專利名稱：：并入cnt的碳纖維材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及纖維材料，更具體地涉及用碳納米管改性的碳纖維材料。
背景技術(shù)：
：纖維材料在廣泛的各種工業(yè)中用于許多不同應(yīng)用，如商業(yè)航空、娛樂、工業(yè)和運輸業(yè)。例如，對于這些和其它應(yīng)用的常用纖維材料包括碳纖維、纖維素纖維、玻璃纖維、金屬纖維、陶瓷纖維和芳族聚酰胺纖維。用上漿劑常規(guī)制造碳纖維以防止材料被環(huán)境劣化。另外，其它物理應(yīng)力如壓縮力和自磨損(selfabrasion)可損害碳纖維的完整性。用于保護碳纖維免于這些弱點的許多上漿劑制劑實際上是專用的(proprietary)并且被設(shè)計為與具體樹脂類型結(jié)合(interface)。為了實現(xiàn)復(fù)合材料中碳纖維材料性能的益處，在碳纖維和基體之間必須具有良好界面。碳纖維上采用的上漿劑可在纖維和樹脂基體之間提供物理化學連結(jié)(link)，并且從而影響復(fù)合材料的機械性能和化學性能。但是，大多數(shù)常規(guī)上漿劑與它們被施加至的碳纖維材料相比具有較低的界面強度。因而，上漿的強度和它的經(jīng)受界面應(yīng)力的能力最終決定整個復(fù)合材料的強度。因此，使用常規(guī)上漿，所獲得的復(fù)合材料將通常具有比碳纖維材料的強度更小的強度。開發(fā)上漿劑和在碳纖維材料上涂布該上漿劑的方法以處理一些上述問題以及賦予碳纖維材料期望的特性將是有用的。本發(fā)明滿足了該需要并且也提供了相關(guān)優(yōu)勢。發(fā)明概述在一些方面，此處公開的實施方式涉及包括并入碳納米管(CNT)的碳纖維材料的組合物。并入CNT的碳纖維材料包括可纏繞維度(spoolabledimension)的碳纖維材料和并入至碳纖維材料的碳納米管(CNT)。并入的CNT長度一致并且分布一致。并入CNT的碳纖維材料還包括圍繞碳纖維材料貼合地(conformally)放置的隔離涂層(barriercoating),而CNT基本上沒有隔離涂層。在一些方面，本文公開的實施方式涉及連續(xù)CNT并入方法，其包括(a)功能化碳纖維材料；(b)在功能化的碳纖維材料上放置隔離涂層；(c)在功能化的碳纖維材料上放置碳納米管(CNT)形成催化劑；以及(d)合成碳納米管，從而形成并入碳納米管的碳纖維材料。附圖簡述圖I顯示通過連續(xù)的CVD方法在AS4碳纖維上生長的多層CNT(MWNT)的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。圖2顯示通過連續(xù)的CVD方法在AS4碳纖維上生長的雙層CNT(DffNT)的TEM圖像。圖3顯示從隔離涂層內(nèi)部生長的CNT的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，CNT形成納米顆粒催化劑在隔離涂層處被機械地并入至碳纖維材料表面。圖4顯示SEM圖像，其顯示在碳纖維材料上生長的CNT長度分布的一致性為約40微米目標長度的20%之內(nèi)。圖5顯示SEM圖像，其顯示隔離涂層對CNT生長的影響。密集的、良好排列的CNT生長在施加隔離涂層的位置，而在沒有隔離涂層的位置不生長CNT。圖6顯示碳纖維上的CNT的低放大率SEM，其顯示在整個纖維中CNT密度的均勻性在大約10%之內(nèi)。圖7顯示按照本發(fā)明的例證性實施方式生產(chǎn)并入CNT的碳纖維材料的方法。圖8顯示在連續(xù)方法中可如何用CNT并入碳纖維材料以達到改進導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的目標。圖9顯示可如何使用“逆向(reverse)”隔離涂層方法在連續(xù)方法中用CNT并入碳纖維材料以達到機械性能、特別是界面特性如剪切強度改進的目標。圖10顯示可如何使用“混雜(hybrid)”隔離涂層在另一連續(xù)方法中用CNT并入碳纖維材料以達到機械性能、特別是界面特性如剪切強度和層間斷裂韌性改進的目標。圖11顯示在頂7碳纖維上并入的CNT對層間斷裂韌性的影響?；€材料(baselinematerial)是未上衆(zhòng)的IM7碳纖維,而并入CNT的材料是在纖維表面上并入15微米長CNT的未上漿碳纖維。詳述本公開部分涉及并入碳納米管的(“并入CNT的”)碳纖維材料。CNT并入至碳纖維材料可起到很多作用，包括例如作為上漿劑，以避免遭受水分、氧化、磨損和壓縮的破壞。基于CNT的上漿劑也可在復(fù)合材料中在碳纖維材料和基體材料之間充當界面。CNT也可用作涂布碳纖維材料的幾種上漿劑的一種。此外，并入在碳纖維材料上的CNT例如可改變碳纖維材料的各種性能,如導(dǎo)熱性和/或?qū)щ娦院?或拉伸強度。用于制造并入CNT的碳纖維材料的方法可為CNT提供充分均勻的長度和分布，以在正被改性的碳纖維材料上均勻地賦予它們有用性能。此外，本文公開的方法適于產(chǎn)生可纏繞維度的并入CNT的碳纖維材料。本公開還部分涉及制造并入CNT的碳纖維材料的方法。在施加典型的上漿溶液至碳纖維材料之前或代替施加典型的上漿溶液至碳纖維材料，本文公開的方法可應(yīng)用至從頭產(chǎn)生的初始碳纖維材料?？蛇x地，本文公開的方法可利用商業(yè)的碳纖維材料例如碳絲束，其已經(jīng)具有施加至它的表面的上漿劑。在這種實施方式中，可去除上漿以在碳纖維材料和合成的CNT之間提供直接界面，盡管隔離涂層和/或過渡金屬顆?？捎米魈峁╅g接并入的中間層，如下文進一步說明的。如需要，在CNT合成后，可進一步施加上漿劑至碳纖維材料。本文所述方法允許沿著絲束、帶材、織物和其它3D機織結(jié)構(gòu)的可纏繞長度連續(xù)制造具有一致長度和分布的碳納米管。在通過本發(fā)明的方法功能化各種墊(mat)、機織織物和非機織織物等的同時，也有可能在CNT功能化母體絲束、紗或類似物之后從這些基體材料產(chǎn)生這種更高度有序的結(jié)構(gòu)。例如，并入CNT的機織織物可由并入CNT的碳纖維絲束產(chǎn)生。如本文使用的，術(shù)語“碳纖維材料”指的是任何這樣的材料，其具有碳纖維作為其基本結(jié)構(gòu)成分。該術(shù)語包含纖維、絲、線、絲束、絲束、帶材、織造的和非織造的織物、板片、墊以及類似物。如本文使用的，術(shù)語“可纏繞維度”指的是碳纖維材料具有至少一個長度不被限制的維度，允許材料儲存在卷軸或者心軸上?！翱衫p繞維度”的碳纖維材料具有至少一個這樣的維度，該維度指示使用分批或者連續(xù)處理進行CNT并入，如在本文所示。通過具有800的特(tex)值(I特=lg/l，000m)或者620碼/Ib的AS412k碳纖維絲束(GrafiI,Inc.,Sacramento,CA)舉例說明商業(yè)可得的可纏繞維度的一種碳纖維材料。具體地，例如，可以以5、10、20、50和1001b.(對具有高重量的卷軸，通常是3k/12K絲束)卷軸，獲得商業(yè)的碳纖維絲束，盡管更大的卷軸可需要專門訂購。本發(fā)明的方法容易以5至201b.卷軸操作，盡管更大的卷軸是可用的。而且，預(yù)處理操作可被結(jié)合，其將非常大的可纏繞長度例如100Ib.或者更大分割成為易于處理的尺寸諸如兩個501b卷軸。如本文使用的，術(shù)語“碳納米管”(CNT，復(fù)數(shù)是CNTs)指的是許多富勒烯族碳的圓柱形同素異形體的任一種，包括單層碳納米管(SWNT)、雙層碳納米管(DWNT)、多層碳納米管(MWNT)。CNT可以被富勒烯類似結(jié)構(gòu)封端或者是開口的。CNT包括包封其它材料的那些。如本文使用的，“長度一致”指的是在反應(yīng)器中生長的CNT的長度?！耙恢碌拈L度”意味著CNT具有這樣的長度，其公差是總CNT長度加減大約20%或者更少，因為CNT長度在大約I微米至大約500微米之間變化。在非常短的長度，諸如1-4微米，該誤差可在從總CNT長度的大約加減20%直到大約加減I微米之間的范圍，即，稍微多于總CNT長度的大約20%。如本文使用的，“分布一致”指的是碳纖維材料上CNT密度的一致性?！耙恢碌姆植肌币馕吨谔祭w維材料上CNT具有這樣的密度，其公差是大約加減10%覆蓋率，覆蓋率被定義為被CNT覆蓋的纖維的表面積的百分率。對具有5層的8nm直徑CNT，這相當于±1500CNT/ym2。這個數(shù)字表現(xiàn)為CNT內(nèi)部的空間是可填充的。如本文使用的，術(shù)語“并入的”意思是結(jié)合的，“并入”意思是結(jié)合的過程。這種結(jié)合可以包括直接共價結(jié)合、離子結(jié)合、π-Ji和/或范德華力-介導(dǎo)的(mediated)物理吸附。例如，在一些實施方式中，CNT可被直接結(jié)合至碳纖維材料。結(jié)合可以是間接的，諸如通過隔離涂層和/或置于CNT和碳纖維材料之間的層間過渡金屬納米顆粒，CNT并入至碳纖維材料。在本文公開的并入CNT的碳纖維材料中，碳納米管可被直接地或者間接地“并入”至碳纖維材料，如上所述。CNT被“并入”至碳纖維材料的具體方式被稱作“結(jié)合基序(bondingmotif)”。如本文使用的，如在本文使用，術(shù)語“過渡金屬”指的是周期表的d-塊中的元素的任何元素或者合金。術(shù)語“過渡金屬”也包括基本過渡金屬元素的鹽形式，諸如氧化物、碳化物、氮化物以及類似物。如本文使用的，術(shù)語“納米顆?！被蛘逳P(復(fù)數(shù)是NPs)或者其語法等價物指的是尺寸在當量球形直徑大約O.I至大約100納米之間的顆粒，盡管NP形狀不必是球形的。具體地，過渡金屬NP用作碳纖維材料上CNT生長的催化劑。如本文使用的，術(shù)語“上漿劑”、“纖維上漿劑”或者僅“上漿”共同指的是在碳纖維的制造中使用的材料，作為涂層以保護碳纖維的完整性、提供復(fù)合材料中碳纖維和基體材、料之間的增強的界面相互作用、和/或改變和/或增強碳纖維的特定物理性質(zhì)。在一些實施方式中，并入至碳纖維材料的CNT表現(xiàn)為上漿劑。如本文使用的，術(shù)語“基體材料”指的是體相材料，其可用于在特定的方向包括隨機方向組織上漿的并入CNT的碳纖維材料。通過對基體材料賦予并入CNT的碳纖維材料的物理和/或化學性質(zhì)的一些方面，基體材料可以受益于并入CNT的碳纖維材料的存在。如本文使用的,如在本文使用，術(shù)語“材料停留時間(residencetime)”指的是時間的量，在本文敘述的CNT并入過程期間沿可纏繞維度的玻璃纖維材料被暴露于CNT生長條件的不連續(xù)的點。該定義包括當使用多個CNT生長室時的停留時間。如本文使用的，術(shù)語“線速度”指的是可纏繞維度的纖維材料可被供給經(jīng)過在本文敘述的CNT并入方法的速度，其中線速度是CNT室(一個或多個)長度除以材料停留時間所確定的速度。在一些實施方式中，本發(fā)明提供了包括并入碳納米管(CNT)的碳纖維材料的組合物。并入CNT的碳纖維材料包括可纏繞維度的碳纖維材料、圍繞碳纖維材料貼合地放置的隔離涂層、和并入至碳纖維材料的碳納米管(CNT)。CNT至碳纖維材料的并入可以包括各CNT至碳纖維材料的直接結(jié)合或者通過過渡金屬NP、隔離涂層或者二者間接結(jié)合的結(jié)合基序。不被理論束縛，用作CNT形成催化劑的過渡金屬NP通過形成CNT生長種子結(jié)構(gòu)可以催化CNT生長。在一個實施方式中，CNT形成催化劑可以保持在碳纖維材料的底部，由隔離涂層鎖定，并且被并入至碳纖維材料的表面。在這種情況下，通過過渡金屬納米顆粒催化劑首先形成的種子結(jié)構(gòu)足夠用于繼續(xù)的非催化的接種CNT生長，而不使催化劑沿CNT生長的前沿移動，如在本領(lǐng)域中通常觀察到的。在這種情況下，NP作為CNT與碳纖維材料的連接點。隔離涂層的存在也可導(dǎo)致進一步間接結(jié)合基序。例如，CNT形成催化劑可被鎖定在隔離涂層中，如上所述，但是不與碳纖維材料表面接觸。在這種情況下，具有放置在CNT形成催化劑和碳纖維材料之間的隔離涂層的堆疊結(jié)構(gòu)形成。在任一情況中，形成的CNT被并入至碳纖維材料。在一些實施方式中，一些隔離涂層仍允許CNT生長催化劑跟隨生長的納米管的前沿。在這樣的情況中，這可導(dǎo)致CNT與碳纖維材料，或者任選地與隔離涂層的直接結(jié)合。不管在碳納米管和碳纖維材料之間形成的實際結(jié)合基序的性質(zhì)如何，并入的CNT是堅固的并且允許并入CNT的碳纖維材料表現(xiàn)出碳納米管性質(zhì)和/或特性。再次，不被理論束縛，當在碳纖維材料上生長CNT時，可存在于反應(yīng)室中的高溫和/或任何殘留的氧氣和/或濕氣可以破壞碳纖維材料。而且，通過與CNT形成催化劑本身的反應(yīng)，纖維材料本身可被破壞。即在用于CNT合成的反應(yīng)溫度，碳纖維材料可表現(xiàn)為催化劑的碳原料。這種過量的碳可以擾亂碳原料氣的受控制引入，并且甚至通過使其過載碳，可以用于使催化劑中毒。本發(fā)明中使用的隔離涂層被設(shè)計來促進碳纖維材料上的CNT合成。不被理論束縛，涂層可以提供熱降解的絕熱層和/或可以是物理的隔層，以防止碳纖維材料暴露于高溫下的環(huán)境?？蛇x地或者另外地，其可將CNT形成催化劑和碳纖維材料之間的表面積接觸最小化，和/或其可減小在CNT生長溫度下碳纖維材料暴露于CNT形成催化劑。提供具有并入CNT的碳纖維材料的組合物，其中CNT基本上長度相同。在本文描述的連續(xù)方法中，可以調(diào)節(jié)碳纖維材料在CNT生長室中的停留時間以控制CNT生長，并且最終控制CNT長度。這提供了控制生長的CNT特定性質(zhì)的方法。通過調(diào)節(jié)碳原料和載氣流速和反應(yīng)溫度，也可控制CNT長度。通過控制例如用于制備CNT的催化劑的大小，可以獲得CNT性質(zhì)的另外控制。例如，Inm過渡金屬納米顆粒催化劑可被用于特別提供SWNT。更大的催化劑用于主要制備MWNT另外，使用的CNT生長方法可用于提供這樣的并入CNT的碳纖維材料，其具有在碳纖維材料上均勻地分布的CNT，同時避免了CNT的成束和/或聚集，CNT的成束和/或聚集可能發(fā)生在預(yù)形成的CNT懸浮或者分散在溶劑溶液中并且用手施加于碳纖維材料的方法中。這種聚集的CNT趨于微弱地粘附于碳纖維材料，并且微弱地表達特有的CNT性質(zhì)，如果存在的話。在一些實施方式中，最大分布密度，其表示為覆蓋百分率，即，覆蓋纖維的表面積，可以高達大約55%——假設(shè)為具有5層的大約8nm直徑CNT。通過將CNT內(nèi)部的空間考慮為“可填充”的空間，計算該覆蓋率。通過改變催化劑在表面上的分散以及控制氣體組成和工藝速度，不同的分布/密度值可被實現(xiàn)。典型地，對于給定的參數(shù)組，在纖維表面上大約10%之內(nèi)的覆蓋百分率可被實現(xiàn)。更高的密度和更短的CNT對改進機械性質(zhì)是有用的，而具有更低密度的更長的CNT對改進熱和電性質(zhì)是有用的，盡管增加的密度仍是有利的。當生長更長的CNT時，更低的密度可以產(chǎn)生。這可以是引起更低催化劑顆粒產(chǎn)率的更高溫度和更快生長的結(jié)果。具有并入CNT的碳纖維材料的發(fā)明的組合物可以包括如碳絲、碳纖維紡線、碳纖維絲束、碳帶材、碳纖維-編織物、織造碳織物、非織造碳纖維墊、碳纖維板片和其它3D織造結(jié)構(gòu)的碳纖維材料。碳絲包括具有直徑在大約I微米至大約100微米范圍尺寸的高縱橫比碳纖維。碳纖維絲束一般是緊密連接的絲束，并且通常被扭曲在一起以產(chǎn)生紡線。紡線包括嚴密連接的扭曲絲的束。紡線中每一個絲直徑是相對均勻的。紡線具有由其‘特’或者旦描述的不同重量，‘特’表示為1000線性米的重量克數(shù),旦表示為10,000碼的重量磅數(shù)，典型的特范圍通常在大約200特至大約2000特之間。絲束包括松散連接的未扭曲絲的束。如在紡線中一樣,絲束中的絲直徑一般是均勻的。絲束也具有不同的重量，并且特范圍通常在200特和2000特之間。通常其特征在于絲束中數(shù)以千計的絲，例如12K絲束、24K絲束、48K絲束等等。碳帶材是可被組裝為織物或者可以表現(xiàn)非織造的平壓絲束的材料。碳帶材的寬度可變化并且一般是類似于帶的兩面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法可適于并入CNT在帶材的一個或者兩個面。并入CNT的帶材可以類似于平基底表面上的“地毯”或者“森林”。再一次，可以以連續(xù)的模式進行本發(fā)明的方法以使帶材卷功能化。碳纖維-編織物表示密集壓緊的碳纖維的類似繩索的結(jié)構(gòu)。例如，這種結(jié)構(gòu)可由碳紡線組裝。編織的結(jié)構(gòu)可以包括中空的部分，或者可以繞另一芯材料組裝編織的結(jié)構(gòu)。在一些實施方式中，許多主要的碳纖維材料結(jié)構(gòu)可被組織為織物或者類似薄片的結(jié)構(gòu)。除上述的帶材之外，這些還包括例如織造的碳織物、非織造的碳纖維墊和碳纖維板片。由母體絲束、紡線、絲或者類似物可組裝這種更高度有序的結(jié)構(gòu)，其中CNT已經(jīng)并入母體纖維中。可選地，這種結(jié)構(gòu)可用作本文描述的CNT并入方法的基底。有三種類型的基于用于產(chǎn)生纖維的前驅(qū)體分類的碳纖維，其任何一種可被用于本發(fā)明人造纖維、聚丙烯腈(PAN)和浙青。來自是纖維素材料的人造纖維前驅(qū)體的碳纖維具有在大約20%的相對低的碳含量并且該纖維趨于具有低的強度和剛性。聚丙烯腈(PAN)前驅(qū)體提供碳含量大約55%的碳纖維?；赑AN前驅(qū)體的碳纖維一般地比基于其它碳纖維前驅(qū)體的碳纖維具有更高的拉伸強度，這是由于表面缺陷最少?；谑驼闱?、煤焦油和聚氯乙烯的浙青前驅(qū)體也可被用于生產(chǎn)碳纖維。盡管浙青成本相對低并且碳產(chǎn)率高，但在給定的批次中可能有不均勻的問題?？捎糜诓⑷胫撂祭w維材料的CNT包括單層CNT、雙層CNT、多層CNT及其混合物。使用的精確的CNT取決于并入CNT的碳纖維的應(yīng)用。CNT可用于導(dǎo)熱和/或?qū)щ姂?yīng)用，或作為絕緣體。在一些實施方式中，并入的碳納米管是單層納米管。在一些實施方式中，并入的碳納米管是多層納米管。在一些實施方式中，并入的碳納米管是單層和多層納米管的結(jié)合。在單層和多層納米管的特有性質(zhì)中存在一些差異，對纖維的一些最終用途，該差異決定一種類型或者另一類型的納米管的合成。例如，單層納米管可以是半導(dǎo)體的或者金屬的，而多層納米管是金屬的。CNT使其特有性質(zhì)諸如機械強度、低至中等的電阻率、高的熱導(dǎo)率、以及類似性質(zhì)賦予了并入CNT的碳纖維材料。例如，在一些實施方式中，并入碳納米管的碳纖維材料的電阻率低于母體碳纖維材料的電阻率。更一般地，所得并入CNT的纖維表現(xiàn)這些特性的程度可以是碳纖維被碳納米管覆蓋的程度和密度的函數(shù)。任何數(shù)量的纖維表面積，纖維的0-55%，可被覆蓋——假設(shè)為8nm直徑、5-層MWNT(再一次，該計算認為CNT內(nèi)的空間是可填充的)。該數(shù)字對于更小直徑的CNT更低，對于更大直徑的CNT更大。55%表面積覆蓋率等于大約15，000CNT/微米2。如上所述，以取決于CNT長度的方式，可將進一步的CNT性質(zhì)賦予碳纖維材料。并入的CNT長度可在如下范圍變化從大約I微米至大約500微米，包括I微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、以及其間的所有值。CNT長度也可小于大約I微米，例如包括大約O.5微米。CNT也可大于500微米，包括例如510微米、520微米、550微米、600微米、700微米以及其間的所有值。本發(fā)明的組合物可以結(jié)合具有長度從大約I微米至大約10微米的CNT。這種CNT長度在提高剪切強度的應(yīng)用中可以是有用的。CNT也可具有從大約5至大約70微米的長度。如果在纖維方向排列CNT，這種CNT長度在提高拉伸強度的應(yīng)用中可以是有用的。CNT也可具有從大約10微米至大約100微米的長度。這種CNT長度對提高電/熱性質(zhì)以及機械性質(zhì)可以是有用的。本發(fā)明中使用的方法也可提供具有長度從大約100微米至大約500微米的CNT，其可以有益于提高電和熱性質(zhì)。通過調(diào)節(jié)碳原料和惰性氣體流速以及不同的線速度和生長溫度，容易實現(xiàn)CNT長度的控制。在一些實施方式中，包括可纏繞長度的并入CNT的碳纖維材料的組合物可具有各種均勻區(qū)域，其具有不同長度的CNT。例如，可以期望的是具有并入CNT的碳纖維材料的第一部分，其具有均勻地更短的CNT長度以增強剪切強度性質(zhì)，以及相同可纏繞材料的第二部分，其具有均勻更長的CNT長度以增強電或熱性質(zhì)。將CNT并入至碳纖維材料的本發(fā)明方法允許控制具有一致性的CNT長度，并且在連續(xù)的方法中允許用CNT以高速使可纏繞碳纖維材料功能化。對于材料停留時間在5至300秒之間，對于3英尺長的系統(tǒng)，連續(xù)方法中的線速度可在大約O.5ft/min至大約36ft/min的任何范圍以及更大。選擇的速度取決于各種參數(shù)，在下面進一步解釋。在一些實施方式中，大約5至大約30秒的材料停留時間可產(chǎn)生具有長度在大約I微米至大約10微米之間的CNT。在一些實施方式中，大約30至大約180秒的材料停留時間可產(chǎn)生具有長度在大約10微米至大約100微米之間的CNT。在仍進一步的實施方式中，大約180至大約300秒的材料停留時間可產(chǎn)生具有長度在大約100微米至大約500微米之間的CNT。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，這些范圍是近似的，并且通過反應(yīng)溫度以及載體和碳原料濃度和流速，也可調(diào)節(jié)CNT長度。本發(fā)明的并入CNT的碳纖維材料包括隔離涂層。隔離涂層可包括例如烷氧基硅燒、甲基娃氧燒、招氧燒(alumoxane)、氧化招納米顆粒、旋涂玻璃(spinonglass)和玻璃納米顆粒。如下文所述，CNT形成催化劑可被加入未固化的隔離涂層材料并且然后被一起施加于碳纖維材料。在其它實施方式中，在CNT形成催化劑的沉積之前，隔離涂層材料可被加入碳纖維材料。隔離涂層材料的厚度可以足夠薄以允許CNT形成催化劑暴露于碳原料，以便隨后的CVD生長。在一些實施方式中，該厚度小于或者大約等于CNT形成催化劑的有效直徑。在一些實施方式中，隔離涂層的厚度可以在大約IOnm至大約IOOnm之間的范圍。隔離涂層也可小于IOnm,包括lnm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、IOnm以及其間的任何值。不被理論束縛，隔離涂層可用作碳纖維材料和CNT之間的中間層，并且用來將CNT機械并入至碳纖維材料。這種機械并入還提供堅固的系統(tǒng)，其中碳纖維材料用作組織CNT的平臺，而仍將CNT的性質(zhì)賦予碳纖維材料。而且，包括隔離涂層的好處是其提供直接保護，使碳纖維材料免受由于暴露于濕氣引起的化學損害和/或由于在用于促進CNT生長的溫度下加熱碳纖維材料引起的任何熱損害。本文公開的并入的CNT可有效起到代替常規(guī)碳纖維“上漿劑”的作用。并入的CNT比常規(guī)上漿材料更穩(wěn)固并可改進復(fù)合材料內(nèi)纖維-至-基體的界面，并且更一般地改進纖維-至-纖維的界面。確實，在并入CNT的碳纖維材料性質(zhì)將是碳纖維材料的那些性質(zhì)以及并入的CNT的那些性質(zhì)的結(jié)合的意義上，本文公開的并入CNT的碳纖維材料本身是復(fù)合材料。因此，本發(fā)明的實施方式提供了賦予期望性質(zhì)至碳纖維材料的手段，否則碳纖維材料缺乏這種性質(zhì)或以不充分的度量具有這種性質(zhì)?？烧{(diào)節(jié)或設(shè)計碳纖維材料以滿足具體應(yīng)用的需要。由于疏水的CNT結(jié)構(gòu)，起上漿劑作用的CNT可防止碳纖維材料吸收濕氣。而且，如下文進一步例證的，疏水的基體材料與疏水的CNT充分相互作用以提供改進的纖維對基體的相互作用。盡管賦予具有上述的并入CNT的碳纖維材料的有益性質(zhì)，但本發(fā)明的組合物可進一步包括“常規(guī)”上漿劑。這種上漿劑在類型和功能上廣泛不同，并且包括例如表面活性齊、抗靜電劑、潤滑劑、硅氧烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅烷、硅烷醇、聚乙烯醇、淀粉及其混合物。這種二次上漿劑可用于保護CNT自身或通過并入的CNT的存在提供進一步性質(zhì)至未賦予該性質(zhì)的纖維。本發(fā)明的組合物可進一步包括與并入CNT的碳纖維材料形成復(fù)合材料的基體材料。這種基體材料可以包括，例如環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亞胺、聚醚酮酮(polyetherketoneketone)、聚鄰苯二酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亞胺、酹醒樹脂、和雙馬來酰亞胺。在本發(fā)明中有用的基體材料可以包括已知基體材料的任何一種(見MelM.Schwartz,CompositeMaterialsHandbook(2ded.1992))。更一般地，基體材料可以包括樹脂(聚合物)——熱固性的和熱塑性的、金屬、陶瓷和水泥?？捎米骰w材料的熱固性樹脂包括鄰苯二甲酸/馬來酸(maelic)型聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氰酸酯、雙馬來酰亞胺和內(nèi)亞甲基四氫化鄰苯二甲酸封端的聚酰亞胺(例如，PMR-15)。熱塑性樹脂包括聚砜、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚硫醚、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰胺-酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、多芳基化合物和液晶聚酯?？捎米骰w材料的金屬包括鋁的合金，諸如鋁6061、2024和713鋁黃銅(aluminiumbraze)?？捎米骰w材料的陶瓷包括碳陶瓷諸如娃招酸鋰、氧化物諸如氧化鋁和富鋁紅柱石、氮化物諸如氮化硅和碳化物諸如碳化硅。可用作基體材料的水泥包括金屬碳化物(carbidebasecermets)(碳化鶴、碳化鉻和碳化鈦)、耐火水泥(鶴-氧化娃和鋇-碳酸鹽-鎳)、鉻-氧化鋁、鎳-氧化鎂、鐵-碳化鋯。上述基體材料的任何一種可被單獨或者結(jié)合地使用。圖1-6表示通過本文描述的方法制備的碳纖維材料的TEM和SEM圖像。在下面和在實施例I-III中進一步詳細描述制備這些材料的程序。圖I和2分別表示多層和雙層碳納米管的TEM圖像，它們在連續(xù)的方法中在AS4碳纖維上制備。圖3表示在CNT形成納米顆粒催化劑被機械地并入至碳纖維材料表面之后，從隔離涂層內(nèi)生長的CNT的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。圖4顯示SEM圖像，其表明在碳纖維材料上生長的CNT長度分布的一致性，在大約40微米的目標長度的20%之內(nèi)。圖5顯示SEM圖像，其表明了隔離涂層對CNT生長的影響。密集的、良好排列的CNT生長在施加隔離涂層的位置，并且在沒有隔離涂層的位置不生長CNT。圖6顯示碳纖維上的CNT的低放大率SEM，其表明纖維上CNT密度的均勻性在大約10%之內(nèi)。并入CNT的碳纖維材料可用于無數(shù)應(yīng)用中。例如，并入CNT的短切碳纖維可用于推進劑應(yīng)用中。美國專利4，072，546描述了使用石墨纖維增加推進劑燃燒速度。在短切碳纖維上存在并入的CNT可進一步增加這種燃燒速度。并入CNT的碳纖維材料也可用于阻燃劑應(yīng)用。例如，CNT可形成保護炭化層(charlayer),其延遲用并入CNT的碳纖維材料層涂布的材料的燃燒。并入CNT的傳導(dǎo)碳纖維可用于制造超導(dǎo)體的電極。在超導(dǎo)纖維的生產(chǎn)中，部分由于纖維材料和超導(dǎo)層的不同熱膨脹系數(shù)，完成超導(dǎo)層至載體纖維的適當粘附可能是具有挑戰(zhàn)性的。在通過CVD方法涂布纖維的過程中產(chǎn)生本領(lǐng)域的另一個難點。例如，反應(yīng)性氣體如氫氣或氨氣可侵襲纖維表面和/或在纖維表面上形成不期望的碳氫化合物，并且使得超導(dǎo)層的良好粘附更困難。具有隔離涂層的并入CNT的碳纖維材料可克服本領(lǐng)域內(nèi)的這些前述挑戰(zhàn)。并入CNT的碳纖維材料可用于需要耐磨性的應(yīng)用中。美國專利6，691，393描述了碳纖維摩擦材料中的耐磨性。這種碳纖維摩擦材料用于例如汽車制動盤。其它耐磨性應(yīng)用可包括例如橡膠O形環(huán)和密封墊片。大的有效表面積的CNT使得并入CNT的碳纖維材料有效用于水過濾應(yīng)用以及其它提取過程如從水中分離有機油。并入CNT的碳纖維材料可用于從地下水面(watertable)、水存儲設(shè)備或家庭和辦公室使用的管線過濾器中去除有機毒素。在油田技術(shù)中，并入CNT的碳纖維用于制造鉆井設(shè)備如管道軸承、管道加固系統(tǒng)和橡膠O形環(huán)。而且，如上所述，并入CNT的碳纖維可用于提取過程。將這種提取性質(zhì)應(yīng)用于含有有價值油藏的地層中，并入CNT的碳纖維材料可用于從以其它方式難處理的地層中提取油。例如，并入CNT的碳纖維材料可用于從存在大量水和/或沙的地層中提取油。并入CNT的碳纖維材料也可用于提取較重的油，其由于它們的高沸點以其它方式難于提取。例如，與帶孔管道系統(tǒng)結(jié)合，通過帶孔管道上外涂的并入CNT的碳材料，這種重油的芯吸(wicking)可被有效地連接至真空系統(tǒng)或類似系統(tǒng)以從重油和油頁巖地層中連續(xù)移出高沸點部分。而且，可結(jié)合或代替本領(lǐng)域內(nèi)已知的常規(guī)熱裂解方法或催化裂解方法使用這種方法。并入CNT的碳纖維材料可增強航空宇宙和彈道學應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)元件。例如，結(jié)構(gòu)如導(dǎo)彈中的彈頭、機翼前緣，主結(jié)構(gòu)部件如襟翼和翼面、推進器和氣閘、小型飛機機身、直升飛機外殼和轉(zhuǎn)動葉片，航空飛行器次結(jié)構(gòu)部件如地板、門、座、空調(diào)和次級槽以及飛機發(fā)動機部件可受益于由并入CNT的碳纖維提供的結(jié)構(gòu)增強。在許多其它應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)增強可包括例如掃雷艇外殼(minesweeperhulls)、頭藍(helmets)、雷達天線罩(radomes)、火箭噴嘴(rocketnozzle)、搶救擔架(rescuestretcher)和發(fā)動機組件。在建筑和構(gòu)造中，夕卜部零件的結(jié)構(gòu)增強包括柱、三角墻、圓頂、檐口以及模板。同樣地，在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部如百葉窗、衛(wèi)生器具、窗型材(windowprofile)等都可受益于并入CNT的碳纖維材料的使用。在海事工業(yè)中，結(jié)構(gòu)增強可包括船體、承梁材(stringers)和甲板。例如，并入CNT的碳纖維材料也可用于拖車車壁(trailerwall)的大面板、有軌車的地板板材、卡車駕駛室、機體外部鑄模、公共汽車車體外殼和船貨集裝箱的重型運輸工業(yè)中。在汽車應(yīng)用中，并ACNT的碳纖維材料可用于內(nèi)部部件如修飾、座位和儀表盤。外部結(jié)構(gòu)如機身擋板、開口、車身底座以及前置和后置外設(shè)組件(modules)都可受益于并入CNT的碳纖維材料的使用。甚至汽車發(fā)動機艙和燃料機械區(qū)域部件如軸和懸架、燃料和排氣系統(tǒng)以及電組件和電子組件都可利用并入CNT的碳纖維材料。并入CNT的碳纖維材料的其它應(yīng)用包括橋梁建筑，加固混凝土產(chǎn)品如接縫條(dowelbar)、鋼筋、后張和預(yù)加應(yīng)力鋼筋束(tendons)、保持固定的構(gòu)架，電力輸送和分配結(jié)構(gòu)如電線桿(utilitypoles)、輸電電桿(transmissionpoles)和橫梁(cross-arm),高速公路安全和路邊部件如標記支撐體、護欄、支柱和支架、噪聲障以及市政管網(wǎng)和儲槽。并入CNT的碳纖維材料也可用于各種休閑設(shè)備如滑水和滑雪、皮艇、獨木舟和槳、滑雪板、高爾夫球桿、高爾夫球運動用電車、釣竿和游泳池。其它消費品和商業(yè)設(shè)備包括齒輪、鍋、殼、氣壓瓶，家用器具的組件如洗碗機、洗衣機滾筒、干燥機、垃圾處理裝置、空調(diào)和加濕器。并入CNT的碳纖維的電性質(zhì)也可以對各種能量應(yīng)用和電應(yīng)用產(chǎn)生影響。例如，并入CNT的碳纖維材料可用于風輪機葉片、太陽能結(jié)構(gòu)、電子殼罩如筆記本電腦、移動電話、電腦柜，例如，其中這種并入CNT的材料可用于EMI屏蔽。其它應(yīng)用包括輸電線、冷卻裝置、燈桿、電路板、電接線箱、梯欄桿、光纖、固定于結(jié)構(gòu)的動力(powerbuiltintostructure)如數(shù)據(jù)傳輸線、計算機終端外殼，以及商業(yè)設(shè)備如復(fù)印機、收銀機和郵政設(shè)備。在一些實施方式中，本發(fā)明提供了用于CNT并入的連續(xù)方法，其包括(a)在可纏繞維度的碳纖維材料表面上放置碳納米管形成催化劑；以及(b)在碳纖維材料上直接合成碳納米管，從而形成并入碳納米管的碳纖維材料。對于9英尺長的系統(tǒng)，該方法的線速度可以在大約1.5ft/min至大約108ft/min之間的范圍。通過本文描述的方法達到的線速度允許用短的生產(chǎn)時間形成商業(yè)相關(guān)量的并入CNT的碳纖維材料。例如，在36ft/min線速度，在設(shè)計以同時處理5個單獨的絲束(201b/絲束)的系統(tǒng)中，并入CNT的碳纖維的量(纖維上按重量計超過5%并入的CNT)可以每天生產(chǎn)超過100磅或者更多的材料?？梢允瓜到y(tǒng)通過重復(fù)生長區(qū)域以一次或者以更快的速度生產(chǎn)更多的絲束。而且，如在本領(lǐng)域已知，在CNT制作中的一些步驟具有極其慢的速度，防止了操作的連續(xù)方式。例如，在本領(lǐng)域已知的典型方法中，CNT形成催化劑還原步驟可以花費1-12小時完成。CNT生長本身也可以是耗時的，例如需要幾十分鐘用于CNT生長，這排除在本發(fā)明中實現(xiàn)的快速線速度。本文描述的方法克服了這類速度限制步驟。本發(fā)明的并入CNT的碳纖維材料形成方法可避免當試圖將預(yù)形成的碳納米管的懸浮液施加至纖維材料時發(fā)生的CNT纏結(jié)。即，因為預(yù)形成的CNT未并入碳纖維材料，CNT往往成束并且纏結(jié)。結(jié)果是微弱地粘附于碳纖維材料的CNT差的均勻分布。但是，如果期望，在碳纖維材料的表面上通過減小生長密度，本發(fā)明的方法可以提供高度均勻的纏結(jié)的CNT墊。以低密度生長的CNT首先被并入碳纖維材料中。在這種實施方式中，纖維沒有生長足夠密集以引起垂直排列，結(jié)果是碳纖維材料表面上纏結(jié)的墊。相比之下，預(yù)形成的CNT的手工施加不保證CNT墊在碳纖維材料上的均勻分布和密度。圖7描述根據(jù)本發(fā)明的例證性實施方式，生產(chǎn)并入CNT的碳纖維材料的方法700的流程圖。方法700至少包括以下操作·701:功能化碳纖維材料?！?02:將隔離涂層和CNT形成催化劑施加至功能化碳纖維材料?！?04:將碳纖維材料加熱至足以合成碳納米管的溫度?！?06:在負載催化劑的碳纖維上促進CVD介導(dǎo)的CNT生長。在步驟701，使碳纖維材料功能化以改進纖維的表面潤濕性并且改進隔離涂層的粘附力。為使碳納米管并入至碳纖維材料，在用隔離涂層貼合地涂布的碳纖維材料上合成碳納米管。在一個實施方式中，按照操作702，這通過首先用隔離涂層貼合地涂布碳纖維材料，然后放置納米管形成催化劑于隔離涂層上完成。在一些實施方式中，在催化劑沉積之前可部分地固化隔離涂層。這可以提供這樣的表面其對于接收催化劑是接收性的并且允許其嵌入隔離涂層中，包括允許在CNT形成催化劑和碳纖維材料之間的表面接觸。在這種實施方式中，在嵌入催化劑之后可完全固化隔離涂層。在一些實施方式中，與CNT形成催化劑的沉積同時將隔離涂層貼合地涂布在碳纖維材料上。CNT形成催化劑和隔離涂層處于適當?shù)奈恢煤?，隔離涂層可被完全地固化。在一些實施方式中，在催化劑沉積之前，隔離涂層可被完全固化。在這種實施方式中，可以用等離子體處理完全固化的隔離涂布的碳纖維材料，以制備接受催化劑的表面。例如，具有固化的隔離涂層的等離子體處理的碳纖維材料可以提供粗糙的表面，CNT形成催化劑可被沉積在該表面中。用于使隔離的表面“粗糙化”的等離子體方法因此促進催化劑沉積。粗糙度典型地是在納米級別。在等離子體處理方法中，形成納米深度和納米直徑的凹坑(craters)或者凹陷(depressions)。使用任何一種或者多種各種不同氣體的等離子體，包括但不限于IS氣、氦氣、氧氣、氮氣和氫氣，可實現(xiàn)這種表面改性。在一些實施方式中，在碳纖維材料本身中也可直接進行等離子體粗糙化。這可以促進隔離涂層對碳纖維材料的粘附。如在下面和連同圖7進一步描述的，制備催化劑為包含CNT形成催化劑的液體溶液，該催化劑包括過渡金屬納米顆粒。合成納米管的直徑與金屬顆粒的尺寸相關(guān)，如上所述。在一些實施方式中，CNT形成過渡金屬納米顆粒催化劑的商業(yè)分散體是可得的并且不經(jīng)稀釋即可使用，在其它實施方式中，催化劑的商業(yè)分散體可被稀釋。是否稀釋該溶液可以取決于待生長的CNT的期望密度和長度，如上所述。參考圖7例證性實施方式，基于化學氣相沉積(CVD)方法，說明碳納米管合成，并且在高溫發(fā)生該碳納米管合成。具體溫度是催化劑選擇的函數(shù)，但是典型地在大約500°C至1000°C的范圍。因此，操作704包括加熱隔離涂布的碳纖維材料至上述范圍內(nèi)的溫度以支持碳納米管合成。在操作706中，然后進行負載催化劑的碳纖維材料上的CVD-促進的納米管生長。由例如含碳原料氣諸如乙炔、乙烯和/或乙醇，可促進CVD方法。CNT合成方法一般使用惰性氣體(氮氣、氬氣、氦氣)作為主要的載體氣體。提供碳原料為全部混合物的大約0%至大約15%之間的范圍。通過從生長室中清除濕氣和氧氣，準備CVD生長的基本惰性環(huán)境。在CNT合成方法中，CNT生長在CNT形成過渡金屬納米顆粒催化劑的位置。強的等離子體-產(chǎn)生電場的存在可被任選地應(yīng)用以影響納米管生長。即，生長趨于沿電場的方向。通過適當?shù)卣{(diào)整等離子體噴射和電場的幾何形狀，垂直排列的CNT(即，垂直于碳纖維材料)可被合成。在一定的條件下，即使沒有等離子體，緊密地間隔開的納米管保持垂直生長方向，導(dǎo)致類似于地毯或者森林的CNT的密集排列。隔離涂層的存在也可影響CNT生長的方向性。通過噴射或者浸潰涂布溶液或者通過例如等離子體方法的氣相沉積，可完成在碳纖維材料上放置催化劑的操作。技術(shù)的選擇可以與施加隔離涂層的方式一致。因此，在一些實施方式中，在溶劑中形成催化劑的溶液之后，通過用該溶液噴射或者浸潰涂布隔離涂布的碳纖維材料或者噴射和浸潰涂布結(jié)合，可施加催化劑。單獨或者結(jié)合地使用的任一技術(shù)可被使用一次、兩次、三次、四次、直到許多次，以提供用CNT形成催化劑充分均勻地涂布的碳纖維材料。當使用浸潰涂布時，例如碳纖維材料可被置于第一浸潰浴中，在第一浸潰浴中持續(xù)第一停留時間。當使用第二浸潰浴時，碳纖維材料可被置于第二浸潰浴中持續(xù)第二停留時間。例如，碳纖維材料可被置于CNT形成催化劑的溶液大約3秒至大約90秒之間，這取決于浸潰配置和線速度。使用噴射或者浸潰涂布方法，碳纖維材料具有低于大約5%表面覆蓋率至高達大約80%覆蓋率的催化劑表面密度，其中CNT形成催化劑納米顆粒幾乎是單層的。在一些實施方式中，在碳纖維材料上涂布CNT形成催化劑的方法應(yīng)只是產(chǎn)生單層。例如，在一堆CNT形成催化劑上的CNT生長可能損害CNT并入至碳纖維材料的程度。在其它實施方式中，使用蒸發(fā)技術(shù)、電解沉積技術(shù)和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法諸如將過渡金屬催化劑作為金屬有機物、金屬鹽或者其它促進氣相運輸?shù)慕M分加入等離子體原料氣體，可將過渡金屬催化劑沉積在碳纖維材料上。因為本發(fā)明的方法被設(shè)計為連續(xù)的，可以在一連串的浴中浸潰涂布可纏繞碳纖維材料，其中浸潰涂布浴在空間上是分開的。在從頭產(chǎn)生初始碳纖維的連續(xù)方法中，CNT形成催化劑的浸潰浴或者噴霧可以是第一個步驟，然后施加和固化或者部分地固化隔離涂層至碳纖維材料。對于新形成的碳纖維材料，代替施加上漿劑，可進行隔離涂層和CNT形成催化劑的施加。在其它實施方式中，在其它上漿劑的存在下，在隔離涂層之后CNT形成催化劑可被施加在最新形成的碳纖維上。CNT形成催化劑和其它上漿劑的這種同時施加仍可提供與碳纖維材料的隔離涂層表面接觸的CNT形成催化劑，以保證CNT并入。使用的催化劑溶液可以是過渡金屬納米顆粒，其可以是如上所述的任何d-塊過渡金屬。另外，納米顆粒可以包括以元素的形式或者以鹽形式及其混合物的d-塊金屬的合金和非合金混合物。這種鹽形式包括但不限于，氧化物、碳化物和氮化物。非限制性示例過渡金屬NP包括Ni、Fe、Co、Mo、Cu、Pt、Au和Ag及其鹽和混合物。在一些實施方式中，通過與隔離涂層沉積同時地直接施加或者并入CNT形成催化劑至碳纖維材料，這種CNT形成催化劑被放置在碳纖維上。從各個供應(yīng)商，包括例如FerrotecCorporation(Bedford,NH),許多這些過渡金屬催化劑是容易商業(yè)獲得的。用于施加CNT形成催化劑至碳纖維材料的催化劑溶液可在任何普通的溶劑中，該溶劑允許CNT形成催化劑均勻地到處分散。這種溶劑可包括但不限于，水、丙酮、己烷、異丙醇、甲苯、乙醇、甲醇、四氫呋喃(THF)、環(huán)己烷或者任何其它溶劑，其具有控制的極性以產(chǎn)生CNT形成催化劑納米顆粒的適當分散體。CNT形成催化劑的濃度可在催化劑與溶劑之比為大約1:1至1:10000的范圍。當隔離涂層和CNT形成催化劑同時施加時，也可使用這樣的濃度。在一些實施方式中，碳纖維材料的加熱可在大約500°C和1000°C之間的溫度，以在CNT形成催化劑的沉積之后合成碳納米管。在碳原料的引入之前或者基本與碳原料的引入同時，在這些溫度下進行加熱以便CNT生長。在一些實施方式中，本發(fā)明提供一種方法，其包括從碳纖維材料清除上漿劑，貼合地在碳纖維材料上施加隔離涂層，施加CNT形成催化劑至碳纖維材料，加熱碳纖維材料至至少500°C，以及在碳纖維材料上合成碳納米管。在一些實施方式中，該CNT并入方法的操作包括從碳纖維材料清除上漿劑，施加隔離涂層至碳纖維材料，施加CNT形成催化劑至碳纖維，加熱纖維至CNT合成溫度和在負載催化劑的碳纖維材料上進行CVD-促進的CNT生長。因此，在使用商業(yè)碳纖維材料的情況，構(gòu)造并入CNT的碳纖維的方法可以包括在碳纖維材料上布置隔離涂層和催化劑之前從碳纖維材料清除上漿劑的獨立步驟。合成碳納米管的步驟可以包括形成碳納米管的許多技術(shù)，包括在共同未決的美國專利申請?zhí)朥S2004/0245088中公開的那些，該專利通過引用并入本文。通過本領(lǐng)域已知的技術(shù)，包括但不限于微腔、熱或者等離子體-增強的CVD技術(shù)、激光燒蝕、弧光放電和高壓一氧化碳(HiPCO)，完成在本發(fā)明的纖維上生長CNT。具體地，在CVD期間，可直接使用CNT形成催化劑布置在其上的隔離涂層的碳纖維材料。在一些實施方式中，在CNT合成之前，任何常規(guī)的上漿劑可被清除。在一些實施方式中，乙炔氣體被電離以產(chǎn)生CNT合成用的冷碳等離子體的噴射。該等離子體被引導(dǎo)向負載催化劑的碳纖維材料。因此，在一些實施方式中，在碳纖維材料上合成CNT包括(a)形成碳等離子體；和(b)引導(dǎo)碳等離子體至碳纖維材料上布置的催化劑上。生長的CNT的直徑由CNT形成催化劑的尺寸控制，如上所述。在一些實施方式中，上漿的纖維基底被加熱至大約550至大約800°C之間以促進CNT合成。為引發(fā)CNT的生長,兩種氣體被釋放入反應(yīng)器工藝氣體諸如IS氣、氦氣或者氮氣，和含碳氣體諸如乙炔、乙烯、乙醇或者甲烷。在CNT形成催化劑的位置生長CNT。在一些實施方式中，CVD生長是等離子體-增強的。通過在生長過程期間提供電場，可產(chǎn)生等離子體。在這些條件下生長的CNT可以沿電場的方向。因此，通過調(diào)整反應(yīng)器的幾何形狀，垂直排列的碳納米管可繞圓柱形纖維放射狀地生長。在一些實施方式中，對于圍繞纖維的放射狀生長，等離子體不是必需的。對具有明顯的側(cè)面的碳纖維材料，諸如帶材、墊、織物、板片以及類似物，催化劑可被布置在一個或者兩個側(cè)面上，并且相應(yīng)地，CNT也可被生長在一個或者兩個側(cè)面上。如上所述，用足以提供連續(xù)的過程以使可纏繞碳纖維材料功能化的速度進行CNT合成。許多設(shè)備構(gòu)造有利于這種連續(xù)的合成，如下面舉例。在一些實施方式中，可以在“全等離子體(allplasma)”方法中構(gòu)造并入CNT的碳纖維材料。全等離子體方法可以始于用如上所述的等離子體使碳纖維材料粗糙，以改進纖維表面潤濕特性和提供更加貼合的隔離涂層，以及由于使用特定的反應(yīng)性氣體種類諸如氬氣或者氦氣基等離子體中的氧氣、氮氣、氫氣，通過使用碳纖維材料功能化，經(jīng)由機械連鎖和化學粘附改進涂層粘附力。隔離涂層的碳纖維材料經(jīng)過許多進一步的等離子體-介導(dǎo)的步驟以形成最終的并入CNT的產(chǎn)品。在一些實施方式中，所述全等離子體方法可以包括隔離涂層固化之后的第二表面改性。這是使碳纖維材料上隔離涂層的表面“粗糙化”的等離子體方法以促進催化劑沉積。如上所述，使用任何一種或者更多各種不同氣體的等離子體，包括但不限于氬氣、氦氣、氧氣、氨氣、氫氣和氮氣，表面改性可得以實現(xiàn)。在表面改性之后，隔離涂層的碳纖維材料進行催化劑施加。這是在纖維上放置CNT形成催化劑的等離子體方法。CNT形成催化劑典型地是如上所述的過渡金屬。過渡金屬催化劑可被加入等離子體原料氣體作為前驅(qū)體，形式為鐵磁流體、金屬有機物、金屬鹽或者其它促進氣相運輸?shù)慕M分?？稍谑覝叵轮車h(huán)境中施加催化劑，既不需要真空也不需要惰性氣氛。在一些實施方式中，在催化劑施加之前碳纖維材料被冷卻。繼續(xù)全等離子體方法，碳納米管合成發(fā)生在CNT生長反應(yīng)器中。這可以通過使用等離子體-增強的化學氣相沉積實現(xiàn)，其中碳等離子體被噴射至負載催化劑的纖維上。因為碳納米管生長發(fā)生在高溫(取決于催化劑，典型地在大約500至1000°C的范圍)，因此在暴露于碳等離子體之前，負載催化劑的纖維可被加熱。對于并入方法，碳纖維材料可被任選地加熱直到其變軟。在加熱之后，碳纖維材料易于接收碳等離子體。例如，通過使含碳氣體諸如乙炔、乙烯、乙醇、以及類似氣體經(jīng)過能夠使氣體電離的電場,產(chǎn)生碳等離子體。經(jīng)過噴嘴，該冷的碳等離子體被引導(dǎo)至碳纖維材料。碳纖維材料可以非常接近于噴嘴，諸如在噴嘴的大約I厘米之內(nèi)，以接收等離子體。在一些實施方式中，加熱器被置于等離子體噴射器處的碳纖維材料上，以保持碳纖維材料的高溫。連續(xù)的碳納米管合成的另一構(gòu)造包括直接在碳纖維材料上合成和生長碳納米管的專門的矩形反應(yīng)器。該反應(yīng)器可被設(shè)計用于生產(chǎn)負載碳納米管的纖維的連續(xù)流線方法中。在一些實施方式中，通過化學氣相沉積(“CVD”)方法在大氣壓下和在大約550°C至大約800°C的范圍中的高溫在多區(qū)域反應(yīng)器中生長CNT。合成發(fā)生在大氣壓下的事實是有利于反應(yīng)器結(jié)合入纖維上CNT合成的連續(xù)處理生產(chǎn)線的一個因素。與使用這種區(qū)域反應(yīng)器的流線連續(xù)處理相符的另一優(yōu)勢是CNT生長在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，與在本領(lǐng)域典型的其它方法和設(shè)備構(gòu)造中的幾分鐘(或者更長)不同。根據(jù)各種實施方式的CNT合成反應(yīng)器包括下列特征矩形構(gòu)造的合成反應(yīng)器:本領(lǐng)域已知的典型CNT合成反應(yīng)器的橫截面是圓形的。對此有許多原因，包括例如歷史的原因(在實驗室中經(jīng)常使用圓柱形反應(yīng)器)和方便(在圓柱形反應(yīng)器中容易模擬流體動力學，加熱器系統(tǒng)容易接受圓形的管(石英，等等))，并且易于制造。背離圓柱形的慣例，本發(fā)明提供具有矩形橫截面的CNT合成反應(yīng)器。背離的原因如下1.因為可由反應(yīng)器處理的許多碳纖維材料是相對平的，諸如平的帶材或者形式上類似薄片，因此圓形的橫截面是反應(yīng)器體積的低效利用。這種低效導(dǎo)致圓柱形CNT合成反應(yīng)器的若干缺點，包括例如，a)保持充分的系統(tǒng)凈化；增加的反應(yīng)器體積需要增加的氣體流速以保持相同水平的氣體凈化。這導(dǎo)致對于開放的環(huán)境中的CNT大量生產(chǎn)是低效率的系統(tǒng)山)增加的碳原料氣體流量；按照上述的a)，惰性氣體流量的相對增加需要增加碳原料氣體流量?？紤]12K碳纖維絲束的體積比具有矩形橫截面的合成反應(yīng)器的總體積小2000倍。在相同的生長圓柱形反應(yīng)器(即，其寬度容納與矩形橫截面反應(yīng)器相同的平面碳纖維材料的圓柱形反應(yīng)器)中，碳纖維材料的體積比室的體積小17，500倍。盡管氣相沉積過程諸如CVD典型地僅由壓力和溫度控制，但體積對沉積的效率具有顯著影響。用矩形反應(yīng)器，仍有過量的體積。該過量的體積促進不需要的反應(yīng)；然而圓柱形反應(yīng)器具有大約8倍的體積。由于這種更多的發(fā)生競爭反應(yīng)的機會，在圓柱形反應(yīng)器室中，期望的反應(yīng)更慢地有效地發(fā)生。對于連續(xù)方法的進行，CNT生長的這種減慢是有問題的。矩形反應(yīng)器構(gòu)造的一個好處是可以通過使用矩形室的小高度減小反應(yīng)器體積，使得該體積比更好以及反應(yīng)更加有效。在本發(fā)明的一些實施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積比經(jīng)過合成反應(yīng)器的碳纖維材料的總體積大大約3000倍以下。在一些進一步的實施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積比經(jīng)過合成反應(yīng)器的碳纖維材料的總體積大大約4000倍以下。在一些仍進一步的實施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積比經(jīng)過合成反應(yīng)器的碳纖維材料的總體積大大約10，000倍以下。另外，明顯的是，當使用圓柱形反應(yīng)器時，與具有矩形橫截面的反應(yīng)器相比，需要更多的碳原料氣體以提供相同的流量百分數(shù)。應(yīng)當理解，在一些其它實施方式中，合成反應(yīng)器具有由這樣的多邊形形式描述的橫截面，該多邊形形式不是矩形但與其比較類似，并且相對于具有圓形橫截面的反應(yīng)器其提供反應(yīng)器體積的相似減??；c)有問題的溫度分布；當使用相對小直徑的反應(yīng)器時，從室的中心至其壁的溫度梯度是最小的。但對于增大的尺寸，諸如可被用于商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，溫度梯度增加。這種溫度梯度導(dǎo)致整個碳纖維材料基底上產(chǎn)品質(zhì)量變化(即，產(chǎn)品質(zhì)量作為徑向位置的函數(shù)變化)。當使用具有矩形橫截面的反應(yīng)器時，基本避免了該問題。具體地，當使用平的基底時，反應(yīng)器高度可隨基底的尺寸按比例增大而保持不變。反應(yīng)器的頂部和底部之間的溫度梯度基本上可被忽略，并且因此，避免了發(fā)生的熱問題和產(chǎn)品質(zhì)量變化。2.氣體引入因為在本領(lǐng)域中通常使用管式爐，典型的CNT合成反應(yīng)器在一端引入氣體并且吸引其經(jīng)過反應(yīng)器至另一端。在本文公開的一些實施方式中，氣體可被對稱地弓I入反應(yīng)器的中心或者目標生長區(qū)域之內(nèi)，這或者通過側(cè)面或者通過反應(yīng)器的頂部和底部板。這提高了CNT生長總體速度，因為在系統(tǒng)的最熱部分，引入的原料氣體連續(xù)地補充，該部分是CNT生長最活躍的位置。對于由矩形CNT反應(yīng)器表現(xiàn)出的增加的生長速度，該恒定的氣體補充是重要的方面。分區(qū)。提供相對冷的凈化區(qū)域的室依附在矩形合成反應(yīng)器的兩端。申請人已確定，如果熱的氣體與外部環(huán)境(即，反應(yīng)器的外部)混合，碳纖維材料的降解會增加。冷的凈化區(qū)域提供內(nèi)部系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的緩沖。本領(lǐng)域已知的典型的CNT合成反應(yīng)器構(gòu)造典型地需要基底被小心地(并且緩慢地)冷卻。在本矩形CNT生長反應(yīng)器的出口處的冷的凈化區(qū)域在短的時間段內(nèi)達到冷卻，如連續(xù)的流線處理所要求的。非接觸、熱壁的、金屬的反應(yīng)器。在一些實施方式中，使用由金屬尤其是不銹鋼制成的熱壁反應(yīng)器。這可能似乎有悖常理，因為金屬，尤其是不銹鋼，更容易發(fā)生碳沉積(即，形成煙灰和副產(chǎn)物)。因此，多數(shù)CNT反應(yīng)器構(gòu)造使用石英反應(yīng)器，因為有較少的碳沉積，石英容易清潔，并且石英有利于樣品觀察。但是，申請人已觀察到，不銹鋼上增加的煙灰和碳沉積導(dǎo)致更加一致的、更快的、更有效的和更穩(wěn)定的CNT生長。不被理論束縛，已指出，就常壓操作而言，發(fā)生在反應(yīng)器中的CVD方法是擴散有限的。即，催化劑是“過量供給的”，由于其相對更高的分壓(比起假設(shè)在部分真空下操作反應(yīng)器)，在反應(yīng)器系統(tǒng)中太多的碳可利用。因此，在開放的系統(tǒng)中-尤其在清潔的系統(tǒng)中-太多的碳可粘附至催化劑顆粒，減弱其合成CNT的能力。在一些實施方式中，當反應(yīng)器是“臟的”時，即在金屬反應(yīng)器壁上具有沉積的煙灰，有意地運轉(zhuǎn)矩形反應(yīng)器。一旦碳沉積成為反應(yīng)器的壁上的單層，碳容易在其本身上沉積。因為由于該機制一些可用的碳被“收回”，以基團形式剩余的碳原料以不使催化劑中毒的速度與催化劑反應(yīng)?，F(xiàn)有系統(tǒng)“干凈地”運轉(zhuǎn)，如果打開其用于連續(xù)的處理，其會以減小的生長速度產(chǎn)生CNT的低得多的產(chǎn)率。盡管進行如上所述的“臟的”CNT合成一般是有益的，但設(shè)備的某些部分，諸如氣體集合管和入口，當煙灰形成阻塞時可消極地影響CNT生長過程。為了解決該問題，可用抑制煙灰的涂料諸如二氧化硅、氧化鋁或者MgO保護CNT生長反應(yīng)室的這些區(qū)域。實踐中，設(shè)備的這些部分可被浸涂在這些抑制煙灰的涂料中。這些涂料可用于金屬諸如INVAR,因為INVAR具有相似的CTE(熱膨脹系數(shù))，這在更高的溫度保證涂層的適當粘附力，防止煙灰顯著地聚集在關(guān)鍵區(qū)域。結(jié)合的催化劑還原和CNT合成。在本文公開的CNT合成反應(yīng)器中，催化劑還原和CNT生長都發(fā)生在反應(yīng)器內(nèi)。這是重要的，因為如果作為單獨的操作進行，還原步驟不能足夠及時完成用于連續(xù)的方法。在本領(lǐng)域已知的典型的方法中，還原步驟典型地需要1-12小時完成。根據(jù)本發(fā)明，兩種操作都發(fā)生在反應(yīng)器中，這至少部分地是由于碳原料氣體引入反應(yīng)器的中心而不是末端的事實，碳原料氣體引入末端在使用圓柱形反應(yīng)器的技術(shù)中是典型的。當纖維進入加熱的區(qū)域時發(fā)生還原過程；在此時，氣體已有時間與壁反應(yīng)，并且在與催化劑反應(yīng)并且引起氧化還原(通過氫基團相互作用)之前冷卻。正是在該過渡區(qū)域發(fā)生還原。在系統(tǒng)中最熱的等溫區(qū)域，發(fā)生CNT生長，最大生長速度出現(xiàn)在接近反應(yīng)器中心附近的氣體入口。在一些實施方式中，當使用松散地連接的碳纖維材料諸如碳絲束時，該連續(xù)的方法可以包括展開絲束的線股和/或絲的步驟。因此，當絲束被打開時，例如，使用基于真空的纖維伸展系統(tǒng)，其可被伸展。當使用可能相對硬的上漿的碳纖維時，可使用額外的加熱以使絲束“變軟”，以促進纖維伸展。包括單獨的絲的伸展纖維可被充分地伸展開，以暴露絲的全部表面積，因此允許絲束在隨后的方法步驟中更加有效地反應(yīng)。對于3k絲束，這種伸展可以達到大約4英寸至大約6英寸之間跨度(across)。伸展的碳絲束可以經(jīng)過表面處理步驟，該步驟由如上所述的等離子體系統(tǒng)組成。在施加隔離涂層并粗糙化之后，伸展的纖維然后可經(jīng)過CNT形成催化劑浸潰浴。結(jié)果是碳絲束的纖維，其具有放射狀地分布在纖維的表面上的催化劑顆粒。絲束的催化負載的纖維然后進入適當?shù)腃NT生長室，諸如上述的矩形室，其中經(jīng)過大氣壓CVD或者PE-CVD方法的流動被用于以高達每秒鐘數(shù)微米的速度合成CNT?，F(xiàn)在具有放射狀地排列的CNT的絲束纖維退出CNT生長反應(yīng)器。在一些實施方式中，并入CNT的碳纖維材料可以經(jīng)過另一處理方法，在一些實施方式中，該方法是用于使CNT功能化的等離子體方法。CNT的另外的功能化可用于促進其對特定樹脂的粘附力。因此，在一些實施方式中，本發(fā)明提供具有功能化CNT的并入CNT的碳纖維材料。作為可纏繞碳纖維材料的連續(xù)處理的一部分，并入CNT的碳纖維材料可以進一步經(jīng)過上漿浸潰浴，以施加任何另外的在最終產(chǎn)品中可能有益的上漿劑。最終，如果期望濕繞，并入CNT的碳纖維材料可經(jīng)過樹脂浴，并被卷繞在心軸或者卷軸上。所得碳纖維材料/樹脂結(jié)合將CNT鎖定在碳纖維材料上，允許更容易的操作和復(fù)合材料制作。在一些實施方式中，CNT并入用于提供改進的絲纏繞。因此，在碳纖維諸如碳絲束上形成的CNT經(jīng)過樹脂浴以生產(chǎn)樹脂-浸潰的、并入CNT的碳絲束。在樹脂浸潰之后，碳絲束可通過壓力差(deliveryhead)被置于旋轉(zhuǎn)心軸的表面上。然后，以精確的幾何形狀圖案，以已知的方式，絲束可被卷繞在心軸上。上述的卷繞方法提供管道、管或者如通過陽模特征地生產(chǎn)的其它形式。但是由本文公開的卷繞方法制造的形式不同于通過常規(guī)的絲卷繞方法生產(chǎn)的那些。具體地，在本文公開的方法中，形式由包括并入CNT的絲束的復(fù)合材料制造。因此這些形式受益于增強的強度以及類似性質(zhì)，如通過并入CNT的絲束所提供的。在一些實施方式中，CNT并入在可纏繞碳纖維材料上的連續(xù)方法可達到在大約O.5ft/min至大約36ft/min之間的線速度。在其中CNT生長室是3英尺長并且在750°C生長溫度下操作的這種實施方式中，可以以大約6ft/min至大約36ft/min的線速度運轉(zhuǎn)方法，以產(chǎn)生例如具有長度在大約I微米至大約10微米之間的CNT。也可以以大約lft/min至大約6ft/min的線速度運轉(zhuǎn)該方法，以產(chǎn)生例如具有長度在大約10微米至大約100微米之間的CNT?？梢砸源蠹sO.5ft/min至大約lft/min的線速度運轉(zhuǎn)該方法，以產(chǎn)生例如具有長度在大約100微米至大約200微米之間的CNT。但是，CNT長度不僅與線速度和生長溫度有關(guān)，而是，碳原料和惰性載體氣體二者的流速也可影響CNT長度。例如，由高線速度(6ft/min至36ft/min)的惰性氣體中少于1%碳原料組成的流速將產(chǎn)生具有長度在I微米至大約5微米之間的CNT。由高線速度(6ft/min至36ft/min)的惰性氣體中大于1%碳原料組成的流速將產(chǎn)生具有長度在5微米至大約10微米之間的CNT。在一些實施方式中，多于一種碳材料可被同時地運轉(zhuǎn)經(jīng)過該方法。例如，多種帶材、絲束、絲、線股以及類似物可被并行地運轉(zhuǎn)經(jīng)過該方法。因此，任何數(shù)量的預(yù)制碳纖維材料卷可被并行地運轉(zhuǎn)經(jīng)過該方法并且在方法結(jié)束時再卷繞?？刹⑿械剡\轉(zhuǎn)的卷繞碳纖維材料的數(shù)量可以包括一、二、三、四、五、六、直到可適應(yīng)于CNT生長反應(yīng)室的寬度的任何數(shù)量。而且，當多種碳纖維材料被運轉(zhuǎn)經(jīng)過該方法時，收集的卷數(shù)量可少于方法開始時卷的數(shù)量。在這種實施方式中，碳線股、絲束或者類似物可被發(fā)送經(jīng)過將這種碳纖維材料結(jié)合成為更有序的碳纖維材料諸如織造織物或者類似物的進一步過程。例如，連續(xù)的方法也可結(jié)合后處理切碎機，其促進形成并入CNT的短切纖維墊。在一些實施方式中，本發(fā)明的方法允許在纖維材料上合成第一份量的第一類型碳納米管，其中選擇第一類型的碳納米管以改變碳纖維材料的至少一種第一性質(zhì)。隨后，本發(fā)明的方法允許在碳纖維材料上合成第二份量的第二類型碳納米管，其中選擇第二類型的碳納米管以改變碳纖維材料的至少一種第二性質(zhì)。在一些實施方式中，CNT的第一份量和第二份量是不同的。這可通過改變或不改變CNT的類型來完成。因此，即使保持CNT類型無變化，改變CNT的密度可用于改變初始碳纖維材料的性質(zhì)。例如，CNT類型可包括CNT長度和層的數(shù)量。在一些實施方式中，第一份量和第二份量是相同的。如果在沿著可纏繞材料的兩個不同伸展(stretches)的情況中期望不同的性質(zhì)，那么可改變CNT類型，如CNT長度。例如，較長的CNT可用于電/熱應(yīng)用中，而較短的CNT可用于機械增強應(yīng)用中。根據(jù)關(guān)于改變碳纖維材料性質(zhì)的前述討論，在一些實施方式中，第一類型碳納米管和第二類型碳納米管可以是相同的，而在其它實施方式中，第一類型碳納米管和第二類型碳納米管可以是不同的。類似地，在一些實施方式中，第一性質(zhì)和第二性質(zhì)可以是相同的。例如，EMI屏蔽性質(zhì)可以是通過第一份量和第一類型的CNT以及第二份量和第二類型的CNT解決(address)的關(guān)注的性質(zhì)，但是在該性質(zhì)上的改變程度可以是不同的，如通過采用的不同量和/類型的CNT反映的。最后，在一些實施方式中，第一性質(zhì)和第二性質(zhì)可以是不同的。同樣，這可反映CNT類型的改變。例如第一性質(zhì)可以是關(guān)于較短CNT的機械強度，而第二性質(zhì)可以是關(guān)于較長CNT的電/熱性質(zhì)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到例如通過利用不同的CNT密度、CNT長度和CNT中的層數(shù)如單層、雙層和多層來調(diào)整碳纖維材料性質(zhì)的能力。在一些實施方式中，本發(fā)明的方法提供在碳纖維材料上合成第一份量的碳納米管，以使該第一份量允許并入碳納米管的碳纖維材料展現(xiàn)不同于碳纖維材料自身顯示的第一組性質(zhì)的第二組性質(zhì)。即，選擇可改變碳纖維材料的一種或多種性質(zhì)如拉伸強度的量。第一組性質(zhì)和第二組性質(zhì)可包括相同性質(zhì)的至少一種，從而表示增強了碳纖維材料已經(jīng)存在的性質(zhì)。在一些實施方式中，CNT并入可將第二組性質(zhì)賦予并入碳納米管的碳纖維材料，其不包括在由碳纖維材料自身顯示的第一組性質(zhì)之中。在一些實施方式中，選擇第一份量的碳納米管以使選自并入碳納米管的碳纖維材料的拉伸強度、楊氏模量、剪切強度、剪切模量、韌性、抗壓強度、壓縮模量、密度、EM波吸收率/反射率、聲學透射比(acoustictransmittance)、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性中的至少一種性質(zhì)的值不同于碳纖維材料自身的同樣性質(zhì)的值。拉伸強度可包括三種不同的測量值1)屈服強度，其評估材料應(yīng)變從彈性變形改變?yōu)樗苄宰冃?，引起材料永久變形的?yīng)力；2)極限強度，其評估當經(jīng)受拉伸、壓縮或剪切時材料可以經(jīng)受住的最大應(yīng)力；以及3)斷裂強度，其評估應(yīng)力-應(yīng)變曲線上斷裂點處的應(yīng)力坐標。復(fù)合材料剪切強度評估當垂直于纖維方向施加載荷時材料受損的應(yīng)力?？箟簭姸仍u估當施加壓縮載荷時材料受損的應(yīng)力。特別地，多層碳納米管具有至今測量的任何材料的最高拉伸強度，其已經(jīng)達到63Gpa的拉伸強度。而且，理論計算已經(jīng)指出大約300Gpa的CNT的可能拉伸強度。因此，期望并入CNT的碳纖維材料與母體碳纖維材料相比具有充分更高的極限強度。如上所述，拉伸強度的增加取決于使用的CNT的確切性質(zhì)以及在碳纖維材料上的密度和分布。例如，并入CNT的碳纖維材料可顯示拉伸性質(zhì)的二至三倍增長。示例性的并入CNT的碳纖維材料可具有如母體未功能化的碳纖維材料高至三倍的剪切強度以及高至2.5倍的抗壓強度。楊氏模量是各向同性的彈性材料的勁度的量度。它被定義為其中虎克定律適用的應(yīng)力范圍內(nèi)的單軸應(yīng)力與單軸應(yīng)變的比。這可由材料樣品上進行拉伸試驗期間產(chǎn)生的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率實驗地確定。導(dǎo)電性或電導(dǎo)率是材料傳導(dǎo)電流的能力的量度。具有具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如與CNT手性相關(guān)的扭曲度(degreeoftwist)的CNT可以是高度導(dǎo)電的，從而表現(xiàn)金屬性質(zhì)。關(guān)于CNT手性，命名法的公認系統(tǒng)(M.S.Dresselhaus等人.ScienceofFullerenesandCarbonNanotubes,AcademicPress,SanDiego,CApp.756-760，(1996))已經(jīng)被正式化，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員公認。因此，例如，CNT通過雙指數(shù)(n，m)彼此區(qū)別，其中η和m是描述六方形石墨的相交(cut)和包封(wrapping)的整數(shù),所以當它被纏繞在圓柱體的表面上并且邊被密封在一起時，其制成管。當兩個指數(shù)相同時，m=n，所得管被認為是“扶手椅(arm-chair)”(或η，η)型，因為當管被垂直CNT軸切割時，僅六邊形的面被暴露，并且它們圍繞管邊周邊的圖案類似于重復(fù)η次的扶手椅的扶手和座位。扶手椅CNT，特別是SWNT，是金屬性的并且具有極高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。另外，這種SWNT具有極高的拉伸強度。除了扭曲度以外，CNT直徑也影響導(dǎo)電性。如上所述，可通過使用控制尺寸的CNT形成催化劑納米顆?？刂艭NT直徑。CNT也可被形成為半導(dǎo)體材料。多層CNT(MWNT)中的傳導(dǎo)性可能更加復(fù)雜。MWNT中的層間反應(yīng)可在各個管上不均勻地重新分配電流。相反，遍及金屬單層納米管(SWNT)的不同部分沒有電流變化。與金剛石晶體和平面的石墨片相比，碳納米管也具有非常高的導(dǎo)熱性。并入CNT的碳纖維材料不僅在上述性質(zhì)方面可受益于CNT的存在，而且可在過程中提供較輕的材料。因此，這種較低密度和較高強度的材料轉(zhuǎn)化為更大的強度與重量的比。應(yīng)當理解實質(zhì)上不影響本發(fā)明各種實施方式的行為的改進也被包括在本文提供的發(fā)明的限定內(nèi)。因此，下列實施例意欲例證但非限制本發(fā)明。實施例I該實施例顯示了如何在連續(xù)方法中可用CNT并入碳纖維材料以達到改進導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的目標。在該實施例中，以CNT在纖維上的最大載荷量為目標。具有特值800的34-70012k碳纖維絲束(GrafilInc.,Sacramento,CA)被作為碳纖維基底。該碳纖維絲束中各個絲具有大約7μπι的直徑。圖8描述根據(jù)本發(fā)明的例證性實施方式生產(chǎn)并入CNT的纖維的系統(tǒng)800。系統(tǒng)800包括碳纖維材料輸出和張緊站805、上漿劑清除和纖維伸展站810、等離子體處理站815、隔離涂層施加站820、空氣干燥站825、催化劑施加站830、溶劑閃蒸站835、CNT并入站840、纖維成束站845、和碳纖維材料攝取筒管850，如所示相互連接。輸出和張緊站805包括輸出筒管806和張緊器807。輸出筒管運輸碳纖維材料860至工藝；通過張緊器807張緊纖維。對于該實施例，以2ft/min的線速度處理碳纖維。纖維材料860被運輸至包括上漿劑清除加熱器865和纖維伸展器870的上漿劑清除和纖維伸展站810。在該站，清除在纖維860上的任何“上漿劑”。典型地，通過燒掉纖維的上漿劑完成清除。各種加熱方法的任何一種可被用于該目的，包括例如紅外加熱器、馬弗爐以及其它非接觸加熱方法。也可化學地完成上漿劑清除。纖維伸展器分離纖維的單個組元。各種技術(shù)和設(shè)備可用于伸展纖維，諸如在平的、相同直徑的棒上和下、或者在可變直徑的棒上和下、或者在具有放射狀地延伸的凹槽和捏合輥的棒上、在震動的棒上、等等，拉動纖維。通過暴露更多的纖維表面積，伸展纖維提高了下游操作諸如等離子體應(yīng)用、隔離涂層施加和催化劑施加的效率?？煞胖枚鄠€上漿劑清除加熱器865遍及纖維伸展器870，這允許逐漸、同時脫漿和伸展纖維。輸出和張緊站805和上漿劑清除和纖維伸展站810通常用于纖維工業(yè)中；本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉其設(shè)計和應(yīng)用。燒掉上漿劑需要的溫度和時間作為下列的函數(shù)變化(I)上漿材料和(2)碳纖維材料860的商業(yè)來源/成分?？稍诖蠹s650°C清除碳纖維材料上的常規(guī)上漿劑。在該溫度下，需要長達15分鐘以保證上漿劑完全燒掉。升高溫度高于該燃燒溫度可減少燒掉時間。熱重分析用于確定具體商品的上漿劑的最低燒掉溫度。取決于上漿劑清除需要的時間，上漿劑清除加熱器可以不必包括在適當?shù)腃NT并入方法中；而是，可單獨地(例如，平行地，等等)完成清除。以該方式，無上漿劑的碳纖維材料的存貨可被累積和卷繞，用于不包括纖維清除加熱器的CNT并入纖維生產(chǎn)線。然后在輸出和張緊站805，對無上漿劑纖維進行卷繞?？梢栽诒劝ㄉ蠞{劑清除的生產(chǎn)線更高的速度下操作該生產(chǎn)線。未上漿的纖維880被運輸至等離子體處理站815。對于該實施例，以“向下的”方式從距離伸展的碳纖維材料Imm的距離，使用常壓等離子體處理。氣態(tài)原料由100%氦氣組成。等離子體增強的纖維885被運輸至隔離涂層站820。在該例證性的實施例中，在浸潰涂布構(gòu)造中使用基于硅氧烷的隔離涂層溶液。該溶液是通過按體積40比I的稀釋率在異丙醇中稀釋的‘AccuglassT-IlSpin-OnGlass’(HoneywellInternationalInc.，Morristown,NJ)。碳纖維材料上的所得隔離涂層厚度大約是40nm?？稍谑覝叵轮車h(huán)境中施加隔離涂層。隔離涂層的碳纖維890被運輸至空氣干燥站825，以部分固化納米級別的隔離涂層?？諝飧稍镎景l(fā)送加熱空氣流經(jīng)過伸展的全部碳纖維。使用的溫度可在100°c至大約500°C的范圍內(nèi)?？諝飧稍镏螅綦x涂層的碳纖維890被運輸至催化劑施加站830。在該實施例中，氧化鐵基CNT形成催化劑溶液被用于浸潰涂布構(gòu)造。該溶液是通過按體積200比I的稀釋率在己燒中稀釋的‘EFH-1’(FerrotecCorporation,Bedford,NH)。在碳纖維材料上實現(xiàn)單層的催化劑涂層。稀釋之前的‘EFH-Γ具有納米顆粒濃度在按體積計3-15%范圍。氧化鐵納米顆粒具有組成Fe2O3和Fe3O4,并且直徑是大約8nm。負載催化劑的碳纖維材料895被運輸至溶劑閃蒸站835。溶劑閃蒸站發(fā)送空氣流經(jīng)過伸展的全部碳纖維。在該實施例中，可使用室溫空氣以閃蒸留在負載催化劑的碳纖維材料上的所有己烷。在溶劑閃蒸之后，負載催化劑的纖維895最終前進至CNT并入站840。在該實施例中，使用具有12英寸生長區(qū)域的矩形反應(yīng)器以在大氣壓下應(yīng)用CVD生長。總氣流的98.0%是惰性氣體(氮氣)，其它2.0%是碳原料(乙炔)。生長區(qū)域保持在750°C。對于上面提及的矩形反應(yīng)器，750°C是相對高的生長溫度，其允許可能的最高生長速度。在CNT并入之后，在纖維成束站845，并入CNT的纖維897被再次成束。該操作使纖維的單獨線股重新結(jié)合，使在站810進行的伸展操作有效地逆向進行。成束的、并入CNT的纖維897繞攝取纖維筒管850卷繞以儲存。并入CNT的纖維897負載有長度大約50μm的CNT，然后準備用于具有增強導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的復(fù)合材料中。值得注意的是可在環(huán)境隔絕的惰性氣氛下或者真空下進行一些上述操作。例如，如果碳纖維材料的上漿劑正被燒掉，纖維可與環(huán)境隔絕，以限制排氣并且防止被濕氣損壞。為了方便，在系統(tǒng)800中，為所有操作提供環(huán)境隔絕，除了在生產(chǎn)線開始時的碳纖維材料輸出和張緊以及在生產(chǎn)線結(jié)束時的纖維攝取之外。實施例II該實施例顯示了如何在連續(xù)方法中可用CNT并入碳纖維材料以達到提高機械性能特別是界面特性如剪切強度的目標。在該情況中，以在纖維上負載較短的CNT為目標。在該實施例中，具有特值793的34-70012k未上漿碳纖維絲束(GrafilInc.,Sacramento,CA)被用作碳纖維基底。該碳纖維絲束中各個絲具有大約7μm的直徑。圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的例證性實施方式生產(chǎn)并入CNT的纖維的系統(tǒng)900，并且包括系統(tǒng)800中描述的許多相同站和過程。系統(tǒng)900包括碳纖維材料輸出和張緊站902、纖維伸展站908、等離子體處理站910、催化劑施加站912、溶劑閃蒸站914、第二催化劑施加站916、第二溶劑閃蒸站918、隔離涂層施加站920、空氣干燥站922，第二隔離涂層施加站924、第二空氣干燥站926、CNT并入站928、纖維成束站930以及碳纖維材料攝取筒管932，如所示相互連接。輸出和張緊站902包括輸出筒管904和張緊器906。輸出筒管運輸碳纖維材料901至工藝；通過張緊器906張緊纖維。對于該實施例，以2ft/min的線速度處理碳纖維。纖維材料901被運輸至纖維伸展站908。當沒有使用上漿劑制造該纖維時，上漿劑清除過程不被并入作為纖維伸展站908的一部分。以與在纖維伸展器870中描述的類似方式，纖維伸展器使纖維的單個組元分離。纖維材料901被輸送至等離子體處理站910。對于該實施例，以“向下的”方式從距離伸展的碳纖維材料12mm的距離，使用常壓等離子體處理。氣態(tài)原料由總惰性氣體流(氦氣)的1.1%的量的氧氣組成?？刂铺祭w維材料表面上的氧含量是增強隨后涂層的粘附力的有效方式，并且因此期望增強碳纖維復(fù)合材料的機械性能。等離子體增強的纖維911被運輸至催化劑施加站912。在該實施例中，氧化鐵基CNT形成催化劑溶液被用于浸潰涂布構(gòu)造。該溶液是通過按體積200比I的稀釋率在己烷中稀釋的‘EFH-1’(FerrotecCorporation,Bedford,NH)。在碳纖維材料上實現(xiàn)單層的催化劑涂層。稀釋之前的‘EFH-Γ具有納米顆粒濃度在按體積計3-15%的范圍。氧化鐵納米顆粒具有組成Fe2O3和Fe3O4,并且直徑是大約8nm。負載催化劑的碳纖維材料913被運輸至溶劑閃蒸站914。溶劑閃蒸站發(fā)送空氣流經(jīng)過伸展的全部碳纖維。在該實施例中，可使用室溫空氣以閃蒸留在負載催化劑的碳纖維材料上的所有己烷。在溶劑閃蒸后，負載催化劑的纖維913被運輸至催化劑施加站916，其等同于催化劑施加站912。該溶液是通過按體積800比I的稀釋率在己烷中稀釋的‘EFH-1’。對于該實施例，利用包括多個催化劑施加站的構(gòu)造以在等離子體增強的纖維911上優(yōu)化催化劑的覆蓋。負載催化劑的碳纖維材料917被運輸至溶劑閃蒸站918，其等同于溶劑閃蒸站914。在溶劑閃蒸后，負載催化劑的碳纖維材料917被輸送至隔離涂層施加站920。在該實施例中，在浸潰涂布構(gòu)造中使用基于硅氧烷的隔離涂層溶液。該溶液是通過按體積40比I的稀釋率在異丙醇中稀釋的‘AccuglassT-IlSpin-OnGlass’(HoneywellInternationalInc.,Morristown,NJ)。碳纖維材料上的所得隔離涂層厚度大約是40nm?？稍谑覝叵轮車h(huán)境中施加隔離涂層。隔離涂層的碳纖維921被運輸至空氣干燥站922，以部分固化隔離涂層?？諝飧稍镎景l(fā)送加熱空氣流經(jīng)過伸展的全部碳纖維。使用的溫度可在100°c至大約500°C的范圍內(nèi)。在空氣干燥后，隔離涂層的碳纖維921被輸送至隔離涂層施加站924，其等同于隔離涂層施加站820。該溶液是通過按體積120比I的稀釋率在異丙醇中稀釋的‘AccuglassT-IlSpin-OnGlass’。對于該實施例,利用包括多個隔離涂層施加站的構(gòu)造以優(yōu)化負載催化劑的纖維917上隔離涂層的覆蓋。隔離涂層的碳纖維925被運輸至空氣干燥站926，以部分固化隔離涂層，并且其等同于空氣干燥站922。在空氣干燥后，隔離涂層的碳纖維925最終前進至CNT并入站928。在該實施例中，使用具有12英寸生長區(qū)域的矩形反應(yīng)器以在大氣壓下應(yīng)用CVD生長?？倸饬鞯?7.75%是惰性氣體(氮氣)，并且其它2.25%是碳原料(乙炔)。生長區(qū)域保持在650°C。對于上面提及的矩形反應(yīng)器，650°C是相對低的生長溫度，其允許較短CNT生長的控制。在CNT并入之后，在纖維成束站930，并入CNT的纖維929被再次成束。該操作使纖維的單獨線股重新結(jié)合，使在站908進行的伸展操作有效地逆向進行。成束的、并入CNT的纖維931繞攝取纖維筒管932卷繞以儲存。并入CNT的纖維929負載大約5μm長度的CNT，然后準備用于具有增強機械性能的復(fù)合材料中。在該實施例中，碳纖維材料通過催化劑施加站912和916，然后通過隔離涂層施加站920和924。該涂布的安排是在如實施例I中圖解的‘逆向’順序中，其可提高CNT至碳纖維基底的固定。在CNT生長過程中，隔離涂層通過CNT從基底升起，這允許與碳纖維材料(通過催化劑NP界面)更直接的接觸。因為以機械性能增強而不是以熱/電性能的增加為目標，‘逆向’順序涂布構(gòu)造是期望的。值得注意的是可在用于環(huán)境隔絕的惰性氣氛下或者真空下進行一些上述操作。為了方便，在系統(tǒng)900中，為所有操作提供環(huán)境隔絕，除了在生產(chǎn)線開始時的碳纖維材料輸出和張緊以及在生產(chǎn)線結(jié)束時的纖維攝取之外。實施例III該實施例顯示了在連續(xù)方法中可怎樣用CNT并入碳纖維材料以達到提高機械性能特別是界面特性如層間剪切的目標。在該實施例中，以在纖維上負載較短的CNT為目標。在該實施例中，具有特值793的34-70012k未上衆(zhòng)碳纖維絲束(GrafilInc.，Sacramento,CA)被用作碳纖維基底。該碳纖維絲束中各個絲具有大約7μm的直徑。圖10描述了根據(jù)本發(fā)明的例證性實施方式生產(chǎn)并入CNT的纖維的系統(tǒng)1000，并且、包括系統(tǒng)800中描述的許多相同站和過程。系統(tǒng)1000包括碳纖維材料輸出和張緊站1002、纖維伸展站1008、等離子體處理站1010、涂層施加站1012、空氣干燥站1014、第二涂層施加站1016、第二空氣干燥站1018、CNT并入站1020、纖維成束站1022以及碳纖維材料攝取筒管1024，如所示相互連接。輸出和張緊站1002包括輸出筒管1004和張緊器1006。輸出筒管運輸碳纖維材料1001至工藝；通過張緊器1006張緊纖維。對于該實施例，以5ft/min的線速度處理碳纖維。纖維材料1001被運輸至纖維伸展站1008。當沒有使上漿劑制造該纖維時，上漿劑清除過程不被并入作為纖維伸展站1008的一部分。以與在纖維伸展器870中描述的類似方式，纖維伸展器使纖維的單個組元分離。纖維材料1001被輸送至等離子體處理站1012。對于該實施例，以“向下的”方式從距離伸展的碳纖維材料12mm的距離，使用常壓等離子體處理。氣態(tài)原料由總惰性氣體流(氦氣)的I.1%的量的氧氣組成?？刂铺祭w維材料表面上的氧含量是增強隨后涂層的粘附力的有效方式，并且因此期望增強碳纖維復(fù)合材料的機械性能。等離子體增強的纖維1011被運輸至涂層施加站1012。在該實施例中，氧化鐵基催化劑和隔離涂層材料被結(jié)合為單個‘混雜’溶液并且在浸潰涂布構(gòu)造中被采用。‘混雜’溶液是按體積計I份的‘EFH-1’、5份的‘AccuglassT-IlSpin-OnGlass’、24份的己燒、24份的異丙醇和146份的四氫呋喃。采用這種‘混雜’涂布的益處是它排除了在高溫下纖維降解的影響。不被理論束縛，在高溫(對CNT生長至關(guān)重要的同樣溫度)下通過燒結(jié)催化劑NP加劇對碳纖維材料的降解。通過用它自己的隔離涂層包封每個催化劑NP，控制該影響是可能的。因為以機械性能而不是熱/電性能的增加為目標，期望維持碳纖維基材料的完整性，因此可采用‘混雜’涂布。負載催化劑的和隔離涂層的碳纖維材料1013被運輸至空氣干燥站1014，以局部固化隔離涂層?？諝飧稍镎景l(fā)送加熱空氣流經(jīng)過伸展的全部碳纖維。使用的溫度可在100°c至大約500°C的范圍內(nèi)。在空氣干燥后，負載催化劑和隔離涂層的碳纖維1013被輸送至涂層施加站1016，其等同于涂層施加站1012。使用相同的‘混雜’溶液(按體積計I份的‘EFH-1’、5份的‘AccuglassT-IlSpin-OnGlass’、24份的己燒、24份的異丙醇和146份的四氫呋喃)。對于該實施例，利用包括多個涂層施加站的構(gòu)造以優(yōu)化等離子體增強的纖維1011上的‘混雜’涂層的覆蓋。負載催化劑和隔離涂層的碳纖維1017被運輸至空氣干燥站1018，以部分固化隔離涂層，并且其等同于空氣干燥站1014。在空氣干燥后，負載催化劑和隔離涂層的碳纖維1017最終前進至CNT并入站1020。在該實施例中，使用具有12英寸生長區(qū)域的矩形反應(yīng)器以在大氣壓下應(yīng)用CVD生長?？倸饬鞯?8.7%是惰性氣體(氮氣)，并且其它I.3%是碳原料(乙炔)。生長區(qū)域保持在675°C。對于上面提及的矩形反應(yīng)器，675°C是相對低的生長溫度，其允許較短CNT生長的控制。在CNT并入之后，在纖維成束站1022，并入CNT的纖維1021被再次成束。該操作使纖維的單獨線股重新結(jié)合，使在站1008進行的伸展操作有效地逆向進行。成束的、并入CNT的纖維1021繞攝取纖維筒管1024卷繞以儲存。并入CNT的纖維1021負載大約2μm長度的CNT，然后準備用于具有增強機械性能的復(fù)合材料中。值得注意的是可在用于環(huán)境隔絕的惰性氣氛下或者真空下進行一些上述操作。為了方便，在系統(tǒng)1000中，為所有操作提供環(huán)境隔絕，除了在生產(chǎn)線開始時的碳纖維材料輸出和張緊以及在生產(chǎn)線結(jié)束時的纖維攝取之外。應(yīng)理解，上述實施方式僅是本發(fā)明的說明且本領(lǐng)域技術(shù)人員可想到上述實施方式的許多變化而不脫離本發(fā)明范圍。例如，在本說明書中，為了提供本發(fā)明例證性實施方式的完整描述和理解，提供了許多具體細節(jié)。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，不用這些細節(jié)的一種或多種或用其它方法、材料、組分等可實踐本發(fā)明。此外，在一些情況中，沒有詳細顯示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免混淆例證性實施方式的各方面。應(yīng)理解在圖中顯示的各種實施方式是例證性的并且不需要按比例繪制。整篇說明書中提及“一種實施方式”或“一個實施方式”或“一些實施方式”意味著，與實施方式(一個或多個)有關(guān)所述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施方式中，但不必在所有實施方式中。因此在整篇說明書中各個地方出現(xiàn)的短語“在一種實施方式中”、“在一個實施方式中”或“在一些實施方式中”不一定都指同樣的實施方式。此外，可在一個或多個實施方式中以任何適合方式結(jié)合所述具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性。因此此類變化意圖包括在權(quán)利要求和它們等價形式的范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.包括并入碳納米管(CNT)的碳纖維材料的組合物，其包括可纏繞維度的碳纖維材料；并入至所述碳纖維材料的碳納米管(CNT)；其中所述CNT長度一致并且分布一致；以及圍繞所述碳纖維材料貼合地放置的隔離涂層，所述CNT基本上沒有所述隔離涂層。2.權(quán)利要求I所述的組合物，進一步包括用于所述CNT生長的過渡金屬納米顆粒。3.權(quán)利要求I所述的組合物，其中CNT至所述碳纖維材料的所述并入包括選自下列的結(jié)合基序所述CNT至所述碳纖維材料的直接結(jié)合；通過所述CNT和所述碳纖維材料之間放置的過渡金屬納米顆粒催化劑的間接結(jié)合、通過所述CNT和所述碳纖維材料之間放置的過渡金屬納米顆粒催化劑和隔離涂層的間接結(jié)合、通過所述CNT和所述碳纖維材料之間的所述隔離涂層的間接結(jié)合；及其混合。4.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT具有大約I微米至大約500微米的長度。5.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT具有大約I微米至大約10微米的長度。6.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT具有大約10微米至大約100微米的長度。7.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT具有大約100微米至大約500微米的長度。8.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述分布的均勻性特征為上至每平方微米(Pm2)大約15，000個納米管的密度。9.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述碳纖維材料選自碳絲、碳絲束、碳紡線、碳帶材、單向碳帶材、碳纖維-編織物、織造碳織物、非織造碳纖維墊、碳纖維板片和3D織造結(jié)構(gòu)。10.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT選自單層CNT、雙層CNT、多層CNT及其混合物。11.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述CNT是多層CNT。12.權(quán)利要求I所述的組合物，進一步包括選自表面活性劑、抗靜電劑、潤滑劑、硅氧烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅烷、硅烷醇、聚乙烯醇、淀粉及其混合物的上漿劑。13.權(quán)利要求I所述的組合物，進一步包括選自環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、聚醚酰亞胺、聚醚酮酮、聚鄰苯二酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亞胺、酚醛樹脂和雙馬來酰亞胺的基體材料。14.權(quán)利要求I所述的組合物，其中所述并入碳納米管的碳纖維的電阻率低于所述碳纖維的電阻率。15.一種連續(xù)CNT并入方法，其包括(a)功能化碳纖維材料；(b)在所述功能化的碳纖維材料上放置隔離涂層；(C)在所述功能化的碳纖維材料上放置碳納米管(CNT)形成催化劑；以及(d)合成碳納米管，從而形成并入碳納米管的碳纖維材料。16.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述連續(xù)CNT并入方法具有大約5秒至大約300秒之間的CNT生長室內(nèi)的材料停留時間。17.權(quán)利要求15所述的方法，其中大約5秒至大約30秒的CNT生長室內(nèi)的材料停留時間產(chǎn)生具有大約I微米至大約10微米之間長度的CNT。18.權(quán)利要求15所述的方法，其中大約30秒至大約180秒的CNT生長室內(nèi)的材料停留時間產(chǎn)生具有大約10微米至大約100微米之間長度的CNT。19.權(quán)利要求15所述的方法，其中大約180秒至大約300秒的CNT生長室內(nèi)的材料停留時間產(chǎn)生具有大約100微米至大約500微米之間長度的CNT。20.權(quán)利要求15所述的方法，其中多于一種碳纖維材料被同時地運轉(zhuǎn)經(jīng)過所述方法。21.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述功能化所述碳纖維材料包括將所述碳纖維材料暴露于等離子體。22.權(quán)利要求15所述的方法進一步包括從所述碳纖維材料去除上漿材料。23.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述CNT形成催化劑是鐵基納米顆粒催化劑。24.權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑的操作包括用所述溶液噴射、浸潰涂布或氣相沉積至所述碳纖維材料上。25.權(quán)利要求15所述的方法，其中放置所述隔離涂層的操作與在所述碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑同時發(fā)生。26.權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述功能化的碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑之前，在所述功能化的碳纖維材料上貼合地放置所述隔離涂層。27.權(quán)利要求26所述的方法，進一步包括在所述功能化的碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑之前，部分固化所述隔離涂層。28.權(quán)利要求27所述的方法，進一步包括在所述碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑之后，固化所述隔離涂層。29.權(quán)利要求26所述的方法，進一步包括a)完全固化所述隔離涂層；以及b)暴露所述完全固化的隔離涂層于等離子體；其中在所述功能化的碳纖維材料上放置所述CNT形成催化劑之前進行步驟a)和b)。30.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述合成碳納米管的步驟包括CVD生長。31.權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括施加上漿劑至所述并入碳納米管的碳纖維材料。32.權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括施加基體材料至所述并入碳納米管的碳纖維。33.權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括a)在所述碳纖維材料上合成第一份量的第一類型碳納米管，其中選擇所述第一類型的碳納米管以改變所述碳纖維材料的至少一種第一性質(zhì)；以及b)在所述碳纖維材料上合成第二份量的第二類型碳納米管，其中選擇所述第二類型的碳納米管以改變所述碳纖維材料的至少一種第二性質(zhì)。34.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一份量和所述第二份量不同。35.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一份量和所述第二份量相同。36.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一類型的碳納米管和所述第二類型的碳納米管相同。37.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一類型的碳納米管和所述第二類型的納米管不同。38.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一性質(zhì)和所述第二性質(zhì)相同。39.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述第一性質(zhì)和所述第二性質(zhì)不同。40.權(quán)利要求33所述的方法，其中所述至少一種第一性質(zhì)和至少一種第二性質(zhì)獨立地選自拉伸強度、楊氏模量、剪切強度、剪切模量、韌性、抗壓強度、壓縮模量、密度、EM波吸收率/反射率、聲學透射比、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。全文摘要一種包括并入碳納米管(CNT)的碳纖維材料的組合物，其包括可纏繞維度的碳纖維材料和并入至碳纖維材料的碳納米管(CNT)。并入的CNT長度一致并且分布一致。并入CNT的碳纖維材料還包括圍繞碳纖維材料貼合地放置的隔離涂層，而CNT基本上沒有隔離涂層。連續(xù)CNT并入方法包括(a)功能化碳纖維材料；(b)在功能化的碳纖維材料上放置隔離涂層；(c)在功能化的碳纖維材料上放置碳納米管(CNT)形成催化劑；以及(d)合成碳納米管，從而形成并入碳納米管的碳纖維材料。文檔編號B82B1/00GK102640573SQ201080054079公開日2012年8月15日申請日期2010年10月13日優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日發(fā)明者H·C·馬里基,M·R·奧伯丁,S·H·加德納,T·K·沙申請人:應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)方案公司