，扁平狀或崩坍的CNT可變成散開的或展開的形狀，如此就成為寬度約為0.5nm至約IOOnm的石墨片ο所有的牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜本身都具有令人滿意的特性。例如，牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的拉伸強(qiáng)度可達(dá)約0.25GPa至約2GPa。在某些情形下，拉伸強(qiáng)度至少可達(dá)lGPa。牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的初始拉伸模量也可達(dá)約15GPa至約30GPa；在某些情形下，拉伸模量至少可達(dá)約25GPa。牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的結(jié)晶度可至少為約50%，在某些情形下，結(jié)晶度至少可達(dá)70%。最后，牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的分子定向至少為約0.75，某些纖維或薄膜的分子定向至少達(dá)約0.9。在經(jīng)過了拉伸步驟125之后，牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜可以經(jīng)受兩步加工過程中的一步。牽弓I的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜可以經(jīng)歷分離步驟130，或者，牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜可以經(jīng)歷熱穩(wěn)定化步驟135。在分離步驟130中，包含CNT和含丙烯腈的聚合物的第一組分與牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的第二組分分離開來。分離的實(shí)現(xiàn)可以利用化學(xué)處理方法將第二組分溶解掉，如果第一組分與第二組分之間的界面較差，則可利用聲波震蕩的方法，溫和的加熱處理使第二組分熔化掉，更強(qiáng)烈些的加熱處理使第二組分燒掉等方法。經(jīng)過分離步驟130之后，牽引的雙組分聚合物-CNT纖維或薄膜的第一組分可以經(jīng)歷步驟135被穩(wěn)定化或者步驟140被炭化(如果它先前已經(jīng)經(jīng)過步驟135被穩(wěn)定化了)。穩(wěn)定化步驟135—般包含加熱處理，其中，不論牽引的聚合物-CNT纖維或薄膜是否已被分離，任選地，它們可以被置于應(yīng)力或張力作用下。加熱處理過程在氧化性氣氛中發(fā)生。在此氧化性穩(wěn)定化過程中，第一組分的含丙烯腈的聚合物經(jīng)受了化學(xué)變化，導(dǎo)致它的密度提高。相信在某些實(shí)施方式中，穩(wěn)定化過程導(dǎo)致含丙烯腈的聚合物的結(jié)晶，產(chǎn)生一種稱之為”梯型聚合物”的物質(zhì)。此外，還有可能發(fā)生了一些氫的析出和/或氧的吸收。一般地說，穩(wěn)定化步驟135于約200°C至約400°C溫度下在空氣中進(jìn)行，可以延續(xù)最長(zhǎng)至36小時(shí)，優(yōu)選約30秒鐘至約24小時(shí)。確切的穩(wěn)定和停留時(shí)間部分地取決于含丙烯腈的聚合物的組成，牽引的聚合物-CNT纖維直徑或薄膜厚度，以及第二組分先前是否已經(jīng)被分離掉了。在某些實(shí)施方式中，加熱處理可以分多步進(jìn)行。接著，所述雙組分纖維或薄膜的已經(jīng)穩(wěn)定化了的第一組分可以經(jīng)歷分離步驟130或者炭化步驟140。炭化步驟140通常包含在一惰性環(huán)境(例如氮?dú)?，氦氣，氬氣?中的加熱處理過程，其溫度要比穩(wěn)定化過程的溫度高。這一步驟可用穩(wěn)定化了的第一組分纖維或薄膜在張力或應(yīng)力條件下進(jìn)行。在炭化步驟140中，穩(wěn)定化了的第一組分纖維或薄膜的含碳量提高了(例如，超過90重量％)，形成了三維的碳結(jié)構(gòu)。這一般是通過熱解作用發(fā)生的。一般地說，炭化步驟140于約500°C至約1800°C的溫度下進(jìn)行?？梢匝永m(xù)最長(zhǎng)至2小時(shí)，優(yōu)選約1毫秒至約60分鐘。確切的穩(wěn)定和停留時(shí)間部分地取決于含丙烯腈的聚合物的組成，以及CNT在組合物中的濃度。例如，采用較高的炭化溫度可以使模量提高。在某些實(shí)施方式中，加熱處理可以分多步進(jìn)行。經(jīng)過炭化步驟140之后，雙組分纖維或薄膜的第一組分可以經(jīng)歷石墨化步驟145。石墨化步驟145通常包含在一惰性環(huán)境中的加熱處理過程，其溫度要比炭化過程的溫度更高。石墨化步驟145中不使用氮?dú)?，因?yàn)榈芘c碳發(fā)生反應(yīng)生成氮化物。這一步驟可用炭化了的第一組分纖維或薄膜在張力或應(yīng)力條件下進(jìn)行。一般地說，石墨化步驟145于約1800°C至約2800°C的溫度下進(jìn)行?？梢匝永m(xù)最長(zhǎng)至約1小時(shí)，優(yōu)選約1毫秒至約15分鐘。確切的溫度和停留時(shí)間還部分地取決于含丙烯腈的聚合物的組成，以及CNT在組合物中的濃度。在某些實(shí)施方式中，加熱處理可以分多步進(jìn)行。現(xiàn)在要提到得到的含CNT和/或石墨片的碳纖維和碳薄膜。如前面提到的那樣，應(yīng)該理解到，為了簡(jiǎn)便起見和盡量減少文字的重復(fù)，所有提到CNT的，通過延伸，都意味著包括石墨片，不論它是作為CNT的替代品還是與CNT組合在一起使用。在某些情形中，為明確起見，在第一次描述時(shí)會(huì)提及對(duì)于石墨片有類似的條件/性質(zhì)，在剩下的文本中則不再重復(fù)。最終的碳纖維的平均直徑通常約為IOnm至約10μm。更具體地，它們的平均直徑可約為12nm至約5μm。最終的碳薄膜的平均厚度通常約為25nm至約25μm。更具體地，它們的平均厚度約為50nm至約5μπι。對(duì)于薄膜的寬度并無特別的限制。取決于纖維或薄膜的具體尺寸，薄膜或纖維可以是光學(xué)透明的。CNT在最終碳纖維或碳薄膜中的存在量約為0.001重量％至約80重量％，優(yōu)選約0.01重量％至約5重量％。在典型的實(shí)施方式中，最終碳纖維或碳薄膜中的CNT是崩坍的。也就是說，一般看不到CNT以大的CNT束或索存在；一般看不到石墨片以重疊的片堆存在。更具體地，在這些實(shí)施方式中，在最終的碳纖維或碳薄膜中CNT(和/或石墨片)以單獨(dú)的納米管(和/或石墨片)或者以組(和/或堆)存在，每組平均少于10個(gè)納米管(和/或石墨片)。在某些實(shí)施方式中，每組平均少于5個(gè)納米管。在另外的實(shí)施方式中，觀察到每組少于3個(gè)納米管。不涉及到理論，據(jù)信納米管的崩坍以不同的方式進(jìn)行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，提高納米管的濃度導(dǎo)致在最終碳纖維或碳薄膜中更多的集束。因此，可以采用較低濃度的CNT以實(shí)現(xiàn)納米管的崩坍。另外，在拉伸步驟125中，相信有規(guī)律的或連續(xù)的拉伸會(huì)產(chǎn)生CNT更好的崩坍。舉例來說，在溶液制備步驟110中將一種稀的分散液(例如，300毫升的溶劑中有10毫克小直徑的CNT)與含丙烯腈的聚合物混合，然后在拉伸步驟125中有規(guī)律地拉伸，可以得到碳纖維中的CNT個(gè)別地存在或者以平均少于3個(gè)納米管的組存在。這里披露的工藝流程的一個(gè)有利特征是石墨化步驟145不是必須的。事實(shí)上，即使沒有石墨化這一步驟，存在于含丙烯腈的聚合物中的CNT在炭化步驟140的較低溫度下引發(fā)了石墨化。具體地，炭化之后，可以觀察到一個(gè)微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm。就石墨片而論，該微晶石墨區(qū)域可直接從該石墨片的一個(gè)面上延伸出去約0.34nm至約50nm。更普通地，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT(和/或石墨片)的壁上(和/或表面上)徑向地(和/或直接地)延伸出去約Inm至約30nm。在某些情形下，微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。換言之，存在于聚合物_納米管混合物中的1重量％的CNT對(duì)于CNT周圍的聚合物產(chǎn)生的影響使其反應(yīng)性提高了約30%?？紤]到本發(fā)明工藝流程的炭化步驟140的較低溫度，這些結(jié)果是十分令人吃驚的。另外，在穩(wěn)定化，炭化，和任選的石墨化步驟中的一個(gè)或多個(gè)步驟對(duì)纖維或薄膜施加了張力，相信這也有助于CNT周圍石墨區(qū)域的結(jié)晶。因此，在典型的實(shí)施方式中，在這些步驟的每一步中都對(duì)纖維或薄膜施加了張力。這里披露的工藝流程的另一個(gè)有利特征是，將牽引的纖維或薄膜穩(wěn)定化和炭化(和任選地石墨化)，使得生產(chǎn)出的碳纖維和碳薄膜的拉伸模量和拉伸強(qiáng)度提高了。一般地說，往聚合物-納米管混合物中添加約1重量％的〔附，與采用相同制備步驟但沒有任何CNT制備的碳纖維或碳薄膜相比，拉伸強(qiáng)度至少可以提高0.5GPa，拉伸模量至少可以提高50GPa。對(duì)于纖維或薄膜來說，往聚合物-納米管混合物中添加約1重量％的CNT就可以實(shí)現(xiàn)拉伸強(qiáng)度和/或拉伸模量提高至少50%(仍然與采用相同制備步驟但沒有任何CNT制備的碳纖維或碳薄膜相比)。最終的碳纖維或碳薄膜的拉伸強(qiáng)度可高達(dá)約IOGPa或者更高，拉伸模量可高達(dá)約750GPa或者更高。例如，由PAN和CNT通過凝膠擠出法制得的經(jīng)炭化過而未經(jīng)石墨化步驟的碳纖維可展現(xiàn)出高達(dá)約6GPa的拉伸強(qiáng)度，以及高達(dá)約600GPa的拉伸模量。也可制得碳纖維或碳薄膜具有比拉伸強(qiáng)度更高的抗壓強(qiáng)度。還觀察到本發(fā)明制得的碳纖維或碳薄膜的另一個(gè)改進(jìn)包括電導(dǎo)率的改進(jìn)。采用這里描述的工藝流程所制備的碳纖維或碳薄膜的電導(dǎo)率與沒有任何CNT的碳纖維或碳薄膜相比，提高了至少約25%。在一個(gè)實(shí)施方式中，電導(dǎo)率提高了50%以上。在某些實(shí)施方式中，與沒有任何CNT的碳纖維或碳薄膜相比，電導(dǎo)率變成2倍以上，5倍以上，甚至10倍以上。將參照以下非限制性的實(shí)施例來進(jìn)一步闡述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式。實(shí)施例例1海島型雙組分纖維該例中，采用海島型雙組分截面幾何結(jié)構(gòu)和凝膠抽絲法制得了小直徑的聚丙烯腈(PAN)和PAN/碳納米管(CNT)的復(fù)合物纖維，其有約99重量％的PAN和約1重量％的CNT(99/1)。接著，海洋組分聚合物通過完全的熱降解在穩(wěn)定化階段被除去，島型組分被穩(wěn)定化和炭化，得到PAN和PAN/CNT基的碳纖維，其有效直徑為約1μm或更小。如在本實(shí)施例中將要更詳細(xì)地描述的那樣，采用這種方法加工制得的PAN/CNT(99/1)基碳纖維呈現(xiàn)出約4.5GPa的拉伸強(qiáng)度(2.5N/tex)和約463GPa的拉伸模量(257N/tex)，而在同樣條件下加工制得的對(duì)照PAN基碳纖維的這些數(shù)值分別為約3.2GPa(l.8N/tex)和約337GPa(187N/tex)。這些小直徑的碳纖維的性質(zhì)也與較大直徑(即大于約6μm)的PAN和PAN/CNT基碳纖維進(jìn)行了比較。PAN的粘均分子量約為250，OOOg/摩爾，由日本依克絲蘭(Exlan)有限公司獲得。碳納米管(批號(hào)Lot#X0-021UA)由尤尼帶(Unidym)股份有限公司(Houston，TX)獲得，根據(jù)在空氣中的熱失重分析(TGA)，用于本研究中的CNT含有約1.6重量％的催化雜質(zhì)。如圖5(a)所示，高分辨率透射電鏡(HR-TEM)揭示出該CNT為一個(gè)雙壁碳納米管和三壁碳納米管的混合物，其中很少有多壁碳納米管。如圖5(b)所示，CNT的拉曼光譜沒有徑向透氣模式(radialbreathingmode)。聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的分子量約為85，000至150，000g/mol，由塞洛工業(yè)公司(CyroIndustries)(Orange,CT)獲得，被用作犧牲”海洋”組分。二甲基甲酰胺(DMF)由西格馬-奧爾德里奇(Sigma-Aldrich)公司獲得。CNT以約40mg/L的濃度，室溫下利用聲波震蕩(布蘭森(Branson)3510R-MT，100W,42kHz)約24小時(shí)被分散在DMF中。約14.85克的PAN在約80°C下溶解在約IOOmL的DMF中。往該P(yáng)AN/DMF溶液中加入光學(xué)均勻的CNT/DMF分散液。任何過量的溶劑通過約80°C下的真空蒸餾被蒸發(fā)掉，同時(shí)攪拌，得到理想的溶液濃度(每100毫升溶劑約15克固體)。海洋組分的溶液是將約55克的PMMA在150°C左右溶解在約100毫升的DMF中制得的。利用直徑約250μm的噴絲嘴來加工制得海島型纖維。雙組分抽絲設(shè)備被設(shè)計(jì)成與圖2所描繪的相似。兩個(gè)溶液的儲(chǔ)罐(即，“島型”儲(chǔ)罐，裝有PAN或PAN/CNT，“海洋”儲(chǔ)罐，裝有PMMA)的溫度維持在約120°C，而噴絲嘴溫度則維持在約140°C。海洋組分和島型組分的體積流量約為1.5cm7min，根據(jù)噴絲嘴的直徑，它相當(dāng)于61m/min的直線噴射速度。溶液被拉絲進(jìn)入一個(gè)維持在約-50°C的甲醇浴中。噴絲嘴與甲醇浴之間的空氣隙保持在約5cm。拉絲出來的纖維(as-spunfibers)以約200m/min的速度被收集，一直浸在約-50°C的甲醇浴中數(shù)日以確保島型組分的膠凝化。凝膠雙組分纖維在約110°C，約150°C，和約170°C，利用一個(gè)在線加熱器，分幾個(gè)階段被牽引。PAN和PAN/CNT凝膠纖維對(duì)于PMMA海洋組分的牽引比約為10。這不包括在拉絲步驟中在甲醇浴里的3.3的牽引比。牽引的纖維接著在約70°C下被真空干燥3天左右。圖6給出前體海島型纖維在有和沒有海洋組分分離的情形下的掃描電鏡(SEM)圖像。PMMA海洋組分可以通過溶解在硝基甲烷中被除去。干燥的海島型前體纖維(未除去海洋組分PMMA)在一箱式爐(琳德伯格(Lindberg),51668-HR箱式爐1200C，藍(lán)M電(BlueMElectric))中被穩(wěn)定化，如圖7所示，在空氣中，利用兩個(gè)夾緊鋼塊將纖維掛在一根石英棒上。根據(jù)島型纖維的截面積(PAN或PAN/CNT)，施加IOMPa的初始應(yīng)力。纖維在空氣中以約1°C/min的加熱速度從室溫被加熱到約285°C，保持在約285°C下4小時(shí)左右。接著，以約1°C/min的加熱速度被加熱到約330°C，保持在約330°C2小時(shí)左右。然后，穩(wěn)定化了的纖維經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)被冷卻至室溫。在這個(gè)穩(wěn)定化過程中，海洋組分(PMMA)完全被燒掉了。接著，穩(wěn)定化了的島型PAN和PAN/CNT纖維在氬氣氛中以約5°C/min的加熱速度從室溫被加熱到約120(TC，保持在約120(TC下5分鐘左右。拉伸實(shí)驗(yàn)在復(fù)絲試樣上進(jìn)行。利用一臺(tái)RSAIII固體分析儀(電流測(cè)定科學(xué)(RheometricScientific)公司)來制備和測(cè)試試樣，標(biāo)距約6mm，直角壓出速度約為0.1%/S。數(shù)據(jù)未經(jīng)機(jī)械適應(yīng)性(machinecompliance)校正。拉伸破裂試樣用金濺射涂膜，用SEM(LEO1530，操作條件10kV)檢測(cè)來確定有效截面積。為了進(jìn)一步確保截面積測(cè)定的準(zhǔn)確性，SEM用一標(biāo)準(zhǔn)樣品(301BE，EMS公司，Hatfield，PA)來標(biāo)定。利用圖像分析軟件(UTHSCSA圖像工具版本3.0，德克薩斯大學(xué)健康中心，SanAntonio,TX)來測(cè)定纖維的截面積。利用一臺(tái)裝有銳佳酷(Rigaku)R-軸IV++檢測(cè)系統(tǒng)的RigakuMicroMax-002衍射儀(X-射線波長(zhǎng)，λ=0.15418nm)獲得了復(fù)絲束的廣角X-射線衍射(WAXD)圖案。利用AreaMaxV.1.00和MDI佳德(Jade)6.1來分析衍射圖案。測(cè)定了炭化了的石墨結(jié)構(gòu)的取向(fQQ2)和晶體大小(Lcitl2和Lltl)。利用一臺(tái)霍勒普波研究(HoloprobeResearch)785拉曼顯微鏡(凱撒光學(xué)系統(tǒng)公司(KaiserOpticalSystem)制造，采用785nm激發(fā)激光，裝有相互平行的起偏振器和分析儀，vv模式)采集到反散射幾何條件下的炭化了的纖維的拉曼光譜。纖維被放置在與拉曼顯微鏡中的起偏振器和分析儀平行的位置上。利用一臺(tái)JEOL4000EX透射電鏡(工作電壓400kV)進(jìn)行HR-TEM。HR-TEM分析用的碳纖維樣品的制備時(shí)先用玉石研缽和研杵來研磨纖維。研磨過的纖維被置于乙醇中，用超聲波震蕩約15分鐘以進(jìn)一步將纖維碎片粉碎成細(xì)段。放一滴這種分散液在TEM柵條上(電子顯微鏡科學(xué)(ElectronMicroscopySciences)，Cat.#200C_LC)，干燥待分析。表1列出炭化了的島型PAN和PAN/CNT(99/1)纖維的拉伸特性。為了比較起見，由凝膠_抽絲PAN基和PAN/CNT基纖維加工制得的較大直徑的碳纖維的拉伸特性也列在表1中。圖8為炭化了的PAN和PAN/CNT島型纖維的有代表性的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。如圖9所示，具有不同截面積的PAN基和PAN/CNT基的碳纖維的拉伸強(qiáng)度表明，隨著截面積的減小，強(qiáng)度有所提高。數(shù)據(jù)證實(shí)了兩點(diǎn)(a)截面積一定時(shí)，前體中含有約1重量％WCNT的PAN/CNT基碳纖維的拉伸強(qiáng)度要比相應(yīng)的PAN基碳纖維的拉伸強(qiáng)度高約25%至約60%，以及(b)拉伸強(qiáng)度隨著截面積的減小而增加。表1.已炭化的島型和大直徑PAN及PAN/CNT(99/1)纖維的拉伸特性<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>1"前體纖維直徑約為12μm前體纖維直徑約為20μmPAN基碳纖維的拉伸模量隨著炭化溫度呈單調(diào)提高，而拉伸強(qiáng)度在約1500°C時(shí)達(dá)到最大值。小直徑炭化過的凝膠_抽絲PAN纖維的模量高于市場(chǎng)上有售的在同樣溫度下炭化過的纖維。相應(yīng)的PAN/CNT基碳纖維的模量則高得多。這些趨勢(shì)可以從表1中看出來。它表示來自凝膠抽絲，CNT,以及小的纖維截面積的貢獻(xiàn)。PAN基碳纖維勝過浙青基碳纖維或全部CNT碳纖維的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于抗壓強(qiáng)度。PAN基碳纖維的拉伸強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都高，因此，這些是僅有的用于結(jié)構(gòu)復(fù)合物的碳纖維，因?yàn)榭箟簭?qiáng)度也是結(jié)構(gòu)復(fù)合物的一個(gè)必要條件。如在Kozey等人(材料2.高性能纖維的綜合性能(“CompressiveBehaviorofMaterials2.High-PerformanceFibers”)，1995,材料研究雜志(JournalofMaterialsResearch)，10，1044)中描述的反沖試驗(yàn)(recoiltest)，它可以給出彈性纖維抗壓強(qiáng)度的一個(gè)間接測(cè)量。當(dāng)一彈性纖維在拉伸時(shí)破裂，若它的拉伸強(qiáng)度高于它的抗壓強(qiáng)度，則它在壓縮時(shí)也會(huì)破裂。拉伸應(yīng)力波穿過纖維傳播至夾子上，象一個(gè)壓縮應(yīng)力波反彈。如果在纖維中沒有能量損失，則壓縮應(yīng)力波的強(qiáng)度與拉伸應(yīng)力的相同。大約50%的由凝膠-抽絲PAN/CNT纖維加工得到的小直徑碳纖維在壓縮時(shí)不破裂，而在拉伸時(shí)破裂了。這些觀察到的現(xiàn)象暗示，由小直徑的凝膠_抽絲PAN/CNT制得的碳纖維的抗壓強(qiáng)度與它們的拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，或者高于它們的拉伸強(qiáng)度。與炭化過的對(duì)照PAN纖維相比，含CNT的碳纖維沿著纖維軸(Lltl)或多或少具有較小的d-間距和較大的晶體尺寸。這被表2的數(shù)據(jù)所證實(shí)。PAN/CNT基的碳纖維的斷裂表面顯示出約20nm至約50nm直徑的原纖，這在圖10(b)中可以看到。這些原纖表明PAN已經(jīng)在CNT周圍石墨化了。如在圖10(a)中所見，小直徑凝膠-抽絲PAN的斷裂行為是PAN基碳纖維的特征。表2.已炭化的島型纖維的結(jié)構(gòu)參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>a晶體大小來自同距離掃描b晶體大小來自切向掃描圖11包括炭化過的PAN和PAN/CNT纖維的HR-TEM圖像。盡管圖11(a)所示的炭化過的PAN纖維展示出較低有序的碳結(jié)構(gòu)，但在圖ll(b)-ll(d)中所示的炭化過的PAN/CNT中的原纖結(jié)構(gòu)揭示了一種高度有序的石墨結(jié)構(gòu)。但是，PAN/CNT基碳纖維并非只是CNT加到炭化過的PAN中去。相反，CNT的存在影響了PAN的炭化。緊接著CNT周圍的PAN的穩(wěn)定和炭化不同于遠(yuǎn)離納米管的PAN的穩(wěn)定和炭化。當(dāng)在1200°C左右炭化時(shí)，凝膠-抽絲PAN并不發(fā)展成石墨結(jié)構(gòu)。但是，如圖12所示，當(dāng)在此溫度和同樣應(yīng)力條件下，含大約1重量％CNT的凝膠-抽絲PAN/CNT在拉曼光譜上顯示出一個(gè)顯著的石墨峰。該石墨峰并非由于CNT的存在，而是因?yàn)樵贑NT的存在下，PAN轉(zhuǎn)化成石墨結(jié)構(gòu)的緣故。這些石墨原纖結(jié)構(gòu)有助于提高拉伸強(qiáng)度和模量。在這個(gè)例子中，通過雙組分和凝膠抽絲，成功地加工了非常細(xì)的連續(xù)PAN/CN前體纖維。后續(xù)的穩(wěn)定化和炭化步驟得到的碳纖維的有效直徑約為lym，平均拉伸強(qiáng)度約為4.5GPa(約2.5N/tex)，平均拉伸模量約為463GPa(約257N/tex)。本發(fā)明的實(shí)施例并不限于這里披露的具體的配方，流程步驟和材料，因?yàn)檫@些配方，流程步驟和材料可以有些改變。另外，這里所用的術(shù)語只是用來描述典型的實(shí)施方式，無意去限制，因?yàn)楸景l(fā)明的各實(shí)施方式的范圍僅僅會(huì)受到附上的權(quán)利要求書的限制。例如，溫度，應(yīng)力和時(shí)間參數(shù)可能會(huì)根據(jù)所用的材料的不同而發(fā)生變化。因此，盡管已經(jīng)詳細(xì)地披露了實(shí)施方式，具體提到了典型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，在所附的權(quán)利要求書中所定義的范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和調(diào)整。因此，本發(fā)明的各實(shí)施方式的范圍不應(yīng)當(dāng)被限制在以上討論的實(shí)施方式中，而應(yīng)當(dāng)由以下的權(quán)利要求書及其等價(jià)物限制。所有提到的專利和其它參考資料都被結(jié)合作為參考，就像在此完全陳述一樣。權(quán)利要求一種制造碳纖維的方法，該方法包含將一種第一組分的溶液和一種第二組分的溶液通過雙組分?jǐn)D出裝置擠出，形成一種包含第一組分和第二組分的雙組分聚合物纖維；以及拉伸該雙組分聚合物纖維，形成牽引的雙組分聚合物纖維；其中，該第一組分包含含丙烯腈的聚合物。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包含使該牽引的雙組分聚合物纖維穩(wěn)定化。3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維的第一組分與第二組分分離。4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物纖維的第一組分炭化。5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該已炭化的雙組分聚合物纖維的第一組分石墨化。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該擠出包含凝膠-擠出。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該擠出包含溶液-擠出。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該牽引的雙組分聚合物纖維的平均直徑約為lOOnm至約為1mm。9.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在張力下將該牽引的聚合物纖維穩(wěn)定化。10.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在氧化性環(huán)境中將該牽引的聚合物纖維穩(wěn)定化。11.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在約200°C至約400°C的溫度下將該牽引的聚合物纖維穩(wěn)定化少于或等于約36小時(shí)。12.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該分離包含將第二組分從牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維中溶解出去；對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間的任何界面相互作用；加熱使第二組分熔化，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維；加熱使第二組分燒掉，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物纖維；或者上述至少兩種的組合。13.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，該分離與穩(wěn)定化同時(shí)發(fā)生。14.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該炭化包含在張力下將穩(wěn)定化的聚合物纖維炭化。15.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該炭化包含在惰性環(huán)境中將穩(wěn)定化的聚合物纖維炭化。16.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該炭化包含在約500°C至約1800°C的溫度下將該穩(wěn)定化的聚合物纖維炭化少于或等于約2小時(shí)。17.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在張力下將炭化的聚合物纖維石墨化。18.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在含非氮?dú)獾亩栊原h(huán)境中將炭化的聚合物纖維石墨化。19.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在約1800°C至約2800°C的溫度下將該炭化的聚合物纖維石墨化少于或等于約1小時(shí)。20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該碳纖維的平均直徑約為lOnm至約10um。21.—種碳纖維，它是采用上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法制得的。22.一種制造碳纖維的方法，它包含使碳納米管(CNT)與含丙烯腈的聚合物接觸，形成一種第一組分溶液；擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物-CNT纖維前體，該前體包含一種第一組分和一種第二組分；以及拉伸該雙組分聚合物-CNT纖維前體，形成一種牽引的雙組分聚合物-CNT纖維。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，還包含使該牽引的雙組分聚合物-CNT纖維穩(wěn)定化。24.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該牽弓I的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT纖維的第一組分與第二組分分離。25.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-CNT纖維的第一組分炭化。26.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-CNT纖維的已炭化的第一組分石墨化。27.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT包含單壁納米管、雙壁納米管、三壁納米管、或者包含兩種或兩種以上的上述類型的CNT的組合。28.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT的平均直徑約為0.5nm至約25nm。29.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT的平均直徑小于或等于約lOnm。30.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT的平均長(zhǎng)度大于或等于約lOnm。31.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT占所述雙組分聚合物-CNT纖維前體的總重量的約0.001重量％至約40重量％。32.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該牽引的聚合物-CNT纖維的平均直徑約為lOOnm至約1mm。33.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在張力下將該牽引的聚合物-CNT纖維穩(wěn)定化。34.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在氧化性環(huán)境中將該牽引的聚合物-CNT纖維穩(wěn)定化。35.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在約200°C至約400°C的溫度下將該牽引的聚合物-CNT纖維穩(wěn)定化少于或等于約36小時(shí)。36.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該分離包含將第二組分從牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT纖維中溶解出去；對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT纖維進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間的任何界面相互作用；加熱使第二組分熔化，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT纖維；加熱使第二組分燒掉，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT纖維；或者上述至少兩種的組合。37.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，該分離與穩(wěn)定化同時(shí)發(fā)生。38.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該炭化包含在張力下將穩(wěn)定化的聚合物-CNT纖維炭化。39.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該炭化包含在惰性環(huán)境中將穩(wěn)定化的聚合物-CNT纖維炭化。40.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，該炭化包含在約500°C至約1800°C的溫度下將該穩(wěn)定化的聚合物-CNT纖維炭化少于或等于約2小時(shí)。41.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在張力下將炭化的聚合物-CNT纖維石墨化。42.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在含非氮?dú)獾亩栊原h(huán)境中將炭化的聚合物-CNT纖維石墨化。43.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在約1800°C至約2800°C的溫度下將該炭化的聚合物-CNT纖維石墨化少于或等于約1小時(shí)。44.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維的平均直徑約為lOnm至約為10um。45.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該CNT占碳纖維總重量的約0.001重量％至約80重量％。46.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維中的CNT是崩坍的。47.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維包含從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。49.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維的電導(dǎo)率比不含有CNT的碳纖維的電導(dǎo)率至少高25%。50.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該擠出包含凝膠_擠出。51.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該擠出包含溶液_擠出。52.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維的拉伸強(qiáng)度比不含有CNT的碳纖維的拉伸強(qiáng)度至少高0.5GPa。53.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，該碳纖維的拉伸模量比不含有CNT的碳纖維的拉伸模量至少高50GPa。54.一種制造碳薄膜的方法，它包含使碳納米管(CNT)與含丙烯腈的聚合物接觸，形成一種第一組分溶液；擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物-CNT薄膜前體，該前體包含一種第一組分和一種第二組分；以及拉伸該雙組分聚合物-CNT薄膜前體，形成一種牽引的雙組分聚合物-CNT薄膜。55.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，還包含使該牽引的雙組分聚合物-CNT薄膜穩(wěn)定化。56.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該牽弓I的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT薄膜的第一組分與第二組分分離。57.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-CNT薄膜的第一組分炭化。58.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-CNT薄膜的已炭化的第一組分石墨化。59.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT包含單壁納米管、雙壁納米管、三壁納米管、或者包含兩種或兩種以上的上述類型的CNT的組合。60.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT的平均直徑約為0.5nm至約為25nm。61.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT的平均直徑小于或等于約lOnm。62.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT的平均長(zhǎng)度大于或等于約lOnm。63.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT占雙組分聚合物-CNT薄膜前體的總重量的約0.001重量％至約40重量％。64.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該牽引的聚合物-CNT薄膜的平均厚度約為50nm至約50um。65.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在張力下將該牽引的聚合物-CNT薄膜穩(wěn)定化。66.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在氧化性環(huán)境中將該牽引的聚合物-CNT薄膜穩(wěn)定化。67.如權(quán)利要求55所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在約200°C至約400°C的溫度下將該牽引的聚合物-CNT薄膜穩(wěn)定化少于或等于約36小時(shí)。68.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，該分離包含將第二組分從牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT薄膜中溶解出去；對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT薄膜進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間的任何界面相互作用；加熱使第二組分熔化，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT薄膜；加熱使第二組分燒掉，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-CNT薄膜；或者上述至少兩種的組合。69.如權(quán)利要求56所述的方法，其特征在于，該分離與穩(wěn)定化同時(shí)發(fā)生。70.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，該炭化包含在張力下將該穩(wěn)定化的聚合物-CNT薄膜炭化。71.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，該炭化包含在惰性環(huán)境中將該穩(wěn)定化的聚合物-CNT薄膜炭化。72.如權(quán)利要求57所述的方法，其特征在于，該炭化包含在約500°C至約1800°C的溫度下將該穩(wěn)定化的聚合物-CNT纖維炭化少于或等于約2小時(shí)。73.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在張力下將該已炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化。74.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在含非氮?dú)獾亩栊原h(huán)境中將炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化。75.如權(quán)利要求58所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在約1800°C至約2800°C的溫度下將該炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化少于或等于約1小時(shí)。76.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的平均厚度約為25nm至約25um。77.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該CNT占碳薄膜的總重量的約0.001重量％至約80重量％。78.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜中的CNT是崩坍的。79.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜包含從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。80.如權(quán)利要求80所述的方法，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。81.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的電導(dǎo)率比不含有CNT的碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。82.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該擠出包含凝膠_擠出。83.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該擠出包含溶液_擠出。84.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比不含有CNT的碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高0.5GPa。85.如權(quán)利要求54所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的拉伸模量比不含有CNT的碳薄膜的拉伸模量至少高50GPa。86.一種制造碳纖維的方法，它包含使石墨片與含丙烯腈的聚合物接觸，形成一種第一組分溶液；擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物-石墨片纖維前體，該前體包含一種第一組分和一種第二組分；以及拉伸該雙組分聚合物-石墨片纖維前體，形成一種牽引的聚合物-石墨片纖維。87.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，還包含使該牽弓|的雙組分聚合物_石墨片纖維穩(wěn)定化。88.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該牽弓I的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片纖維的第一組分與第二組分分離。89.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-石墨片纖維的第一組分炭化。90.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-石墨片纖維的已炭化的第一組分石墨化。91.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均寬度約為0.5nm至約lOOnm。92.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均厚度約為0.5nm至約25nm。93.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均寬度小于或等于約lOnm。94.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均長(zhǎng)度大于或等于約lOnm。95.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片占雙組分聚合物-石墨片纖維前體的總重量的約0.001重量％至約40重量％。96.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該牽引的聚合物-石墨片纖維的平均直徑約為lOOnm至約1mm。97.如權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在張力下將該牽引的聚合物-石墨片纖維穩(wěn)定化。98.如權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在氧化性環(huán)境中將該牽引的聚合物_石墨片纖維穩(wěn)定化。99.如權(quán)利要求87所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在約200°C至約400°C的溫度下將該牽引的聚合物-石墨片纖維穩(wěn)定化少于或等于約36小時(shí)。100.如權(quán)利要求88所述的方法，其特征在于，該分離包含將第二組分從牽弓I的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片纖維中溶解出去；對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片纖維進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間的任何界面相互作用；加熱使第二組分熔化，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片纖維；加熱使第二組分燒掉，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-石墨片纖維；或者上述至少兩種的組合。101.如權(quán)利要求88所述的方法，其特征在于，該分離與穩(wěn)定化同時(shí)發(fā)生。102.如權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于，該炭化包含在張力下將穩(wěn)定化的聚合物-石墨片纖維炭化。103.如權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于，該炭化包含在惰性環(huán)境中將穩(wěn)定化的聚合物-石墨片纖維炭化。104.如權(quán)利要求89所述的方法，其特征在于，該炭化包含在約500°C至約1800°C的溫度下將該穩(wěn)定化的聚合物_石墨片纖維炭化少于或等于約2小時(shí)。105.如權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在張力下將已炭化的聚合物-石墨片纖維炭化。106.如權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在含非氮?dú)獾亩栊原h(huán)境中將已炭化的聚合物_石墨片纖維石墨化。107.如權(quán)利要求90所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在約1800°C至約2800°C的溫度下將該已炭化的聚合物-石墨片纖維石墨化少于或等于約1小時(shí)。108.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維的平均直徑約為lOnm至約10um。109.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該石墨片占碳纖維總重量的約0.001重量％至約80重量％。110.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維中的該石墨片是崩坍的。111.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維包含從每一個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。112.如權(quán)利要求111所述的方法，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去至少約2nm。113.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維的電導(dǎo)率比不含有石墨片的碳纖維的電導(dǎo)率至少高25%。114.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該擠出包含凝膠_擠出。115.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該擠出包含溶液_擠出。116.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維的拉伸強(qiáng)度比不含有石墨片的碳纖維的拉伸強(qiáng)度至少高0.5GPa。117.如權(quán)利要求86所述的方法，其特征在于，該碳纖維的拉伸模量比不含有石墨片的碳纖維的拉伸模量至少高50GPa。118.—種制造碳薄膜的方法，它包含使石墨片與含丙烯腈的聚合物接觸，形成一種第一組分溶液；擠出該第一組分溶液與一種第二組分溶液，形成一種雙組分聚合物-石墨片薄膜前體，該前體包含一種第一組分和一種第二組分；以及拉伸該雙組分聚合物_石墨片薄膜前體，形成一種牽引的聚合物_石墨片薄膜。119.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，還包含使該牽引的雙組分聚合物-石墨片薄膜穩(wěn)定化。120.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片薄膜的第一組分與第二組分分離。121.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物_石墨片薄膜的第一組分炭化。122.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包含將該雙組分聚合物-石墨片薄膜的已炭化的第一組分石墨化。123.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均寬度約為0.5nm至約lOOnm。124.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均厚度約為0.5nm至約25nm。125.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均寬度小于或等于約10nmo126.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片的平均長(zhǎng)度大于或等于約10nmo127.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片占雙組分聚合物-石墨片纖維前體的總重量的約0.001重量％至約40重量％。128.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該牽引的聚合物-石墨片薄墨的平均厚度約為50nm至約50iim。129.如權(quán)利要求119所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在張力下將該牽引的聚合物-石墨片薄膜穩(wěn)定化。130.如權(quán)利要求119所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在氧化性環(huán)境中將該牽引的聚合物_石墨片薄膜穩(wěn)定化。131.如權(quán)利要求119所述的方法，其特征在于，該穩(wěn)定化包含在約200°C至約400°C的溫度下將該牽引的聚合物_石墨片薄膜穩(wěn)定化少于或等于約36小時(shí)。132.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，該分離包含將第二組分從牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片薄膜中溶解出去；對(duì)牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物_石墨片薄膜進(jìn)行聲波震蕩處理以降低第一組分與第二組分之間的任何界面相互作用；加熱使第二組分熔化，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-石墨片薄膜；加熱使第二組分燒掉，以離開牽引的或穩(wěn)定化的雙組分聚合物-石墨片薄膜；或者上述至少兩種的組合。133.如權(quán)利要求120所述的方法，其特征在于，該分離與穩(wěn)定化同時(shí)發(fā)生。134.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，該炭化包含在張力下將穩(wěn)定化的聚合物-石墨片薄膜炭化。135.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，該炭化包含在惰性環(huán)境中將穩(wěn)定化的聚合物-石墨片薄膜炭化。136.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，該炭化包含在約500°C至約1800°C的溫度下將該穩(wěn)定化的聚合物-石墨片薄膜炭化少于或等于約2小時(shí)。137.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在張力下將已炭化的聚合物-石墨片纖維石墨化。138.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在含非氮?dú)獾亩栊原h(huán)境中將已炭化的聚合物_石墨片薄膜石墨化。139.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于，該石墨化包含在約1800°C至約2800°C的溫度下將該已炭化的聚合物-石墨片薄膜石墨化少于或等于約1小時(shí)。140.如權(quán)利要求118項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的平均厚度約為25nm至約25um。141.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該石墨片占碳薄膜的總重量的約0.001重量％至約80重量％。142.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該碳薄膜中的石墨片是崩坍的。143.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該碳薄膜包含從每一個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。144.如權(quán)利要求143所述的方法，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每一個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去至少約2nm。145.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的電導(dǎo)率比不含有石墨片的碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。146.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該擠出包含凝膠_擠出。147.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該擠出包含溶液_擠出。148.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比沒有石墨片時(shí)形成的碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高0.5GPa。149.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，該碳薄膜的拉伸模量比沒有石墨片時(shí)形成的碳薄膜的拉伸模量至少高50GPa。150.一種由碳納米管(CNT)和含丙烯腈的聚合物形成的碳纖維，該碳纖維具有約10nm至約10iim的平均直徑；以及從每個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。151.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。152.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的平均直徑小于或等于約500nmo153.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該CNT的平均直徑約為0.5nm至約25nm。154.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該CNT的平均直徑小于或等于約10nmo155.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維中的CNT是崩坍的。156.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的電導(dǎo)率比不含有CNT的碳纖維的電導(dǎo)率至少高25%。157.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的拉伸強(qiáng)度比沒有CNT時(shí)形成的碳纖維的拉伸強(qiáng)度至少高約0.65GPa。158.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的拉伸模量比沒有CNT時(shí)形成的碳纖維的拉伸模量至少高約75GPa。159.如權(quán)利要求150所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維是光學(xué)透明的。160.一種由碳納米管(CNT)和含丙烯腈的聚合物形成的碳薄膜，該碳薄膜具有約25nm至約25ym的平均厚度；以及從每個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。161.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每個(gè)CNT的壁上徑向地延伸出去至少約2nm。162.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的平均厚度小于或等于約1um。163.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該CNT的平均直徑約為0.5nm至約25nm。164.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該CNT的平均直徑小于或等于約10nmo165.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜中的CNT是崩坍的。166.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的電導(dǎo)率比不含有CNT的碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。167.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比沒有CNT時(shí)形成的碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高約0.65GPa。168.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的拉伸模量比沒有CNT時(shí)形成的碳薄膜的拉伸模量至少高約75GPa。169.如權(quán)利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜是光學(xué)透明的。170.一種由石墨片和含丙烯腈的聚合物形成的碳纖維，該碳纖維具有約10nm至約10iim的平均直徑；以及從每個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。171.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去至少約2nm。172.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的平均直徑小于或等于約500nmo173.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該石墨片的平均寬度約為0.5nm至約lOOnm。174.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該石墨片的平均厚度約為0.5nm至約25nm。175.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維中的石墨片是崩坍的。176.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的電導(dǎo)率比不含有石墨片的碳纖維的電導(dǎo)率至少高25%。177.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的拉伸強(qiáng)度比沒有石墨片時(shí)形成的碳纖維的拉伸強(qiáng)度至少高約0.65GPa。178.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維的拉伸模量比沒有石墨片時(shí)形成的碳纖維的拉伸模量至少高約75GPa。179.如權(quán)利要求170所述的碳纖維，其特征在于，該碳纖維是光學(xué)透明的。180.一種由石墨片和含丙烯腈的聚合物形成的碳薄膜，該碳薄膜具有約25nm至約25ym的平均厚度；以及從每個(gè)石墨片的壁上徑向地延伸出去約0.34nm至約50nm的微晶石墨區(qū)域。181.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該微晶石墨區(qū)域從每個(gè)石墨片的面上徑向地延伸出去至少約2nm。182.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的平均厚度小于或等于約1um。183.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該石墨片的平均寬度約為0.5nm至約lOOnm。184.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該石墨片的平均厚度約為0.5nm至約25nm。185.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜中的石墨片是崩坍的。186.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的電導(dǎo)率比不含有石墨片的碳薄膜的電導(dǎo)率至少高25%。187.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的拉伸強(qiáng)度比沒有石墨片時(shí)形成的碳薄膜的拉伸強(qiáng)度至少高約0.65GPa。188.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜的拉伸模量比沒有石墨片時(shí)形成的碳薄膜的拉伸模量至少高約75GPa。189.如權(quán)利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，該碳薄膜是光學(xué)透明的。全文摘要本發(fā)明的各實(shí)施方式提供了改進(jìn)的碳纖維和碳薄膜，以及制造該碳纖維和碳薄膜的方法。這里所揭示的碳纖維和碳薄膜通常由含丙烯腈的聚合物形成。該碳纖維和/或碳薄膜也可以由包括含丙烯腈的聚合物及碳納米管，石墨片，或二者皆有的復(fù)合物形成。根據(jù)纖維或薄膜所要求的用途，這里所描述的纖維和薄膜可以被特制成展示高強(qiáng)度，高模量，高電導(dǎo)率，高熱導(dǎo)率，或光學(xué)透明性中的一種特性或多種特性。文檔編號(hào)B05D5/12GK101835542SQ200880111433公開日2010年9月15日申請(qǐng)日期2008年10月10日優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日發(fā)明者S·庫(kù)瑪,崔榮鎬,蔡漢基申請(qǐng)人:佐治亞科技研究公司