专利名称：：碳纤维和碳薄膜及其制造方法
技术领域：
：本发明的各实施方式一般涉及碳纤维和碳薄膜，更具体地，涉及由含丙烯腈的聚合物所形成的碳纤维和碳薄膜，以及制造该碳纤维和碳薄膜的方法。
背景技术：
：含丙烯腈的聚合物对于用以制造那些用于织物，地毯和碳纤维的纤维而言是重要的工业用聚合物。生产自聚丙烯腈共聚物的丙烯酸类纤维目前是碳纤维占支配地位的前体，这部分地是因为基于聚丙烯腈的碳纤维展现出良好的拉伸和压缩性能。近来已经开发出一些方法来制造含碳纳米管的聚合物复合物，尤其是含有碳纳米管(CNT)的碳纤维，其中，CNT很好地分散在复合物中。例如，美国专利美国专利No.6，852，410披露了这些方法，该专利作为一个整体被参照结合于这里，就像完全如下所阐述。在其它的一些改进之中，这些方法提供的复合纤维具有更高的拉伸模量和抗拉强度。尽管新的申请不断涌现出来，但确实需要改进的材料。因此，需要有新的碳纤维和碳薄膜能展现出更高的拉伸模量和抗拉强度。也需要制造碳纤维和薄膜的新方法。本发明的各实施方式正是针对提供这样的材料和方法的要求。
发明内容本发明的各实施方式针对碳纤维和碳薄膜，以及制造该碳纤维和碳薄膜的方法。高强度和高模量的纤维和薄膜可以有各种各样的用途，包括但不限于材料的增强(例如，在轮胎帘子线和水泥中)，飞机零件，高性能车辆的厢式车身(例如，F-I比赛用汽车和摩托车)，运动器械(例如，自行车，高尔夫球棍，网球拍，和雪撬)，以及其它高要求的机械性能的用途。因其电导率和热导率，这些碳纤维和碳薄膜在电子设备，燃料电池，电化学电容器等中也能找到各种用途。概括地说，依照本发明各实施方式制造碳纤维的方法包括通过一台双组分挤出设备将第一组分的一种溶液和第二组分的一种溶液挤出，形成一种双组分聚合物纤维，它有第一组分和第二组分，以及拉伸该双组分聚合物纤维形成牵引的双组分聚合物纤维。该第一组分通常包含一种含丙烯腈的聚合物。在某些情形下，挤出可以利用凝胶-挤出或溶液-挤出来完成。方法还可以包括使牵引双组分聚合物纤维稳定化的过程。稳定化过程可以在张力下，和/或在氧化性环境中，和/或在约200°C至约400°C的温度下维持少于或等于约36小时的条件下完成。该方法还可以包括使已经稳定化了的聚合物纤维发生炭化。炭化过程可以在张力下，和/或在惰性气氛中，和/或在约500°C至约1800°C的温度下维持少于或等于约2小时的条件下完成。该方法还可以进一步包括使已经炭化了的聚合物纤维发石墨化。石墨化过程可以在张力下，和/或在非含氮的惰性环境中，和/或在1800°C至约2800°C的温度下维持少于或等于约1小时的条件下完成。该过程还可以包括将牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维的第一组分与第二组分分开。该分离过程可以通过将第二组分从牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维溶解出去，对牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间任何的界面相互作用，加热使第二组分熔化以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维，加热使第二组分烧掉以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维，或者包括至少两种上述工艺的组合来完成。也可将稳定化过程与分离过程同时发生。拉伸之后，该牵引的聚合物纤维的平均直径约为IOOnm至约1mm。最终的碳纤维平均直径约为IOnm至约10μm。本发明的各其它实施方式则针对制造含碳纳米管(CNT)的碳纤维或碳薄膜的方法。这些方法包括使CNT与一种含丙烯腈的聚合物接触以形成一种第一组分溶液，挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物-CNT纤维或薄膜前体，它包含一种第一组分和一种第二组分，以及拉伸该双组分聚合物-CNT纤维或薄膜前体，形成一种牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜。这些方法还可以包括使该牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜稳定化，将该牵引或稳定化了的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的第一组分与第二组分分开，将该稳定化了的聚合物-CNT纤维或薄膜炭化，和/或将该炭化了的聚合物-CNT纤维或薄膜石墨化。用这样的方法制得的碳纤维或碳薄膜的电导率比不含CNT的碳纤维或碳薄膜的电导率至少要高25%。用这样的方法制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度比无该CNT制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度至少要高0.5GPa。该碳纤维或碳薄膜的拉伸模量比无该CNT制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸模量至少要高50GPa。在某些特定的实施方式中，该CNT可以包括单壁纳米管，双壁纳米管，三壁纳米管，多壁(即四壁或更多个壁)纳米管，或者两种或多种上述类型的CNT的组合。在某些实施方式中，CNT的平均直径约为0.5nm至约25nm。在其它实施方式中，CNT的平均直径小于或等于约lOnm。CNT的平均长度可以大于或等于约lOnm。CNT可以占到双组分聚合物-CNT纤维或薄膜前体的约0.001重量％至约40重量％。同样，CNT可以占到最终碳纤维或碳薄膜总重量的约0.001%至约80%。全体牵引的聚合物-CNT纤维的平均直径约为IOOnm至约1mm。最终的碳纤维的平均直径约为IOnm至约10μm。同样，牵引的聚合物-CNT薄膜的平均厚度约为50nm至约50μm。最终的碳薄膜的平均厚度可以约为25nm至约25μm。在某些实施方式中，最终碳纤维或碳薄膜中的CNT是崩坍的。碳纤维或碳薄膜可以具有一个微晶石墨区域，从每一个CNT的一个壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm。在某些实施方式中，该微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。本发明的各其它实施方式则针对制造含石墨片的碳纤维或碳薄膜的方法。这些方法包括使石墨片与一种含丙烯腈的聚合物接触以形成一种第一组分溶液，挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物_石墨片纤维或薄膜前体，它包含一种第一组分和一种第二组分，以及拉伸该双组分聚合物_石墨片纤维或薄膜前体，形成一种牵引的双组分聚合物_石墨片纤维或薄膜。这些方法还可以包括使该牵引的双组分聚合物_石墨片纤维或薄膜稳定化，将该牵引或稳定化了的双组分聚合物-石墨片纤维或薄膜的第一组分与第二组分分开，将该稳定化了的聚合物-石墨片纤维或薄膜炭化，和/或将该炭化了的聚合物-石墨片纤维或薄膜石墨化。用这样的方法制得的碳纤维或碳薄膜的电导率比不含石墨片的碳纤维或碳薄膜的电导率至少要高25%。用这样的方法制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度比无该石墨片制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度至少要高0.5GPa。该碳纤维或碳薄膜的拉伸模量比无该石墨片制得的碳纤维或碳薄膜的拉伸模量至少要高50GPa。在某些特定实施方式中，石墨片的平均宽度可约为0.5nm至约lOOnm。在其它实施方式中，石墨片的平均宽度小于或等于约lOnm。石墨片的平均厚度可以约为0.5nm至约25nm。石墨片的平均长度可以大于或等于约lOnm。石墨片可以占到双组分聚合物-石墨片纤维或薄膜前体的约0.001重量％至约40重量％。同样，石墨片可以占到最终碳纤维或碳薄膜总重量的约0.001%至约80%。牵引的聚合物-石墨片纤维的平均直径可约为IOOnm至约1mm。最终的碳纤维的平均直径可约为IOnm至约ΙΟμπι。同样，牵引的聚合物-石墨片薄膜的平均厚度可约为50nm至约50μm。最终的碳纤维的平均厚度可以约为25nm至约25μm。在某些实施方式中，最终碳纤维或碳薄膜中的石墨片是崩坍的。碳纤维或碳薄膜可以具有一个微晶石墨区域，从每一个石墨片的一个面上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm。在某些实施方式中，该微晶石墨区域从每一个石墨片的面上径向地延伸出去至少约2nm。本发明的各其它实施方式针对碳纤维或碳薄膜。可以由CNT与一种含丙烯腈的聚合物来形成碳纤维或碳薄膜。这些碳纤维的平均直径可约为IOnm至约ΙΟμπι;碳薄膜的平均厚度可约为25nm至约25μm。在某些情形中，碳纤维的平均直径可以小于或等于约500nm，而碳薄膜的平均厚度可以小于或等于约Ιμπι。在碳纤维或碳薄膜中可以发现微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm。在某些实施方式中，微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。碳纤维或碳薄膜可以有崩坍的CNT。碳纤维或碳薄膜的电导率比那些不含有CNT的碳纤维或碳薄膜的电导率至少高25%。取决于纤维或薄膜具体的尺寸不同，在某些实施方式中，它们可以是光学透明的。碳纤维或碳薄膜的拉伸强度可比那些无CNT形成的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度至少高0.65GPa。碳纤维或碳薄膜的拉伸模量比那些无CNT形成的碳纤维或碳薄膜的拉伸模量至少高75GPa。本发明还有其它实施方式针对碳纤维或碳薄膜。可以由石墨片与一种含丙烯腈的聚合物来形成碳纤维或碳薄膜。这些碳纤维的平均截面尺寸约为IOnm至约ΙΟμπι;碳薄膜的平均厚度约为25nm至25μm。在某些情形中，碳纤维的平均直径可以小于或等于约500nm，而碳薄膜的平均厚度可以小于或等于约Ιμπι。在碳纤维或碳薄膜中可以发现微晶石墨区域从该石墨片的一个面上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm。在某些实施方式中，微晶石墨区域从每一个石墨片的一个面上径向地延伸出去至少约2nm。碳纤维或碳薄膜可以有崩坍的石墨片。碳纤维或碳薄膜的电导率可比那些不含有石墨片的碳纤维或碳薄膜的电导率至少高25%。取决于纤维或薄膜具体的尺寸不同，在某些实施方式中，它们可以是透光的。碳纤维或碳薄膜的拉伸强度比那些无石墨片形成的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度至少高约0.65GPa。碳纤维或碳薄膜的拉伸模量比那些无石墨片形成的碳纤维或碳薄膜的拉伸模量至少高约75GPa。在结合附图参阅以下详细的描述时，本领域技术人员就会明了本发明的实施方式的其它的方面和特点。图1(a)和(b)为过程的流程图，说明了依照本发明的某些实施方式来制造碳纤维或碳薄膜的方法。图2为依照本发明的某些实施方式的双组分挤出设备的示意图。图3为依照本发明的某些实施方式的各双组分纤维的几何结构示意图。图4为依照本发明的某些实施方式的各双组分薄膜的几何结构示意图。图5包括(a)高分辨率透射电镜(HR-TEM)图像和(b)原始CNT的拉曼光谱。图6包括扫描电镜(SEM)图像，显示PAN/CNT岛型纤维从PMMA海洋型组分分离出来，以(a)低放大倍数和(b)高放大倍数。图7为在稳定化和炭化过程中使纤维内产生应力或张力的设备示意图。图8包括已炭化的PAN和PAN/CNT(99/1)纤维的应力-应变曲线。图9包括已炭化的PAN和PAN/CNT纤维的拉伸强度随纤维截面积的变化。图10包括(a)已炭化的PAN岛型纤维和(b)炭化的PAN/CNT岛型纤维的断裂面的SEM图像。图11包括(a)已炭化的PAN和(b)-(d)已炭化的PAN/CNT纤维的HR-TEM图像。图12包括已炭化的岛型PAN和PAN/CNT(99/1)纤维的拉曼光谱。具体实施例方式现参照附图详细叙述本发明的典型实施方式，图中相同的标记数字表示整个几张图中相同的部件。通过该叙述，各组件可被认为具有特定的数值或者参数，但是，这些是作为典型实施方式而提供的。事实上，典型实施方式并不限制本发明的各个方面和概念，因为可以采用许多类似的参数，大小尺寸，范围，和/或数值。术语”第一”，“第二”等，并非指的是顺序，数量，或者重要性，而只是用来相互之间的区分。此外，术语”一个”、“一种”和”该”并非限制数量，而是表示”至少有一个”标记项目的存在。这里披露的小直径碳纤维和小厚度碳薄膜是由含丙烯腈的聚合物形成的。另外，碳纤维和/或碳薄膜任选地可以由包括含丙烯腈的聚合物及碳纳米管(CNT)的复合物来形成。在其它的实施方式中，碳纤维和/或碳薄膜任选地可以由包括含丙烯腈的聚合物及个别或多组的石墨片的复合物来形成。将CNT和/或石墨片结合到碳纤维和/或碳薄膜的前体中所得到的碳纤维和/或碳薄膜展现出许多有益的特性，以下将更详细地描述。这里所述的用以制得小尺寸(即，小直径或小厚度)的碳纤维或碳薄膜的含丙烯腈的聚合物可以包括含有一种丙烯腈单体和另一种(即，至少另外一种)单体的共聚物。因此，术语“共聚物”也包括具有多于两种不同单体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)，以及它们的组合。丙烯腈共聚物中共聚单体的相对数量，以及含丙烯腈聚合物的分子量取决于纤维或薄膜需要具有哪些性质。尽管可以采用不同的数量，但理想的是，丙烯腈单体的加入量占整个含丙烯腈的聚合物总重量的约85重量％以上。另外，尽管可以采用其它的分子量范围，含丙烯腈的聚合物分子量优选范围为约50，OOOg/摩尔至约2，000,OOOg/摩尔，而更为理想的是100，OOOg/摩尔至500，OOOg/摩尔。这里所述的用以制得小尺寸的碳纤维或碳薄膜的碳纳米管可以是任何类型的碳纳米管，包括单壁碳纳米管(SWNT)，双壁碳纳米管(DWNT)，三壁碳纳米管(TWNT)，多壁碳纳米管(MWNT)等，或者包含两种或多种上述类型碳纳米管的组合(例如，SWNT与DWNT的混合物，DWNT与TWNT的混合物，SWNT,DffNT与TWNT的混合物等)。CNT可以是管状的或崩坍的碳纳米管。碳纳米管可采用任何已知的方法来制得，包括但不限于由高温，高压一氧化碳的气相合成，利用含碳原料和金属催化剂颗粒的催化气相沉积，激光烧蚀，电弧法，或者任何其它合成碳纳米管的方法。合成得到的CNT通常是粉末状的，但是也可以毡状，林立状，微粒状等排列方式来使用。碳纳米管的平均直径可以约为0.5nm至约25nm，优选约0.5nm至约lOnm。在某些实施方式中，采用平均直径小于或等于约IOnm的碳纳米管是较为理想的。碳纳米管的长度可以大于或等于约lOnm。例如，可以采用长度为毫米级的或者甚至厘米级的碳纳米管。CNT的纯度以至少95%为宜，最好至少为99%，以使留在CNT样品中的杂质所带来的负作用的潜在可能性减少到最低程度。因此，任选地，可以对CNT进行净化去除非纳米管碳，比如无定形碳，以及金属催化剂的残留物。净化过程可以采用任何已知的方法。碳纳米管的提纯步骤对于本领域技术人员是熟知的。任选地，净化过的CNT还可以被干燥。同样，干燥步骤对于本领域技术人员是熟知的。任选地，CNT还可以在其端部和/或侧面用一官能团来衍生。这些官能团可包括烷基、酰基、芳基、芳烷基、卤素、取代或非取代的硫醇、取代或非取代的氨基、羟基、0R’，式中R’可包括烷基、酰基、芳基、芳烷基、取代或非取代的氨基、取代或非取代的硫醇、和商素；或者直链或环状的碳链，任选地被一个或多个杂原子阻断，并任选地被一个或多个=O或=S、羟基、氨烷基、氨基酸、或肽所取代。可以设计取代的程度以实现所需要的化学效果，这对于本领域技术人员是可以理解的。作为一个例子，在烷基，酰基，芳基，烷芳基基团中的碳原子数的范围可为1至约30。任选地，CNT的主链中还可以包含非碳元素。根据碳纤维或碳薄膜的具体用途，例如，诸如硼，氮，硫，硅等可以包含在CNT的主链中。同样，这里所述的用以制得小尺寸的碳纤维或碳薄膜的石墨片可以采用任何已知的合成方法制得。石墨片的平均宽度可以约为0.5nm至约lOOnm，优选约0.5nm至约50nm。在某些实施方式中，采用平均宽度小于或等于约IOnm的石墨片是较为理想的。石墨片的平均长度可以大于或等于约lOnm。例如，可以采用长度为毫米级的或者甚至厘米级的石墨片。石墨片的平均厚度可为约0.5nm至约25nm，理想的是约0.5nm至lOnm。当用多组石墨片来制造小尺寸碳纤维或碳薄膜时，一组中可多达75片的石墨片。与处理CNT的方式一样，最好将石墨片净化以使留在石墨片样品中的杂质所带来的负作用的潜在可能性减少到最低程度。就像碳纳米管一样，石墨片可以被衍生和/或在骨架中包含非碳元素。可以进行任选的衍生以及将非碳元素结合进骨架中，以使碳纤维或碳薄膜中的石墨片的聚集减少到最低程度。如下所述，碳纤维和碳薄膜的小尺寸可通过制备多组分或共轭的纤维或薄膜来得至IJ，从而可得到所需的小尺寸的纤维或薄膜。使用多组分纤维或薄膜加工克服了现有的纤维或薄膜加工设备的尺寸限制的缺陷，同时提供了从单根多组分纤维或薄膜找回许多小尺寸纤维或薄膜的可能性。现参照图1(a)和(b)，示出了根据本发明的某些实施方式分别表示制造小尺寸或小厚度的碳纤维或碳薄膜的工艺流程，一般指定为100。为简便起见，图1(a)和(b)所示的工艺流程参照一种双组分系统。应该理解的是，在多组分纤维或薄膜中可存在两种以上的组分。因此，尽管提到一种第二组分，如在图中所示以及下文所述关于第二组分的加工，对于第三组分，第四组分等等的加工也是考虑到的。图1(a)表示由一种含丙烯腈的聚合物而不含CNT或石墨片来制造碳纤维或碳薄膜的工艺流程。过程100始于120，两种单独分开的溶液，每个独立地含有双组分纤维或薄膜的一种第一组分和一种第二组分，通过一台双组分挤出设备被溶胶挤出或溶液挤出，形成一种双组分聚合物纤维或薄膜前体。过程100也可包括被分别描述为110和115的第一组分溶液和第二组分溶液的制备过程；或者，溶液可以预先制备好。该第一组分包括含丙烯腈的聚合物。接着，该双组分聚合物纤维前体或聚合物薄膜前体可被拉伸(如125所示)以分别形成一种牵引的双组分聚合物纤维或牵引的聚合物薄膜。下一步，如130所示，牵引的双组分聚合物纤维或薄膜的第一组分可以与牵的引双组分聚合物纤维或薄膜的第二组分分离。分离之后，如135所示，牵引的双组分聚合物纤维或薄膜的第一组分可以被热稳定化。最后，如140和145所示，稳定化了的第一组分聚合物纤维或薄膜可以被分别炭化和石墨化，形成最终的碳纤维或碳薄膜。还可以用另外一种方法，该双组分聚合物纤维或薄膜在拉伸(如125所示)之后可以被热稳定化(如135所示)。一经稳定化，该双组分纤维或薄膜可以被分离(如130所示)。经过分离过程130之后，双组分纤维或薄膜的第一组分可以被炭化(如140所示)。最终，经过炭化过程140之后，双组分纤维或薄膜的第一组分可以被石墨化(如145所示)。如下面更详细地描述的那样，还可能由于双组分聚合物纤维或薄膜在稳定化过程135之中所经受的温度，使得该第一组分将会从第二组分中分离出来。在这些实施方式中，双组分聚合物纤维或薄膜的第一组分可以在牵引的双组分聚合物纤维或薄膜稳定化过程135之后被炭化(如140所示)，而无需利用实际的分离步骤130。并且，在炭化过程140之后，双组分纤维或薄膜的第一组分可以经历石墨化过程145以形成最终的碳纤维或碳薄膜。在典型的实施方式中，溶胶-或溶液-挤出步骤120，拉伸步骤125，分离步骤130，稳定化步骤135，炭化步骤140，和石墨化步骤145中的一步或多步是连续进行的过程，而非批次进行的过程。图1(b)表示由一种包括含丙烯腈的聚合物以及CNT和/或石墨片的复合物来制造碳纤维或碳薄膜的工艺流程。尽管图1(b)所示的工艺流程只提到CNT，但是应该理解的是，可以在实施过程中用石墨片替代CNT，或者除了CNT之外可以再另加石墨片。因此，例如当提到牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的稳定化过程135时，一种牵引的双组分聚合物_石墨片纤维或薄膜，或者一种牵引的双组分聚合物-CNT/石墨片纤维或薄膜也可以在图中及下文中所示的工艺条件下通过稳定化过程135稳定化。图1(b)所示的过程100始于120，两种单独分开的溶液，每个独立地含有双组分纤维或薄膜的一种第一组分和一种第二组分，通过一台双组分挤出设备被挤出，形成一种双组分聚合物-CNT纤维或薄膜前体。过程100也可包括被分别描述为110和115的第一组分溶液和第二组分溶液的制备过程；或者，溶液可以预先制备好。该流程的第一组分包括含丙烯腈的聚合物和CNT(无论是合成的，净化过的，或者衍生了的)。第一组分的溶液是通过使CNT与含丙烯腈的聚合物接触来制备的。该溶液可以被视为一种聚合物-CNT掺杂物。接着，该双组分聚合物-CNT纤维或薄膜前体被拉伸(如125所示)以分别形成一种牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜。图1(a)所示的流程顺序的变更同样适用于图1(b)所示的过程100。于是，拉伸步骤125之后，过程100可以进行分离步骤130，稳定化步骤135，炭化步骤140，和石墨化步骤145；稳定化步骤135，分离步骤130，炭化步骤140，和石墨化步骤145；或者，稳定化步骤135，炭化步骤140，和石墨化步骤145。就像图1(a)所示的流程那样，在典型的实施方式中，挤出步骤120，拉伸步骤125，分离步骤130，稳定化步骤135，炭化步骤140，和石墨化步骤145中的一步或多步是连续进行的过程。图1(a)和图1(b)所示的过程的目的是分别制取小尺寸或小厚度的碳纤维或碳薄膜。不过应该认识到，分别具有这些小尺寸或小厚度的极细微纤维或薄膜可以从拉伸步骤125或稳定化步骤135的过程中收集。因此，对于这些实施方式而言，这些过程至少不包含炭化步骤140和石墨化步骤145。在下文中，各过程步骤将参照图1(b)所示的流程来描述。但是，应该理解到，除了制备第一组分溶液的步骤110之外，在不违背以下提供的细节与参数的前提下，以下描述的步骤同样适用于图1(a)所示的流程(即，利用含丙烯腈的聚合物而没有CNT和/或石墨片来制取碳纤维或碳薄膜)。因此，例如当提到一种牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的稳定化步骤135时，一种牵引的双组分聚合物(无CNT和/或石墨片)纤维或薄膜也可以在以下描述的参数所包括的一般条件下经过步骤135被稳定化。同样应该理解到，任何提到的CNT的数量，比例等只是指如图1(b)所示的流程。为了简便起见(即，为了尽量减少文字的重复，不要把关于CNT的过程步骤，条件，数量，比例等关于石墨片再来描述一遍)，应该理解到，所有提到CNT的，通过延伸，都意味着包括石墨片，不论它是作为CNT的替代品还是与CNT组合在一起使用。第一组分溶液是通过使CNT与含丙烯腈的聚合物接触来制备的，为了完成该步骤110，先将CNT(延伸出去，和/或石墨片)分散在一种溶剂中，然后加入含丙烯腈的聚合物。或者，可将CNT与含丙烯腈的聚合物同时在该溶剂中混合(即，不是分步进行)。还可以采用的方法是先将含丙烯腈的聚合物分散在一种溶剂中，接着加入CNT，该CNT可以是干的，也可以是已分散在相同的或不同的溶剂中。还有另外一种可以采用的方法，CNT可以与含丙烯腈的聚合物结合在一熔体中。还可以将干的CNT或在溶液中的CNT加到含丙烯腈的聚合物中去，而该含丙烯腈的聚合物处于单体阶段，或者处于聚合反应的任何阶段，该聚合反应的结果会生成该含丙烯腈的聚合物。该溶剂最好是能增溶(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)是可以用于悬浮或增溶聚丙烯腈聚合物和共聚物的典型溶剂。其它的可以用于悬浮或增溶聚丙烯腈聚合物和共聚物的有机溶剂的例子包括，但不限于，二甲基亚砜(DMSO)，碳酸亚乙酯，亚丙基碳酸酯(dioxanone)，氯乙腈，二甲砜，碳酸亚丙酯，丙二腈，丁二腈，己二腈，Y-丁腈，乙酐，ε-己内酰胺，双(2-氰乙基)醚，双(4-氰丁基)砜，氯乙腈/水，氯乙腈，氰基乙酸，磷酸二甲酯，四亚甲基亚砜，戊二腈，琥珀腈，N-甲酰六亚甲基亚胺，2-羟乙基甲基砜，N-甲基-β-氰乙基甲酰胺，二硫代氰酸亚甲酯，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-亚硝基哌啶，2-噁唑烷酮，1，3，3，5-四氰基戊烷，1，1，1_三氯-3-硝基-丙烷和对-苯酚-磺酸。无机溶剂的例子包括，但不限于，含水浓酸，如浓硝酸(约69.5重量％的HNO3)，浓硫酸(约96重量％的H2SO4)等；浓的盐溶液，如ZnCl2,LiBr,NaSCN等。在溶剂中分散纳米管和/或含丙烯腈的聚合物的混合技术或方法包括，但不限于，声波震荡(即，使用超声波槽或者超声波头)，勻化法(例如利用生物均化器)，机械搅拌(例如利用磁力搅拌棒)，高剪切混合方法，挤出法(例如单螺杆或多螺杆挤出机)等。在某些实施方式中，可用加热来促进CNT和/或含丙烯腈的聚合物在溶剂中的分散。一般地说，可以加热至溶剂的沸点。混合时间取决于各个参数，它包括，但不限于，溶剂，混合物的温度，纳米管和/或含丙烯腈的聚合物的浓度，以及混合技术。混合时间是制备成一个一般地说均勻的悬浮液或分散液所需要的时间。在将CNT和/或含丙烯腈的聚合物分散在选择好的溶剂中形成一悬浮液之后，可任选地将一些溶剂去除掉。可以用任何已知的方法来除去溶剂，像加热，抽真空，环境条件下的溶剂蒸发等。调整悬浮液中溶剂浓度所需要的时间和温度取决于各个参数，包括，但不限于，所采用的具体溶剂，要除去多少溶剂，以及该溶剂的性质。在具体溶剂中含丙烯腈的聚合物的浓度取决于各个因素，其中之一是含丙烯腈的聚合物的分子量。选择聚合物溶液的浓度使其粘度能让选好的纤维或薄膜的挤出技术得到一个理想的结果。一般地说，就聚合物溶液的制备而论，聚合物分子量与聚合物浓度呈负相关。换言之，聚合物的分子量越高，聚合物的浓度就要越低以得到一个理想的粘度。举例来说，在DMF或DMAc中，含丙烯腈的聚合物分子量的数量级在约50，OOOg/摩尔时，溶液浓度可达到高至约25重量％；含丙烯腈的聚合物分子量的数量级在约250，OOOg/摩尔时，溶液浓度可达到高至约15重量含丙烯腈的聚合物分子量的数量级在约1000，OOOg/摩尔时，溶液浓度可达到高至约5重量％。在其它可变因素中，具体的聚合物组成，具体的溶剂，以及溶液温度也可能会影响溶液的浓度。当含丙烯腈的聚合物被加入到纳米管-溶剂的悬浮液中时，它被均质化以形成光学上均勻的聚合物-CNT溶液或悬浮液，也称为一种”掺杂物”。可以一次把全部含丙烯腈的聚合物加入进去，逐步地连续加入，或者分步地制得一般地说均勻的溶液。可以采用任何的技术，像机械搅拌法，声波震荡法，均质法，高剪切混合法，挤出法，或它们的组合来混合聚合物以制备光学上均勻的溶液。同样，当CNT与含丙烯腈的聚合物同时与溶剂一起混合时，该三种组分混合形成一种光学上均勻的聚合物-CNT掺杂物。可以采用任何的技术，像机械搅拌法，声波震荡法，均质法，高剪切混合法，挤出法，或它们的组合来混合纳米管与聚合物以制备光学上均勻的溶液。通常，纳米管将构成掺杂物的约0.001重量％至约40重量％，约0.01重量％至约5重量％是理想的。在选择双组分系统的第二组分时并无特别的限制。一般地说，第二组分要选得使它能与第一组分一起挤出和拉伸，但又能以下面要描述的许多方法中的任何一种与第一组分分离开来。所以，该第二组分聚合物应当不可与第一组分的含丙烯腈的聚合物发生交联。会影响第二组分聚合物的选择的因素包括粘度，熔化温度，与含丙烯腈的聚合物的相容性，流变学性质等。例如，两个聚合物组分的粘度值应该类似。否则的话，在挤出步骤中，粘度较高的组分会对抗重排，引起组分在纤维或薄膜截面上的分布扭曲。同样，在用加热手段来使双组分纤维或薄膜的两种组分分离时，第二组分聚合物的熔点不应该与第一组分的含丙烯腈的聚合物的熔点基本类似，因为它有可能会使分离过程变得复杂化。第二组分聚合物的实际选择对于本领域技术人员不会有困难。制备第二组分的溶液的方法可包括将第二组分聚合物分散或溶解在一种溶剂中。该溶剂最好是能增溶该第二组分聚合物。在典型的实施方式中，该溶剂与用于制备第一组分溶液的溶剂相同。在制备了第一组分溶液和第二组分溶液之后，两个溶液通过共挤出步骤120形成聚合物-CNT纤维或薄膜。这里所用的术语”挤出”意指通常不仅包括用来制取可拉伸的双组分薄膜的拉伸方法，而且还包括用来制取可拉伸的双组分纤维的抽丝方法。挤出步骤120可以采用任何制取可拉伸的纤维或薄膜的方法来实现。适合于制取可拉伸的纤维或薄膜的方法的例子包括，但不限于，凝胶挤出法(它包括凝胶抽丝法)，湿式挤塑法(它包括湿式纺丝法)，干式挤塑法(它包括干式纺丝法)，干喷湿式挤塑法(它包括干喷湿纺法)，电挤塑法(它包括电纺丝法)，熔融挤塑法(它包括熔体抽丝法)等。当挤出薄膜时，采用缝型模头。在组分溶液通过多孔喷丝嘴或模头被挤出之后，纤维或薄膜分别以与所采用的挤出技术相协调的方式经步骤125被拉伸。在一个典型的实施方式中，用于挤出组分溶液的技术是凝胶挤塑法。对于本领域技术人员容易理解，可以改变聚合物浓度，溶剂浓度，胶凝介质，胶凝时间来实现牵引的纤维或薄膜所需要的特性。通过采用一种双组分挤出设备来完成挤出步骤120。图2提供了这样一台设备的示意图，通称为200。如图所示，各组分的溶液分别被引入设备200。各个溶液可以被储存在一个室中，该室可以任选地被加热以使每个组分的溶液获得理想的流变学特性。各个溶液可以流经一个过滤器以使挤出的双组分纤维或薄膜中留有杂质的可能性减至最低。流经过滤器之后，需要的话，各组分的溶液分别进入一个控制每个溶液的分布或流径的装置。随后，各组分的溶液通过多孔喷丝嘴或模头，生产出双组分聚合物-CNT纤维或薄膜。可以获得许多挤出的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的几何结构。图3和图4分别了示出纤维和薄膜的有代表性的，非限制性的几何结构组。图3所示的几何结构包括所谓的”海岛型”，“芯_套型”，“并排型”，“叠层型”和”镶饼型”。图4所示的几何结构包括所谓的“芯-套型”和“并排型”。可以通过设计能控制每个溶液进入多孔喷丝嘴或模头的分布或流径的装置来生产出理想的具体几何结构。这些装置为大家所熟知，市场上有售，它们通常包含一块或多块分料器板，在板上的一个面或两个面上蚀刻出分料器流径，将聚合物组分分配至合适的多孔喷丝嘴或模头入口孔的位置。分配路径可以足够小以促进产生多股不连续的聚合物组分物流，与轴平行地进入每个多孔喷丝嘴或模孔入口孔，如此得到的挤出纤维或薄膜能具有理想的几何结构。可以在都授予巴斯夫(BASF)公司的美国专利No.5，162，074，5，344，297，5，466，410，5，533，883，5，551，588，5，575，063，5，620，644等，以及都授予希尔股份有限公司(Hills,Inc.)的美国专利No.5，462，653，5，562，930等中找到这样的装置的具体例子。经过挤出步骤120之后，双组分聚合物-CNT纤维或薄膜可以经步骤125被拉伸。拉伸过的全部双组分聚合物-CNT纤维或薄膜(即，包含第一组分以及第二组分)的直径或厚度可以分别被多孔喷丝嘴或模头的孔的大小尺寸来控制。这些直径或厚度也可以由纤维或薄膜内的第一组分的数目来控制。牵引的双组分聚合物-CNT纤维的平均直径可约为IOOnm至约1mm。更具体地说，牵引的双组分聚合物-CNT前体纤维的平均直径可约为IOOnm至约100μm。类似地，牵引的双组分聚合物-CNT薄膜前体的平均厚度可约为50nm至约500μm。更具体地，牵引的双组分聚合物-CNT前体薄膜的平均厚度可约为IOOnm至约ΙΟΟμπι。在牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜中，CNT可以是管状的，或者它们可以是扁平的或崩坍的。在某些实施方式中，尤其是CNT的平均直径小于或等于约15nm时，扁平状或崩坍的CNT可变成散开的或展开的形状，如此就成为宽度约为0.5nm至约IOOnm的石墨片ο所有的牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜本身都具有令人满意的特性。例如，牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的拉伸强度可达约0.25GPa至约2GPa。在某些情形下，拉伸强度至少可达lGPa。牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的初始拉伸模量也可达约15GPa至约30GPa；在某些情形下，拉伸模量至少可达约25GPa。牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的结晶度可至少为约50%，在某些情形下，结晶度至少可达70%。最后，牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的分子定向至少为约0.75，某些纤维或薄膜的分子定向至少达约0.9。在经过了拉伸步骤125之后，牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜可以经受两步加工过程中的一步。牵弓I的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜可以经历分离步骤130，或者，牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜可以经历热稳定化步骤135。在分离步骤130中，包含CNT和含丙烯腈的聚合物的第一组分与牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的第二组分分离开来。分离的实现可以利用化学处理方法将第二组分溶解掉，如果第一组分与第二组分之间的界面较差，则可利用声波震荡的方法，温和的加热处理使第二组分熔化掉，更强烈些的加热处理使第二组分烧掉等方法。经过分离步骤130之后，牵引的双组分聚合物-CNT纤维或薄膜的第一组分可以经历步骤135被稳定化或者步骤140被炭化(如果它先前已经经过步骤135被稳定化了)。稳定化步骤135—般包含加热处理，其中，不论牵引的聚合物-CNT纤维或薄膜是否已被分离，任选地，它们可以被置于应力或张力作用下。加热处理过程在氧化性气氛中发生。在此氧化性稳定化过程中，第一组分的含丙烯腈的聚合物经受了化学变化，导致它的密度提高。相信在某些实施方式中，稳定化过程导致含丙烯腈的聚合物的结晶，产生一种称之为”梯型聚合物”的物质。此外，还有可能发生了一些氢的析出和/或氧的吸收。一般地说，稳定化步骤135于约200°C至约400°C温度下在空气中进行，可以延续最长至36小时，优选约30秒钟至约24小时。确切的稳定和停留时间部分地取决于含丙烯腈的聚合物的组成，牵引的聚合物-CNT纤维直径或薄膜厚度，以及第二组分先前是否已经被分离掉了。在某些实施方式中，加热处理可以分多步进行。接着，所述双组分纤维或薄膜的已经稳定化了的第一组分可以经历分离步骤130或者炭化步骤140。炭化步骤140通常包含在一惰性环境(例如氮气，氦气，氩气等)中的加热处理过程，其温度要比稳定化过程的温度高。这一步骤可用稳定化了的第一组分纤维或薄膜在张力或应力条件下进行。在炭化步骤140中，稳定化了的第一组分纤维或薄膜的含碳量提高了(例如，超过90重量％)，形成了三维的碳结构。这一般是通过热解作用发生的。一般地说，炭化步骤140于约500°C至约1800°C的温度下进行。可以延续最长至2小时，优选约1毫秒至约60分钟。确切的稳定和停留时间部分地取决于含丙烯腈的聚合物的组成，以及CNT在组合物中的浓度。例如，采用较高的炭化温度可以使模量提高。在某些实施方式中，加热处理可以分多步进行。经过炭化步骤140之后，双组分纤维或薄膜的第一组分可以经历石墨化步骤145。石墨化步骤145通常包含在一惰性环境中的加热处理过程，其温度要比炭化过程的温度更高。石墨化步骤145中不使用氮气，因为氮能与碳发生反应生成氮化物。这一步骤可用炭化了的第一组分纤维或薄膜在张力或应力条件下进行。一般地说，石墨化步骤145于约1800°C至约2800°C的温度下进行。可以延续最长至约1小时，优选约1毫秒至约15分钟。确切的温度和停留时间还部分地取决于含丙烯腈的聚合物的组成，以及CNT在组合物中的浓度。在某些实施方式中，加热处理可以分多步进行。现在要提到得到的含CNT和/或石墨片的碳纤维和碳薄膜。如前面提到的那样，应该理解到，为了简便起见和尽量减少文字的重复，所有提到CNT的，通过延伸，都意味着包括石墨片，不论它是作为CNT的替代品还是与CNT组合在一起使用。在某些情形中，为明确起见，在第一次描述时会提及对于石墨片有类似的条件/性质，在剩下的文本中则不再重复。最终的碳纤维的平均直径通常约为IOnm至约10μm。更具体地，它们的平均直径可约为12nm至约5μm。最终的碳薄膜的平均厚度通常约为25nm至约25μm。更具体地，它们的平均厚度约为50nm至约5μπι。对于薄膜的宽度并无特别的限制。取决于纤维或薄膜的具体尺寸，薄膜或纤维可以是光学透明的。CNT在最终碳纤维或碳薄膜中的存在量约为0.001重量％至约80重量％，优选约0.01重量％至约5重量％。在典型的实施方式中，最终碳纤维或碳薄膜中的CNT是崩坍的。也就是说，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叠的片堆存在。更具体地，在这些实施方式中，在最终的碳纤维或碳薄膜中CNT(和/或石墨片)以单独的纳米管(和/或石墨片)或者以组(和/或堆)存在，每组平均少于10个纳米管(和/或石墨片)。在某些实施方式中，每组平均少于5个纳米管。在另外的实施方式中，观察到每组少于3个纳米管。不涉及到理论，据信纳米管的崩坍以不同的方式进行。已经发现，提高纳米管的浓度导致在最终碳纤维或碳薄膜中更多的集束。因此，可以采用较低浓度的CNT以实现纳米管的崩坍。另外，在拉伸步骤125中，相信有规律的或连续的拉伸会产生CNT更好的崩坍。举例来说，在溶液制备步骤110中将一种稀的分散液(例如，300毫升的溶剂中有10毫克小直径的CNT)与含丙烯腈的聚合物混合，然后在拉伸步骤125中有规律地拉伸，可以得到碳纤维中的CNT个别地存在或者以平均少于3个纳米管的组存在。这里披露的工艺流程的一个有利特征是石墨化步骤145不是必须的。事实上，即使没有石墨化这一步骤，存在于含丙烯腈的聚合物中的CNT在炭化步骤140的较低温度下引发了石墨化。具体地，炭化之后，可以观察到一个微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm。就石墨片而论，该微晶石墨区域可直接从该石墨片的一个面上延伸出去约0.34nm至约50nm。更普通地，该微晶石墨区域从每一个CNT(和/或石墨片)的壁上(和/或表面上)径向地(和/或直接地)延伸出去约Inm至约30nm。在某些情形下，微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。换言之，存在于聚合物_纳米管混合物中的1重量％的CNT对于CNT周围的聚合物产生的影响使其反应性提高了约30%。考虑到本发明工艺流程的炭化步骤140的较低温度，这些结果是十分令人吃惊的。另外，在稳定化，炭化，和任选的石墨化步骤中的一个或多个步骤对纤维或薄膜施加了张力，相信这也有助于CNT周围石墨区域的结晶。因此，在典型的实施方式中，在这些步骤的每一步中都对纤维或薄膜施加了张力。这里披露的工艺流程的另一个有利特征是，将牵引的纤维或薄膜稳定化和炭化(和任选地石墨化)，使得生产出的碳纤维和碳薄膜的拉伸模量和拉伸强度提高了。一般地说，往聚合物-纳米管混合物中添加约1重量％的〔附，与采用相同制备步骤但没有任何CNT制备的碳纤维或碳薄膜相比，拉伸强度至少可以提高0.5GPa，拉伸模量至少可以提高50GPa。对于纤维或薄膜来说，往聚合物-纳米管混合物中添加约1重量％的CNT就可以实现拉伸强度和/或拉伸模量提高至少50%(仍然与采用相同制备步骤但没有任何CNT制备的碳纤维或碳薄膜相比)。最终的碳纤维或碳薄膜的拉伸强度可高达约IOGPa或者更高，拉伸模量可高达约750GPa或者更高。例如，由PAN和CNT通过凝胶挤出法制得的经炭化过而未经石墨化步骤的碳纤维可展现出高达约6GPa的拉伸强度，以及高达约600GPa的拉伸模量。也可制得碳纤维或碳薄膜具有比拉伸强度更高的抗压强度。还观察到本发明制得的碳纤维或碳薄膜的另一个改进包括电导率的改进。采用这里描述的工艺流程所制备的碳纤维或碳薄膜的电导率与没有任何CNT的碳纤维或碳薄膜相比，提高了至少约25%。在一个实施方式中，电导率提高了50%以上。在某些实施方式中，与没有任何CNT的碳纤维或碳薄膜相比，电导率变成2倍以上，5倍以上，甚至10倍以上。将参照以下非限制性的实施例来进一步阐述本发明的各个实施方式。实施例例1海岛型双组分纤维该例中，采用海岛型双组分截面几何结构和凝胶抽丝法制得了小直径的聚丙烯腈(PAN)和PAN/碳纳米管(CNT)的复合物纤维，其有约99重量％的PAN和约1重量％的CNT(99/1)。接着，海洋组分聚合物通过完全的热降解在稳定化阶段被除去，岛型组分被稳定化和炭化，得到PAN和PAN/CNT基的碳纤维，其有效直径为约1μm或更小。如在本实施例中将要更详细地描述的那样，采用这种方法加工制得的PAN/CNT(99/1)基碳纤维呈现出约4.5GPa的拉伸强度(2.5N/tex)和约463GPa的拉伸模量(257N/tex)，而在同样条件下加工制得的对照PAN基碳纤维的这些数值分别为约3.2GPa(l.8N/tex)和约337GPa(187N/tex)。这些小直径的碳纤维的性质也与较大直径(即大于约6μm)的PAN和PAN/CNT基碳纤维进行了比较。PAN的粘均分子量约为250，OOOg/摩尔，由日本依克丝兰(Exlan)有限公司获得。碳纳米管(批号Lot#X0-021UA)由尤尼带(Unidym)股份有限公司(Houston，TX)获得，根据在空气中的热失重分析(TGA)，用于本研究中的CNT含有约1.6重量％的催化杂质。如图5(a)所示，高分辨率透射电镜(HR-TEM)揭示出该CNT为一个双壁碳纳米管和三壁碳纳米管的混合物，其中很少有多壁碳纳米管。如图5(b)所示，CNT的拉曼光谱没有径向透气模式(radialbreathingmode)。聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的分子量约为85，000至150，000g/mol，由塞洛工业公司(CyroIndustries)(Orange,CT)获得，被用作牺牲”海洋”组分。二甲基甲酰胺(DMF)由西格马-奥尔德里奇(Sigma-Aldrich)公司获得。CNT以约40mg/L的浓度，室温下利用声波震荡(布兰森(Branson)3510R-MT，100W,42kHz)约24小时被分散在DMF中。约14.85克的PAN在约80°C下溶解在约IOOmL的DMF中。往该PAN/DMF溶液中加入光学均勻的CNT/DMF分散液。任何过量的溶剂通过约80°C下的真空蒸馏被蒸发掉，同时搅拌，得到理想的溶液浓度(每100毫升溶剂约15克固体)。海洋组分的溶液是将约55克的PMMA在150°C左右溶解在约100毫升的DMF中制得的。利用直径约250μm的喷丝嘴来加工制得海岛型纤维。双组分抽丝设备被设计成与图2所描绘的相似。两个溶液的储罐(即，“岛型”储罐，装有PAN或PAN/CNT，“海洋”储罐，装有PMMA)的温度维持在约120°C，而喷丝嘴温度则维持在约140°C。海洋组分和岛型组分的体积流量约为1.5cm7min，根据喷丝嘴的直径，它相当于61m/min的直线喷射速度。溶液被拉丝进入一个维持在约-50°C的甲醇浴中。喷丝嘴与甲醇浴之间的空气隙保持在约5cm。拉丝出来的纤维(as-spunfibers)以约200m/min的速度被收集，一直浸在约-50°C的甲醇浴中数日以确保岛型组分的胶凝化。凝胶双组分纤维在约110°C，约150°C，和约170°C，利用一个在线加热器，分几个阶段被牵引。PAN和PAN/CNT凝胶纤维对于PMMA海洋组分的牵引比约为10。这不包括在拉丝步骤中在甲醇浴里的3.3的牵引比。牵引的纤维接着在约70°C下被真空干燥3天左右。图6给出前体海岛型纤维在有和没有海洋组分分离的情形下的扫描电镜(SEM)图像。PMMA海洋组分可以通过溶解在硝基甲烷中被除去。干燥的海岛型前体纤维(未除去海洋组分PMMA)在一箱式炉(琳德伯格(Lindberg),51668-HR箱式炉1200C，蓝M电(BlueMElectric))中被稳定化，如图7所示，在空气中，利用两个夹紧钢块将纤维挂在一根石英棒上。根据岛型纤维的截面积(PAN或PAN/CNT)，施加IOMPa的初始应力。纤维在空气中以约1°C/min的加热速度从室温被加热到约285°C，保持在约285°C下4小时左右。接着，以约1°C/min的加热速度被加热到约330°C，保持在约330°C2小时左右。然后，稳定化了的纤维经过几个小时被冷却至室温。在这个稳定化过程中，海洋组分(PMMA)完全被烧掉了。接着，稳定化了的岛型PAN和PAN/CNT纤维在氩气氛中以约5°C/min的加热速度从室温被加热到约120(TC，保持在约120(TC下5分钟左右。拉伸实验在复丝试样上进行。利用一台RSAIII固体分析仪(电流测定科学(RheometricScientific)公司)来制备和测试试样，标距约6mm，直角压出速度约为0.1%/S。数据未经机械适应性(machinecompliance)校正。拉伸破裂试样用金溅射涂膜，用SEM(LEO1530，操作条件10kV)检测来确定有效截面积。为了进一步确保截面积测定的准确性，SEM用一标准样品(301BE，EMS公司，Hatfield，PA)来标定。利用图像分析软件(UTHSCSA图像工具版本3.0，德克萨斯大学健康中心，SanAntonio,TX)来测定纤维的截面积。利用一台装有锐佳酷(Rigaku)R-轴IV++检测系统的RigakuMicroMax-002衍射仪(X-射线波长，λ=0.15418nm)获得了复丝束的广角X-射线衍射(WAXD)图案。利用AreaMaxV.1.00和MDI佳德(Jade)6.1来分析衍射图案。测定了炭化了的石墨结构的取向(fQQ2)和晶体大小(Lcitl2和Lltl)。利用一台霍勒普波研究(HoloprobeResearch)785拉曼显微镜(凯撒光学系统公司(KaiserOpticalSystem)制造，采用785nm激发激光，装有相互平行的起偏振器和分析仪，vv模式)采集到反散射几何条件下的炭化了的纤维的拉曼光谱。纤维被放置在与拉曼显微镜中的起偏振器和分析仪平行的位置上。利用一台JEOL4000EX透射电镜(工作电压400kV)进行HR-TEM。HR-TEM分析用的碳纤维样品的制备时先用玉石研钵和研杵来研磨纤维。研磨过的纤维被置于乙醇中，用超声波震荡约15分钟以进一步将纤维碎片粉碎成细段。放一滴这种分散液在TEM栅条上(电子显微镜科学(ElectronMicroscopySciences)，Cat.#200C_LC)，干燥待分析。表1列出炭化了的岛型PAN和PAN/CNT(99/1)纤维的拉伸特性。为了比较起见，由凝胶_抽丝PAN基和PAN/CNT基纤维加工制得的较大直径的碳纤维的拉伸特性也列在表1中。图8为炭化了的PAN和PAN/CNT岛型纤维的有代表性的应力-应变曲线。如图9所示，具有不同截面积的PAN基和PAN/CNT基的碳纤维的拉伸强度表明，随着截面积的减小，强度有所提高。数据证实了两点(a)截面积一定时，前体中含有约1重量％WCNT的PAN/CNT基碳纤维的拉伸强度要比相应的PAN基碳纤维的拉伸强度高约25%至约60%，以及(b)拉伸强度随着截面积的减小而增加。表1.已炭化的岛型和大直径PAN及PAN/CNT(99/1)纤维的拉伸特性<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>1"前体纤维直径约为12μm前体纤维直径约为20μmPAN基碳纤维的拉伸模量随着炭化温度呈单调提高，而拉伸强度在约1500°C时达到最大值。小直径炭化过的凝胶_抽丝PAN纤维的模量高于市场上有售的在同样温度下炭化过的纤维。相应的PAN/CNT基碳纤维的模量则高得多。这些趋势可以从表1中看出来。它表示来自凝胶抽丝，CNT,以及小的纤维截面积的贡献。PAN基碳纤维胜过浙青基碳纤维或全部CNT碳纤维的一个优点在于抗压强度。PAN基碳纤维的拉伸强度和抗压强度都高，因此，这些是仅有的用于结构复合物的碳纤维，因为抗压强度也是结构复合物的一个必要条件。如在Kozey等人(材料2.高性能纤维的综合性能(“CompressiveBehaviorofMaterials2.High-PerformanceFibers”)，1995,材料研究杂志(JournalofMaterialsResearch)，10，1044)中描述的反冲试验(recoiltest)，它可以给出弹性纤维抗压强度的一个间接测量。当一弹性纤维在拉伸时破裂，若它的拉伸强度高于它的抗压强度，则它在压缩时也会破裂。拉伸应力波穿过纤维传播至夹子上，象一个压缩应力波反弹。如果在纤维中没有能量损失，则压缩应力波的强度与拉伸应力的相同。大约50%的由凝胶-抽丝PAN/CNT纤维加工得到的小直径碳纤维在压缩时不破裂，而在拉伸时破裂了。这些观察到的现象暗示，由小直径的凝胶_抽丝PAN/CNT制得的碳纤维的抗压强度与它们的拉伸强度相当，或者高于它们的拉伸强度。与炭化过的对照PAN纤维相比，含CNT的碳纤维沿着纤维轴(Lltl)或多或少具有较小的d-间距和较大的晶体尺寸。这被表2的数据所证实。PAN/CNT基的碳纤维的断裂表面显示出约20nm至约50nm直径的原纤，这在图10(b)中可以看到。这些原纤表明PAN已经在CNT周围石墨化了。如在图10(a)中所见，小直径凝胶-抽丝PAN的断裂行为是PAN基碳纤维的特征。表2.已炭化的岛型纤维的结构参数<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>a晶体大小来自同距离扫描b晶体大小来自切向扫描图11包括炭化过的PAN和PAN/CNT纤维的HR-TEM图像。尽管图11(a)所示的炭化过的PAN纤维展示出较低有序的碳结构，但在图ll(b)-ll(d)中所示的炭化过的PAN/CNT中的原纤结构揭示了一种高度有序的石墨结构。但是，PAN/CNT基碳纤维并非只是CNT加到炭化过的PAN中去。相反，CNT的存在影响了PAN的炭化。紧接着CNT周围的PAN的稳定和炭化不同于远离纳米管的PAN的稳定和炭化。当在1200°C左右炭化时，凝胶-抽丝PAN并不发展成石墨结构。但是，如图12所示，当在此温度和同样应力条件下，含大约1重量％CNT的凝胶-抽丝PAN/CNT在拉曼光谱上显示出一个显著的石墨峰。该石墨峰并非由于CNT的存在，而是因为在CNT的存在下，PAN转化成石墨结构的缘故。这些石墨原纤结构有助于提高拉伸强度和模量。在这个例子中，通过双组分和凝胶抽丝，成功地加工了非常细的连续PAN/CN前体纤维。后续的稳定化和炭化步骤得到的碳纤维的有效直径约为lym，平均拉伸强度约为4.5GPa(约2.5N/tex)，平均拉伸模量约为463GPa(约257N/tex)。本发明的实施例并不限于这里披露的具体的配方，流程步骤和材料，因为这些配方，流程步骤和材料可以有些改变。另外，这里所用的术语只是用来描述典型的实施方式，无意去限制，因为本发明的各实施方式的范围仅仅会受到附上的权利要求书的限制。例如，温度，应力和时间参数可能会根据所用的材料的不同而发生变化。因此，尽管已经详细地披露了实施方式，具体提到了典型的实施方式，本领域技术人员会理解，在所附的权利要求书中所定义的范围之内可以进行各种变化和调整。因此，本发明的各实施方式的范围不应当被限制在以上讨论的实施方式中，而应当由以下的权利要求书及其等价物限制。所有提到的专利和其它参考资料都被结合作为参考，就像在此完全陈述一样。权利要求一种制造碳纤维的方法，该方法包含将一种第一组分的溶液和一种第二组分的溶液通过双组分挤出装置挤出，形成一种包含第一组分和第二组分的双组分聚合物纤维；以及拉伸该双组分聚合物纤维，形成牵引的双组分聚合物纤维；其中，该第一组分包含含丙烯腈的聚合物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包含使该牵引的双组分聚合物纤维稳定化。3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维的第一组分与第二组分分离。4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物纤维的第一组分炭化。5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该已炭化的双组分聚合物纤维的第一组分石墨化。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该挤出包含凝胶-挤出。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该挤出包含溶液-挤出。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该牵引的双组分聚合物纤维的平均直径约为lOOnm至约为1mm。9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在张力下将该牵引的聚合物纤维稳定化。10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在氧化性环境中将该牵引的聚合物纤维稳定化。11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在约200°C至约400°C的温度下将该牵引的聚合物纤维稳定化少于或等于约36小时。12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该分离包含将第二组分从牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维中溶解出去；对牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间的任何界面相互作用；加热使第二组分熔化，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维；加热使第二组分烧掉，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物纤维；或者上述至少两种的组合。13.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该分离与稳定化同时发生。14.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该炭化包含在张力下将稳定化的聚合物纤维炭化。15.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该炭化包含在惰性环境中将稳定化的聚合物纤维炭化。16.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该炭化包含在约500°C至约1800°C的温度下将该稳定化的聚合物纤维炭化少于或等于约2小时。17.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在张力下将炭化的聚合物纤维石墨化。18.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在含非氮气的惰性环境中将炭化的聚合物纤维石墨化。19.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在约1800°C至约2800°C的温度下将该炭化的聚合物纤维石墨化少于或等于约1小时。20.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该碳纤维的平均直径约为lOnm至约10um。21.—种碳纤维，它是采用上述权利要求中任一项所述的方法制得的。22.一种制造碳纤维的方法，它包含使碳纳米管(CNT)与含丙烯腈的聚合物接触，形成一种第一组分溶液；挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物-CNT纤维前体，该前体包含一种第一组分和一种第二组分；以及拉伸该双组分聚合物-CNT纤维前体，形成一种牵引的双组分聚合物-CNT纤维。23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包含使该牵引的双组分聚合物-CNT纤维稳定化。24.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该牵弓I的或稳定化的双组分聚合物-CNT纤维的第一组分与第二组分分离。25.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-CNT纤维的第一组分炭化。26.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-CNT纤维的已炭化的第一组分石墨化。27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT包含单壁纳米管、双壁纳米管、三壁纳米管、或者包含两种或两种以上的上述类型的CNT的组合。28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT的平均直径约为0.5nm至约25nm。29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT的平均直径小于或等于约lOnm。30.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT的平均长度大于或等于约lOnm。31.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT占所述双组分聚合物-CNT纤维前体的总重量的约0.001重量％至约40重量％。32.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该牵引的聚合物-CNT纤维的平均直径约为lOOnm至约1mm。33.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在张力下将该牵引的聚合物-CNT纤维稳定化。34.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在氧化性环境中将该牵引的聚合物-CNT纤维稳定化。35.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在约200°C至约400°C的温度下将该牵引的聚合物-CNT纤维稳定化少于或等于约36小时。36.如权利要求24所述的方法，其特征在于，该分离包含将第二组分从牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT纤维中溶解出去；对牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT纤维进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间的任何界面相互作用；加热使第二组分熔化，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT纤维；加热使第二组分烧掉，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT纤维；或者上述至少两种的组合。37.如权利要求24所述的方法，其特征在于，该分离与稳定化同时发生。38.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该炭化包含在张力下将稳定化的聚合物-CNT纤维炭化。39.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该炭化包含在惰性环境中将稳定化的聚合物-CNT纤维炭化。40.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该炭化包含在约500°C至约1800°C的温度下将该稳定化的聚合物-CNT纤维炭化少于或等于约2小时。41.如权利要求26所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在张力下将炭化的聚合物-CNT纤维石墨化。42.如权利要求26所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在含非氮气的惰性环境中将炭化的聚合物-CNT纤维石墨化。43.如权利要求26所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在约1800°C至约2800°C的温度下将该炭化的聚合物-CNT纤维石墨化少于或等于约1小时。44.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维的平均直径约为lOnm至约为10um。45.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该CNT占碳纤维总重量的约0.001重量％至约80重量％。46.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维中的CNT是崩坍的。47.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维包含从每一个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。48.如权利要求47所述的方法，其特征在于，该微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。49.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维的电导率比不含有CNT的碳纤维的电导率至少高25%。50.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该挤出包含凝胶_挤出。51.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该挤出包含溶液_挤出。52.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维的拉伸强度比不含有CNT的碳纤维的拉伸强度至少高0.5GPa。53.如权利要求22所述的方法，其特征在于，该碳纤维的拉伸模量比不含有CNT的碳纤维的拉伸模量至少高50GPa。54.一种制造碳薄膜的方法，它包含使碳纳米管(CNT)与含丙烯腈的聚合物接触，形成一种第一组分溶液；挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物-CNT薄膜前体，该前体包含一种第一组分和一种第二组分；以及拉伸该双组分聚合物-CNT薄膜前体，形成一种牵引的双组分聚合物-CNT薄膜。55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，还包含使该牵引的双组分聚合物-CNT薄膜稳定化。56.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该牵弓I的或稳定化的双组分聚合物-CNT薄膜的第一组分与第二组分分离。57.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-CNT薄膜的第一组分炭化。58.如上述权利要求中任一项项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-CNT薄膜的已炭化的第一组分石墨化。59.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT包含单壁纳米管、双壁纳米管、三壁纳米管、或者包含两种或两种以上的上述类型的CNT的组合。60.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT的平均直径约为0.5nm至约为25nm。61.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT的平均直径小于或等于约lOnm。62.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT的平均长度大于或等于约lOnm。63.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT占双组分聚合物-CNT薄膜前体的总重量的约0.001重量％至约40重量％。64.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该牵引的聚合物-CNT薄膜的平均厚度约为50nm至约50um。65.如权利要求55所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在张力下将该牵引的聚合物-CNT薄膜稳定化。66.如权利要求55所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在氧化性环境中将该牵引的聚合物-CNT薄膜稳定化。67.如权利要求55所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在约200°C至约400°C的温度下将该牵引的聚合物-CNT薄膜稳定化少于或等于约36小时。68.如权利要求56所述的方法，其特征在于，该分离包含将第二组分从牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT薄膜中溶解出去；对牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT薄膜进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间的任何界面相互作用；加热使第二组分熔化，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT薄膜；加热使第二组分烧掉，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-CNT薄膜；或者上述至少两种的组合。69.如权利要求56所述的方法，其特征在于，该分离与稳定化同时发生。70.如权利要求57所述的方法，其特征在于，该炭化包含在张力下将该稳定化的聚合物-CNT薄膜炭化。71.如权利要求57所述的方法，其特征在于，该炭化包含在惰性环境中将该稳定化的聚合物-CNT薄膜炭化。72.如权利要求57所述的方法，其特征在于，该炭化包含在约500°C至约1800°C的温度下将该稳定化的聚合物-CNT纤维炭化少于或等于约2小时。73.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在张力下将该已炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化。74.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在含非氮气的惰性环境中将炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化。75.如权利要求58所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在约1800°C至约2800°C的温度下将该炭化的聚合物-CNT薄膜石墨化少于或等于约1小时。76.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的平均厚度约为25nm至约25um。77.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该CNT占碳薄膜的总重量的约0.001重量％至约80重量％。78.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该碳薄膜中的CNT是崩坍的。79.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该碳薄膜包含从每一个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。80.如权利要求80所述的方法，其特征在于，该微晶石墨区域从每一个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。81.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的电导率比不含有CNT的碳薄膜的电导率至少高25%。82.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该挤出包含凝胶_挤出。83.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该挤出包含溶液_挤出。84.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的拉伸强度比不含有CNT的碳薄膜的拉伸强度至少高0.5GPa。85.如权利要求54所述的方法，其特征在于，该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。86.一种制造碳纤维的方法，它包含使石墨片与含丙烯腈的聚合物接触，形成一种第一组分溶液；挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物-石墨片纤维前体，该前体包含一种第一组分和一种第二组分；以及拉伸该双组分聚合物-石墨片纤维前体，形成一种牵引的聚合物-石墨片纤维。87.如权利要求86所述的方法，其特征在于，还包含使该牵弓|的双组分聚合物_石墨片纤维稳定化。88.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该牵弓I的或稳定化的双组分聚合物_石墨片纤维的第一组分与第二组分分离。89.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-石墨片纤维的第一组分炭化。90.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-石墨片纤维的已炭化的第一组分石墨化。91.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均宽度约为0.5nm至约lOOnm。92.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均厚度约为0.5nm至约25nm。93.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均宽度小于或等于约lOnm。94.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均长度大于或等于约lOnm。95.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片占双组分聚合物-石墨片纤维前体的总重量的约0.001重量％至约40重量％。96.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该牵引的聚合物-石墨片纤维的平均直径约为lOOnm至约1mm。97.如权利要求87所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在张力下将该牵引的聚合物-石墨片纤维稳定化。98.如权利要求87所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在氧化性环境中将该牵引的聚合物_石墨片纤维稳定化。99.如权利要求87所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在约200°C至约400°C的温度下将该牵引的聚合物-石墨片纤维稳定化少于或等于约36小时。100.如权利要求88所述的方法，其特征在于，该分离包含将第二组分从牵弓I的或稳定化的双组分聚合物_石墨片纤维中溶解出去；对牵引的或稳定化的双组分聚合物_石墨片纤维进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间的任何界面相互作用；加热使第二组分熔化，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物_石墨片纤维；加热使第二组分烧掉，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-石墨片纤维；或者上述至少两种的组合。101.如权利要求88所述的方法，其特征在于，该分离与稳定化同时发生。102.如权利要求89所述的方法，其特征在于，该炭化包含在张力下将稳定化的聚合物-石墨片纤维炭化。103.如权利要求89所述的方法，其特征在于，该炭化包含在惰性环境中将稳定化的聚合物-石墨片纤维炭化。104.如权利要求89所述的方法，其特征在于，该炭化包含在约500°C至约1800°C的温度下将该稳定化的聚合物_石墨片纤维炭化少于或等于约2小时。105.如权利要求90所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在张力下将已炭化的聚合物-石墨片纤维炭化。106.如权利要求90所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在含非氮气的惰性环境中将已炭化的聚合物_石墨片纤维石墨化。107.如权利要求90所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在约1800°C至约2800°C的温度下将该已炭化的聚合物-石墨片纤维石墨化少于或等于约1小时。108.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维的平均直径约为lOnm至约10um。109.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该石墨片占碳纤维总重量的约0.001重量％至约80重量％。110.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维中的该石墨片是崩坍的。111.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维包含从每一个石墨片的面上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。112.如权利要求111所述的方法，其特征在于，该微晶石墨区域从每一个石墨片的面上径向地延伸出去至少约2nm。113.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维的电导率比不含有石墨片的碳纤维的电导率至少高25%。114.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该挤出包含凝胶_挤出。115.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该挤出包含溶液_挤出。116.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维的拉伸强度比不含有石墨片的碳纤维的拉伸强度至少高0.5GPa。117.如权利要求86所述的方法，其特征在于，该碳纤维的拉伸模量比不含有石墨片的碳纤维的拉伸模量至少高50GPa。118.—种制造碳薄膜的方法，它包含使石墨片与含丙烯腈的聚合物接触，形成一种第一组分溶液；挤出该第一组分溶液与一种第二组分溶液，形成一种双组分聚合物-石墨片薄膜前体，该前体包含一种第一组分和一种第二组分；以及拉伸该双组分聚合物_石墨片薄膜前体，形成一种牵引的聚合物_石墨片薄膜。119.如权利要求118所述的方法，其特征在于，还包含使该牵引的双组分聚合物-石墨片薄膜稳定化。120.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该牵引的或稳定化的双组分聚合物_石墨片薄膜的第一组分与第二组分分离。121.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物_石墨片薄膜的第一组分炭化。122.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包含将该双组分聚合物-石墨片薄膜的已炭化的第一组分石墨化。123.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均宽度约为0.5nm至约lOOnm。124.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均厚度约为0.5nm至约25nm。125.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均宽度小于或等于约10nmo126.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片的平均长度大于或等于约10nmo127.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片占双组分聚合物-石墨片纤维前体的总重量的约0.001重量％至约40重量％。128.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该牵引的聚合物-石墨片薄墨的平均厚度约为50nm至约50iim。129.如权利要求119所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在张力下将该牵引的聚合物-石墨片薄膜稳定化。130.如权利要求119所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在氧化性环境中将该牵引的聚合物_石墨片薄膜稳定化。131.如权利要求119所述的方法，其特征在于，该稳定化包含在约200°C至约400°C的温度下将该牵引的聚合物_石墨片薄膜稳定化少于或等于约36小时。132.如权利要求120所述的方法，其特征在于，该分离包含将第二组分从牵引的或稳定化的双组分聚合物_石墨片薄膜中溶解出去；对牵引的或稳定化的双组分聚合物_石墨片薄膜进行声波震荡处理以降低第一组分与第二组分之间的任何界面相互作用；加热使第二组分熔化，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-石墨片薄膜；加热使第二组分烧掉，以离开牵引的或稳定化的双组分聚合物-石墨片薄膜；或者上述至少两种的组合。133.如权利要求120所述的方法，其特征在于，该分离与稳定化同时发生。134.如权利要求121所述的方法，其特征在于，该炭化包含在张力下将稳定化的聚合物-石墨片薄膜炭化。135.如权利要求121所述的方法，其特征在于，该炭化包含在惰性环境中将稳定化的聚合物-石墨片薄膜炭化。136.如权利要求121所述的方法，其特征在于，该炭化包含在约500°C至约1800°C的温度下将该稳定化的聚合物-石墨片薄膜炭化少于或等于约2小时。137.如权利要求122所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在张力下将已炭化的聚合物-石墨片纤维石墨化。138.如权利要求122所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在含非氮气的惰性环境中将已炭化的聚合物_石墨片薄膜石墨化。139.如权利要求122所述的方法，其特征在于，该石墨化包含在约1800°C至约2800°C的温度下将该已炭化的聚合物-石墨片薄膜石墨化少于或等于约1小时。140.如权利要求118项所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的平均厚度约为25nm至约25um。141.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该石墨片占碳薄膜的总重量的约0.001重量％至约80重量％。142.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该碳薄膜中的石墨片是崩坍的。143.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该碳薄膜包含从每一个石墨片的面上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。144.如权利要求143所述的方法，其特征在于，该微晶石墨区域从每一个石墨片的面上径向地延伸出去至少约2nm。145.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的电导率比不含有石墨片的碳薄膜的电导率至少高25%。146.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该挤出包含凝胶_挤出。147.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该挤出包含溶液_挤出。148.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的拉伸强度比没有石墨片时形成的碳薄膜的拉伸强度至少高0.5GPa。149.如权利要求118所述的方法，其特征在于，该碳薄膜的拉伸模量比没有石墨片时形成的碳薄膜的拉伸模量至少高50GPa。150.一种由碳纳米管(CNT)和含丙烯腈的聚合物形成的碳纤维，该碳纤维具有约10nm至约10iim的平均直径；以及从每个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。151.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该微晶石墨区域从每个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。152.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的平均直径小于或等于约500nmo153.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该CNT的平均直径约为0.5nm至约25nm。154.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该CNT的平均直径小于或等于约10nmo155.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维中的CNT是崩坍的。156.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的电导率比不含有CNT的碳纤维的电导率至少高25%。157.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的拉伸强度比没有CNT时形成的碳纤维的拉伸强度至少高约0.65GPa。158.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的拉伸模量比没有CNT时形成的碳纤维的拉伸模量至少高约75GPa。159.如权利要求150所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维是光学透明的。160.一种由碳纳米管(CNT)和含丙烯腈的聚合物形成的碳薄膜，该碳薄膜具有约25nm至约25ym的平均厚度；以及从每个CNT的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。161.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该微晶石墨区域从每个CNT的壁上径向地延伸出去至少约2nm。162.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的平均厚度小于或等于约1um。163.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该CNT的平均直径约为0.5nm至约25nm。164.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该CNT的平均直径小于或等于约10nmo165.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜中的CNT是崩坍的。166.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的电导率比不含有CNT的碳薄膜的电导率至少高25%。167.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的拉伸强度比没有CNT时形成的碳薄膜的拉伸强度至少高约0.65GPa。168.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的拉伸模量比没有CNT时形成的碳薄膜的拉伸模量至少高约75GPa。169.如权利要求160所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜是光学透明的。170.一种由石墨片和含丙烯腈的聚合物形成的碳纤维，该碳纤维具有约10nm至约10iim的平均直径；以及从每个石墨片的面上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。171.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该微晶石墨区域从每个石墨片的面上径向地延伸出去至少约2nm。172.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的平均直径小于或等于约500nmo173.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该石墨片的平均宽度约为0.5nm至约lOOnm。174.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该石墨片的平均厚度约为0.5nm至约25nm。175.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维中的石墨片是崩坍的。176.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的电导率比不含有石墨片的碳纤维的电导率至少高25%。177.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的拉伸强度比没有石墨片时形成的碳纤维的拉伸强度至少高约0.65GPa。178.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维的拉伸模量比没有石墨片时形成的碳纤维的拉伸模量至少高约75GPa。179.如权利要求170所述的碳纤维，其特征在于，该碳纤维是光学透明的。180.一种由石墨片和含丙烯腈的聚合物形成的碳薄膜，该碳薄膜具有约25nm至约25ym的平均厚度；以及从每个石墨片的壁上径向地延伸出去约0.34nm至约50nm的微晶石墨区域。181.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该微晶石墨区域从每个石墨片的面上径向地延伸出去至少约2nm。182.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的平均厚度小于或等于约1um。183.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该石墨片的平均宽度约为0.5nm至约lOOnm。184.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该石墨片的平均厚度约为0.5nm至约25nm。185.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜中的石墨片是崩坍的。186.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的电导率比不含有石墨片的碳薄膜的电导率至少高25%。187.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的拉伸强度比没有石墨片时形成的碳薄膜的拉伸强度至少高约0.65GPa。188.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜的拉伸模量比没有石墨片时形成的碳薄膜的拉伸模量至少高约75GPa。189.如权利要求180所述的碳薄膜，其特征在于，该碳薄膜是光学透明的。全文摘要本发明的各实施方式提供了改进的碳纤维和碳薄膜，以及制造该碳纤维和碳薄膜的方法。这里所揭示的碳纤维和碳薄膜通常由含丙烯腈的聚合物形成。该碳纤维和/或碳薄膜也可以由包括含丙烯腈的聚合物及碳纳米管，石墨片，或二者皆有的复合物形成。根据纤维或薄膜所要求的用途，这里所描述的纤维和薄膜可以被特制成展示高强度，高模量，高电导率，高热导率，或光学透明性中的一种特性或多种特性。文档编号B05D5/12GK101835542SQ200880111433公开日2010年9月15日申请日期2008年10月10日优先权日2007年10月11日发明者S·库玛,崔荣镐,蔡汉基申请人:佐治亚科技研究公司