碳管组合结构及其制备方法.pdf

本发明提供一种二维或三维的碳管组合结构及其制备方法。先将天然的或人造的纤维涂布上热稳定性高的涂布材料以生成涂布层于其上，再将如此涂布的纤维组合成想要的组合，然后利用一种媒介来增强组合基体内的涂布纤维彼此间的结合作用力。如此结合与组合的涂布纤维体再被用来制成想要的二维或三维组合结构的空心碳管，以移除纤维并碳化其涂布层及其可能的残余纤维。其中，移除处理及碳化处理则可以先后或同步进行的。

1.  一种装置，其包含：
由多个碳化碳管所组成的组合结构，该组合结构系由下列步骤所制备，其步骤包含：
在多个纤维上涂布一层可被碳化的含碳材料，使其在该多个纤维中的每个纤维上形成涂布层；
组合该涂布后的多个纤维使其形成组合基体；
使用一种或一种以上的接合剂以接合该组合基体；
移除该多个纤维；以及
碳化处理该涂布层及该纤维残渣以形成该含有多个碳化碳管的组合结构。

2.  如权利要求1所述的装置，其中该纤维选自包含单丝、纺纱、织布、无纺布及前述2种或多种纤维的组成。

3.  如权利要求1所述的装置，其中该接合步骤系利用化学材料作为接合剂，其选自包含高分子、寡聚分子、树脂、粘合剂、溶胶、金属氧化物、金属、陶瓷、水泥、环氧树脂及前述2种或多种的混合物。

4.  如权利要求3所述的装置，其中该化学材料系热稳定性高于涂布层材料。

5.  如权利要求3所述的装置，其中该化学材料系热稳定性低于涂布层材料。

6.  如权利要求1所述的装置，其中该接合剂为化学试剂，系能与该涂布层行物理或化学作用，并导致在相邻碳管间产生界面键结构。

7.  如权利要求1所述的装置，其中该接合剂为化学试剂，系能使全部或部分该涂布后的纤维行物理湿润或澎润，而导致该相邻复合纤维之间在接触面上相互黏着或彼此渗入。

8.  如权利要求1所述的装置，其中该接合步骤系利用交联试剂作为接合剂，该接合剂为选自包含过氧化物、氢过氧化物、偶氮化合物、氧化还原起始剂、光起始剂、硫粉及前述2种或多种的接合剂。

9.  如权利要求1所述的装置，其中该接合步骤系利用可被碳化的接合剂。

10.  如权利要求1所述的装置，其中该接合步骤系利用能量束作为接合剂，其中该能量束为选自包含激光、紫外光、可见光、高能量辐射源、伽玛射线、X射线、电子束、或高能量粒子、光子及前述2种或多种的能量束。

11.  如权利要求1所述之装置，其中该接合步骤系使用反应性气氛作为接合剂，其中该反应性气氛为选自包含等离子体、热气流、臭氧及前述2种或多种的气氛。

12.  如权利要求1所述之装置，其中该接合步骤系使用能量通量作为接合剂，其中该能量通量为选自包含微波、红外线、热能及前述2种或多种的能量通量。

13.  如权利要求1所述的装置，其中该接合步骤系更进一步重复使用相同或不同的接合剂。

14.  如权利要求1所述的装置，其中该组合步骤系使用组合方法，其为选自包含堆栈、纺织、针织、网织、梭织、缝纫、针缝、绞合、扭合、绑合、编合、包扎、接合、绳绑、缠合、钉合及前述2种或多种组合方法。

15.  如权利要求1所述的装置，其中该移除步骤和碳化处理步骤系同时进行。

16.  一种组合结构的装置，其包含：
多个碳化碳管，其中该多个碳化碳管包括：
碳化的涂布材料；
碳化的纤维残渣；以及
结合素，系用以结合该多个碳管。

17.  如权利要求16所述的装置，其中该结合素为经过碳化的接合剂。

18.  如权利要求16所述的装置，其中该结合素在该碳管之间的接触表面为界面共价键结构。

19.  如权利要求16所述的装置，其中该结合素在该碳管之间的接触表面提供界面共价键。

20.  如权利要求16所述的装置，其中该结合素提供无机网脉结构，用以维系或结合该碳管的组合结构。

21.  如权利要求16所述的装置，其中该结合素是由该碳化涂布材料所生成互相融合及彼此渗入的界面结构。

22.  如权利要求16所述的装置，其中该碳管的组合结构是棒材或圆柱材，其内含碳管的平均轴向沿该组合结构的轴向排列。

23.  如权利要求16所述的装置，其中该碳管的组合结构为块材或网材。

24.  一种制造碳管的组合结构的方法，其包含下列步骤：
用涂布材料涂布多个纤维，在该纤维上形成涂布层；
将该涂布后的纤维予以组装成组合基体；
使用一种或一种以上的接合剂以接合该组合基体；
移除该纤维；以及
将该涂布层及该纤维的残渣进行碳化处理，以形成该碳管的组合结构。

25.  如权利要求24所述的方法，其中该纤维系选自包含单丝、纺纱、织布、无纺布及前述2种或多种纤维的组成。

26.  如权利要求24所述的方法，其中该接合步骤系利用化学材料作为接合剂，其为选自包含高分子、寡聚分子、树脂、粘合剂、溶胶、金属氧化物、金属、陶瓷、水泥、环氧树脂及前述2种或多种的混和物。

27.  如权利要求26所述的方法，其中该化学材料系热稳定性高于涂层材料。

28.  如权利要求26所述的方法，其中该化学材料系热稳定性低于涂层材料。

29.  如权利要求24所述的方法，其中该接合剂为化学试剂，系能与该涂布层行物理或化学作用，并导致在相邻碳管之间产生界面键结构。

30.  如权利要求24所述的方法，其中该接合剂为化学试剂，系能使全部或部分该涂布后的纤维行物理湿润或澎润，而导致该相邻复合纤维之间在接触面上相互黏着或彼此渗入。

31.  如权利要求24所述的方法，其中该接合步骤系利用交联试剂作为接合剂，该接合剂为选自包含过氧化物、氢过氧化物、偶氮化合物、氧化还原起始剂、光起始剂、硫粉及前述2种或多种的接合剂。

32.  如权利要求24所述的方法，其中该接合剂是可被碳化的接合剂。

33.  如权利要求24所述的方法，其中该接合步骤系利用能量束作为接合剂，其中该能量束为选自包含激光、紫外光、可见光、高能量辐射源、伽玛射线、X射线、电子束、或高能量粒子、光子及前述2种或多种的能量束。

34.  如权利要求24所述之方法，其中该接合步骤系使用反应性气氛作为接合剂，其中该反应性气氛为选自包含等离子体、热气流、臭氧及前述2种或多种的气氛。

35.  如权利要求24所述之方法，其中该接合步骤系使用能量通量作为接合剂，其中该能量通量为选自包含微波、红外线、热能及前述2种或多种的能量通量。

36.  如权利要求24所述的方法，其中该接合步骤系更进一步重复使用相同或不同的接合剂。

37.  如权利要求24所述的方法，其中该组合步骤系使用组合方法，其为选自包含堆栈、纺织、针织、网织、梭织、缝纫、针缝、绞合、扭合、绑合、编合、包扎、接合、绳绑、缠合、钉合及前述2种或多种组合方法。

38.  如权利要求24所述的方法，其中该移除步骤和碳化处理步骤系同时进行。

碳管组合结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳管，特别是一种可以用来制备二维及三维的碳管组合结构的方法。
背景技术
碳管在相关领域上有许多应用性。一般应用于医药研究、半导体、及微电子组件上。在相关领域内已有不少已知的制备碳管的方法，包括碳电极电弧放电法、激光溅射法、凝态电解法、及催化裂解碳氢化合物使其沈积在不同的物质表面上如多孔氧化铝膜、细金属粉末及图案化的钴薄层之上。
碳管的重要功能之一是允许反应物流经它的孔洞，而碳管孔洞的内部表面特性可以进行化学处理来改变它。经化学处理后，可使孔洞内部的表面具有所想要的化学活性，以便选择性的分离或萃取所想要的化合物。此外，亦可在孔洞的内部表面嵌入特定的过渡金属络合物，使其具有催化功能。
而用以制备小尺寸碳管的现有技术的缺点是无法有效地制造开口的空心管子。此缺点大大地限制了碳管内部表面与管内空间的应用性，例如用来选择性的分离与萃取化合物、或做为催化反应器或微反应器等应用。现有技术的另一缺点是无法有效地制备相当长度(即长于1公厘以上)的碳管，且能有效地控制其管壁厚度及内外管径大小。此外，现有技术也无法有效地制备二维或三维组合结构的碳管。上述这些缺点使得碳管在许多重要的实际应用方面，遭受极负面的冲击。
因此，在其相关领域上，我们需要一个能有效制备小尺寸且开口的碳管的方法，并使其具备有相当长度、大范围规则性、及可有效控制的管壁厚度和内外径等特性。此外，我们也需要一个有效的方法，可以制备二维或三维组合结构的碳管，进而得以设计与制成实际的碳管成品与组件。
发明内容
本发明提供一种碳管装置(device)，其包含由多个碳化碳管所组成的二维或三维的组合结构(assembled structure)，其内含：
碳化的涂布材料、碳化的纤维残渣及一种结合素(binding element)用以结合该多个碳管。
本发明亦提供一种制造碳管及其组合结构的方法，其步骤如下：
将多个天然或合成纤维涂布上一种涂布材料，此多个纤维可为加热、溶剂或化学等处理、或以上的组合方法所移除；将多个涂布后的纤维组装成组合基体(assembled matrix)使其具有所想要的形状“及/或”组态(configuration)；将组合基体以接合剂(binding agent)予以接合，此接合剂可与涂布材料行化学或物理作用而增强涂布后的纤维或后续衍生的碳管彼此间的结合力；将其纤维予以全部或部份移除，并碳化其涂布层及任何所剩余的纤维残渣。
根据本发明中的优选具体实施方式，先提供一种可以被加热移除的高分子纤维及一种热稳定性较此高分子纤维为高的材料；将高分子纤维以此热稳定性较高的材料涂布；经碳化处理将涂布材料碳化并移除高分子纤维；由此制得碳管“及/或”其二维或三维的组合结构。
附图说明
本发明的其它特色与优点，可以通过以下的文字叙述并配合所附的图示予以彰显，在所有例举图中，类似的图式则代表相似的含义。本发明的图示除非特别说明，否则并非按实际比例为的，其目的仅供举例说明本发明的参考。在下图中：
图1是流程图用以例举本发明。
图2是流程图用以例举本发明的特殊具体实施例。
图3为本发明可用的涂布材料I-VIII。
图4为本发明可用的涂布材料IX-XIV。
图5为本发明可用的涂布材料XV-XX。
图6为本发明可用的涂布材料XXI-XXIV。
图7为电子扫描显微图，用以展示由本发明所制得的碳管的圆柱状组合基体的剖面图。
符号说明
101提供纤维的步骤             104组合涂布后纤维的步骤
102提供涂布材料的步骤         105接合纤维组合基体的步骤
103涂布纤维的步骤             106移除纤维及碳化涂布层的步骤
具体实施方式
兹举例详述本发明中本发明人目前所认知的最佳模式的具体实施例。至于其它可行的具体实施例，亦一并在此描述的。
图1是为举例说明本发明具体实施方法的流程图。在步骤101中提供多个天然或合成纤维；在步骤102中提供涂布材料；在步骤103中将涂布材料涂布于纤维上；在步骤104中将上述涂布后地复合纤维(其具有“涂布层/核心纤维”(coating/core)的组态)组装成具有特定形状与组态的组合基体(matrix)；在步骤105中将组装好的组合基体以接合剂进行接合；在步骤106中，将组装及接合后的组合基体内的纤维移除并碳化其涂布材料。由此可制得一个具有二维或三维的碳管组合结构。在组合结构中的碳管，其管径大小及管壁厚度可以经由掌控核心纤维的管径及涂布层的厚度来分别控制。此一组装与结合态的组合基体内的纤维，在步骤106中可以利用加热、溶解、化学处理、或其组合方法予以移除。其中优选的方式是以加热法移除其核心纤维。而优选的涂布材料(见步骤102)为热稳定性较核心材料为优选。
图2是为举例说明本发明的一种特定具体实施例的流程图。在步骤201中提供了多个可以被热移除的高分子纤维、例如聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate；PET)。以PET纤维作为涂布层的成长模板用来制成涂布态的纤维。任何可被热移除的天然或合成纤维都可被当做成长模板，适用的天然纤维包括蚕丝、棉花、纤维素纤维、植物纤维、羊毛及毛发等，而适用的合成纤维则可由热塑性与热固性高分子来制得。在此所援用的多个纤维可以任何物理形态呈现，如单丝(monofilaments)、纺纱(yarns)、织布(woven cloth)、无纺布(non-woven fabric)、或是经事先加工成形的二维或三维的纤维组合基体。事实上，热塑性或热固性高分子亦可被用作为涂布层的材料、唯所选用的高分子涂布材料的热稳定性应较其核心纤维为高。其它适用的热稳定型涂布材料，亦可选自具有主链共轭性的高分子等。
将共轭性高分子如聚吡咯(polypyrrole，PPy)在多个PET纤维的表面上长成涂布层，可制得多个如PPy/PET的复合纤维(步骤202)。任何其它材料例如有机高分子、只要其热稳定性较所欲援用的核心纤维(如PET)为高，便可被用作为涂布材料。在本具体实施例中，共轭性导电高分子或聚丙烯腈(polyacrylonitrile)为优选的涂布材料。本具体实施例中所选用的共轭性高分子可以是中性的未掺杂态(即非导电态)，或是具有不同掺杂程度的导电性掺杂态。
本发明适用于任何能制成具有“涂布层/核心纤维”结构的复合纤维的方法，包括共-挤压射出成型、涂布、及铸造等。具有类似“涂布层/核心纤维”结构的复合纤维也可由单一材料成份的纤维来制备，其前提是此纤维必须先接受一些化学“及/或”物理前处理，譬如以辐射处理来引发其表层产生交联反应，来改变表层的物理或化学性质，以便于利用后续处理、如加热或溶解等方法，将其核心部分进行选择性的移除。在PET上形成涂布层的方法包括：反应涂布法、溶剂涂布法、浸泡涂布法、浇铸涂布法、熔融涂布法、喷撒涂布法、旋转涂布法、毛刷涂布法、热蒸镀涂布法等等。在本具体实施例中优选利用反应涂布法制备复合纤维。譬如，制备含有聚吡咯涂布层的PET复合纤维的方法，是将PET纤维放入含有吡咯(其为聚吡咯涂布层的单体)及聚合起始剂的反应液中。PPy的涂布是先将PET纤维悬浮在含有2当量质子酸、如对-甲苯磺酸(toluene-p-sulfonic acid)的吡咯水溶液中，再将氧化剂如三氯化铁(ferric chloride)或过硫酸铵(ammoniumpersulfate)等加入此溶液中来引发吡咯的聚合反应，由此可在PET的表面生成均匀而深黑色的PPy涂布层而制得PPy/PET复合纤维。至于PPy涂布层的厚度则可通过改变反应液中吡咯的浓度“及/或”其反应涂布的次数来控制的。
本发明可使用任何能诱发氧化性聚合的氧化剂，至于其本质则可依所用的单元体而有多样性的变化。以下列举本发明中可用的氧化剂包括：过硫酸铵、过硫酸钾(potassium persulfate)、过硫酸钠(sodium persulfate)、重铬酸钠(sodium dichromate)、高锰酸钾(potassium permanganate)、铬酸(chromicacid)、过氧化氢(hydrogen peroxide)、三氯化铁、重铬酸钾(potassiumdichromate)等等。
至于其它种类的化学试剂，只要其能起始或诱发高分子聚合者皆可用的。其本质可依所用的单元体而有极多样性的变化。本发明中可用的化学试剂，包括任何试剂或起始剂其能起始或诱发单元体经由阳离子、阴离子、自由基(或它们的组合)、或文献上任何已知的中间体等来进行聚合反应者。其它有效的反应媒介或化学试剂则包括光照、加热、氧气、空气、湿气、或是含过渡金属的催化剂等。
具有“涂布层/核心纤维”组态的复合纤维也可由溶液涂布法制得。如用此法，则是利用高分子材料的溶液来制得涂布层。譬如：以PET为核心纤维材料及聚丙烯腈为涂布层材料的复合纤维，可由溶液涂布法将PET浸泡于聚丙烯腈的二甲基亚砜(dimethylsulfoxide，DMSO)溶液中，经在空气中或持续真空下干燥以制得所欲的复合纤维。至于涂布层的厚度则可由聚丙烯腈溶液的浓度、浸泡的速度、及浸泡处理的次数等方式来控制的。
在步骤203中，将涂布后的纤维进行再结合及组装成想要的二维或三维的组合基体。任何组装的方法、工具、或方式皆可用的，只要其可以将一个以上的单纤维(filaments)结合在一起，如堆栈(packing)、纺织(weaving)、针织(knitting)、网织(netting)、梭织(threading)、缝纫(sewing)、针缝(stitching)、绞合(stringing)、扭合(wiring)、绑合(tying)、编合(braiding)、包扎(wrapping)、接合(binding)、绳绑(fastening)、缠合(winding)或钉合(stapling)等等。例如首先将PET纱线(每条纱线约含20-30根单丝)利用反应聚合涂布方式涂布聚吡咯然后将上百条涂布后的PET纱以PET纤维绑成组装的纤维束，内含有数千条复合纤维的单丝，其纤维的平均轴线大致沿着纤维束的长轴方向彼此平行堆栈在一起。或者，将每10或20条涂布的PET纱先绑成较小的纤维束，然后将数十根的小纤维束绑成较大的纤维束。又例如，将PET布先利用反应涂布法涂布上聚吡咯，然后将数十个涂布后的PET布钉合或缝纫成一种事先设计好的多层结构。
在步骤204中，将上述组装好的涂布纤维组合基体再以接合剂(bindingagent)接合，以强化复合纤维彼此间的结合强度(binding strength)。任何接合剂皆可用的，只要它能够与复合纤维的涂布层进行物理或化学作用并在最终的碳管组合结构中产生结合素(binding element)即可。此一结合素可以增加相邻碳管间的作用力并强化最终碳管组件的机械强度。有用的接合剂可以是一种化学材料，如寡聚分子(oligomers)、高分子(polymers)、树脂(resins)、粘合剂(adhesives)、溶胶-凝胶(sol gels)、金属氧化物(metal oxides)、金属(metals)、陶瓷(ceramics)、水泥(cements)、环氧树脂(epoxy resins)、或是上述的组合。例如，上述的PPy/PET复合纤维的组合束，可以高分子接合剂如聚丙烯腈的溶液来浸泡，经抽真空干燥后，此一组合基体内的复合纤维则被聚丙烯腈所涂布并接合在一起。又例如，上述组装的PPy/PET复合纤维布，可以环氧树脂粘合剂接合成一多层结构使的嵌于环氧树脂的中。其它种类的热塑性或热固性高分子亦是有用的接合剂。这些组装及接合后的复合纤维组合基体，也可以先被裁成所需的大小或形状后，再行后续的处置步骤。在后续碳化处理后，这些组装及接合的复合纤维组合基体便可生成合适大小与形状的碳管组合结构，其机械强度因结合素的生成而有所增强，此有助于强化相邻碳管间的粘合力。在这些例子中，有效的结合素是存在界面间的碳化物(interfacial carbonized products)，其是由高分子接合剂经碳化后所产生的。类似的结合素也可利用其它种类的含碳分子或材料为接合剂而制得。
其它种类的有用接合剂包括那些化学试剂(chemical reagents)能与涂布层行物理或化学作用，让复合纤维的表面官能化，并导致在相邻复合纤维间或其后续形成的碳管间，产生界面共价键结合作用。在此状况下，其结合素则为接触面上的界面共价键结合构(interfacial covalent bondingstructures)。符合此特性化学试剂中较特殊的一类为各式各样的交联试剂(crosslinking reagents)，如过氧化物(peroxide)、氢过氧化物(hydroperoxide)、偶氮化合物(azo compound)、氧化还原起始剂(redox initiator)、光起始剂(photoinitiator)、硫粉(sulfur)、或上述试剂的组合。
有用的接合剂也可以是一种能量束(energy beam)，如激光(laser)、紫外光(ultraviolet light)、可见光(visible light)、光子(photons)、或高能量辐射源(high energy radiations)如伽玛射线(γ-ray)、X射线(x-ray)、电子束(electrons)、或高能量粒子(high speed particles)、或是一种反应性气氛如等离子体(plasma)、自由基(radical)、热气流(hot air)或臭氧(ozone)，只要此处理后，便可以在相邻复合纤维间生成界面共价键结合作用。此情况下，存在于最终碳管组合结构中相邻碳管间之结合素，将为界面共价键或键结构(interfacial covalent bonds or bonding structures)。
其它种类的有用接合剂可包含化学试剂(如小分子化合物(smallmolecule chemicals)、寡聚分子(oligomers)、溶剂(solvents)、表面活性剂(surfactants)、澎润剂(swelling agents)等等)其可以使全部的或部分的涂布后的纤维行物理湿润或澎润，而导致相邻复合纤维彼此间在接触面上相互粘合或渗透(sticking to or interpenetrating into each other)。其它种类有用的接合剂可以是一种能量通量(energy flux)，如微波(microwave)、红外线(infraredradiation)、或热能(heat)，只要其足以熔化或软化复合纤维的表面，而导致相邻复合纤维接触面间的表面互混或表面互渗。如此互混或互渗的接触面，在碳化处理后会生成一种互相融合及共价键结合的表面结构(a fused andcovalently bonded interfacial structures)，而变为碳化后的碳管组合结构的结合素。
有用的接合剂亦可包括无机分子或化合物或材料，只要它最终所生成的结合素，可用来增进相邻碳管间的结合能力并强化所得碳管结构的机械强度。在此状况下，其结合素是一种由无机接合剂转化而来的表面无机网脉结构(interfacial inorganic network structure)。相似的，有机金属化合物或材料也可被援用，只要它们能在最后的碳管组合结构中产生一种结合素。
当化学试剂或材料被用做接合剂时，它们可以是各种不同的物理形式，如溶液、熔融液、纯液体、蒸气、乳胶、乳液、分散液、悬浮液、粉末、凝胶、膏等等。至于所援用化学材料的热性质并无特定限制，基于不同的需求与目的，其热性质可有广泛的变化范围。如果所用的化学材料的热稳定度较涂布材料低时，所制得的碳管组合结构便会含有较少量的结合素。推至极致时，其所制得的碳管组合结构主要是由个别清楚成形的碳管，彼此在接触面上以上述的界面结合素相互接合或连结。如果所用的化学材料的热稳定性较涂布材料为高时，则所制得的碳管组合结构将含有相对高量的结合素。推至极致时，其所制得的碳管组合结构，则为个别成形的碳管埋在所得结合素的组合基体(matrix)中。
此外，多于一种以上的接合剂或接合步骤，可以依需求而被同时或先后(concurrently or sequentially)使用的。譬如，可以先将组装好的复合纤维，以化学接合剂如自由基起始剂的溶液予以浸泡，然后再以紫外光或可见光曝光，或以加热处理来引发自由基的生成，进而在复合纤维的接触面上形成界面共价键结合。这些界面共价键不仅可以转化成为最终碳管组合结构内的结合素，它们还可能促进其周遭区域参与界面结合，因而扩大结合素的大小“及/或”数量。又例如，在接合步骤中，可以将涂布后的纤维，先用溶胶凝胶法涂布上金属氧化物材料层，然后再以无电镀(electroless plating)或电镀制程将其镀上金属材料层。在此情况下，最终所得的碳管组合结构，则可含有多于一种以上的结合素。
根据步骤205，经过碳化处理后可得含有多个碳管的二维或三维组合结构(assembled structure)。上述经组装及接合后的组合基体(assembled andbound matrix)中所含的PPy/PET复合纤维经由热处理移除PET纤维后而生成碳管。其它的物理“及/或”化学处理方法(譬如通过溶剂溶解)亦可适用、只要其足以完全或局部将核心纤维从复合纤维中移除。经碳化处理后可制成一具有相当长度(可长达数公分)的碳管，且拥有可调控的管壁厚度(其分布范围从小于100纳米(nm)到大于数十微米以上)及管径大小(介于1～100微米的间)。
本发明所使用的物理“及/或”化学处理可以是单一步骤或是一系列的组合步骤，只要其中至少有一步骤足以全部或局部地移除核心纤维、将组合基体(assembled matrix)中的复合纤维转变成管形材料，且至少有一步骤可将复合纤维碳化形成高含碳量的材料。在本特定实施例中，是先利用热或溶剂处理复合纤维的组合基体，再通过加热碳化所余的复合纤维材料以形成碳管组合基体，其内的多个碳管则含有碳化后的涂布材料、碳化后的核心纤维残渣(fiber residue)、及结合素(binding element)。此结合素则是由先前的结合处置(binding treatment)所直接或间接衍生者。正如上面举例所言，此结合素的本质可有极大的多样性，取决于先前所援用的接合剂“及/或”接合处置步骤。
就热处理而言，核心纤维材料可利用熔化、升华、蒸发、裂解、或前述的任何物理“及/或”化学转化的组合方式予以移除。本发明的特定实施例中，复合纤维(PPy/PET)的组合基体至少被加热到高于核心纤维的熔解或裂解温度以上。热处理的过程可以在任何的气体环境下操作，只要复合纤维不至于被完全移除。该气体压力可以大于或小于1大气压，视不同种类的复合纤维所需制程条件而定。优选的热处理方式是在惰性气体(譬如氮气、氩气、氦气、氖气、或上述的混合气体)下进行。热处理也可在真空条件下进行，而活性气体譬如空气、氧气等，亦可和上述气体或真空来混合使用，只要该处理条件可以强化涂布层的热稳定性或是促进核心纤维的热裂解。譬如，以PET为核心材料及聚丙烯腈为涂布层的复合纤维，可先于空气中在200～300℃下进行前处理以提高聚丙烯腈涂布层的热稳定性，然后在氮气环境下进行更高温的热处理以移除PET核心材料，同时碳化经氧处理过的聚丙烯腈涂布层。
本发明的特定实施例中，系将上述由数千根单丝(filament)PPy/PET复合纤维所组成的组合纤维束(assembled fibrous bundle)于聚丙烯腈溶液中浸泡过夜，经抽真空干燥后，将此经聚丙烯腈接合后的纤维束切成约1公分长的圆柱体，然后在氮气流速为每分钟5公升的条件下，以每分钟10℃的升温速度由室温升至1000℃，并在1000℃停留3至24小时，由此制得的碳化圆柱体，内含有数千根碳管其主轴大致上彼此平行。或者可以将上述的圆柱体先在200-300℃的空气下预热约30分钟后再进行后续的碳化反应。由此两种方法皆可制得碳管组合基体的圆柱材(cylinder)或棒材(rod)，其机械强度远比松散堆栈或个别的碳管来得坚强。同样的，前述经环氧树脂粘合剂接合后的“聚吡咯/PET”多层布，经碳化处理后则可制得高机械强度的碳管组合基体的块材(plate)或网材(mesh)。由这些高机械强度的碳管组合基体所制得的成品或组件，其耐用性已大幅提高，此性能对任何长时间性的应用皆极为重要。
本发明使得二维或三维碳管组合结构的制造变成可行，让实际应用上碳管组件或成品实体的设计与制造更为简便可行。应用本发明的技术便可轻易制得长达数十公分以上的二维或三维的碳管组合结构，同时可以大大增强其机械性能。如此大范围、高规则性排列、及高机械强度的碳管结构，是极难由制备小尺寸碳管的传统方法来取得。
根据本发明所制成的微米尺寸碳管，因具有较大的管内径，可以让反应试剂轻易的流过其孔洞。当内径表面经过化学处理活化而带有特定的亲和力后，则可用来选择性的分离(或萃取)化合物。特定用途的金属络合物(其大小通常大于2～3纳米(nm))可以轻易的被嵌在微米碳管的内径表面而授予此管特定的催化功能。微米碳管微反应器因具有较大的管内径，使其产能最佳化更易达成。
根据本发明所制成的碳管，其管长、管壁厚度、及管径大小皆可被控制的。碳管的长度可控制在任何所想要的长度，其范围从小于1纳米到数十公分以上。值得注意的是其管长并没有特定的上限，只要在该情况下其核心材料可以被热处理或溶剂处理有效地移除。
根据本发明所制成的碳管，其管壁厚度可通过复合纤维涂布层的厚度来控制的。由本发明所得到的管壁厚度可以是任何所想要的尺寸，其分布范围从小于50纳米至大于数百微米以上。壁厚小于50纳米的碳管也可以利用本发明的方法来制备的，即只要援用管径约小于1微米的核心纤维即可。特别须注意的是，所形成碳管的壁厚在此并无特定的上限或下限，完全依据特定用途的需求而决定。
根据本发明所制得的碳管，其管径大小可通过核心纤维的直径来控制的。任何所想要的管径，可通过选择所援用的特定天然或合成核心纤维的管径大小来取得。由本发明所得的管径可以是任何所需的尺寸，其分布范围从小于1微米到大于数百微米。特别须注意的是，所能制得的管径并没有特定的上限，将依所援用核心纤维的特定材料及特定应用项目的需求而定。
虽然根据本发明所制得的碳管具有高含碳量，但其组成并不只局限于碳元素，其它元素亦可共存于碳管中。共存元素的含量及种类可以有广泛的变化性，依所使用材料及形成碳管所采用的处理过程而定。根据本发明所制得的碳管其优选的含碳量约等于或大于40至60的重量百分比(wt％)。含碳量等于或大于50-70wt％，60-80wt％，及70-90wt％的碳管亦可利用本发明的方法来制备的。
根据本发明所制得的碳管其碳的结晶相可依所使用的材料及热处理的方法而有广泛的变化性。碳材料的结晶相可以是非结晶态、结晶态、非平面性石墨相(turbostratic)、石墨相、或上述任何结晶相的组合。
根据本发明所制得的碳管可应用于任何其它碳管所能适用的用途上。有用的应用实例包括：场效电子发射器、纳米或微米导线、纳米或微米尺寸的化学探针、天然气储存器、催化剂微反应器、及生化传感器。碳管亦可做为锂电池、燃料电池、电化学电池、以及电容器的碳电极。除此的外，碳管也是十分有用的增强材料。特别值得注意的是，微米尺寸碳管因具有较大的管径，使得内径表面的改质，可以被很有效地执行。当管内径表面经由化学处理活化后，则可用来选择性的分离(或萃取)一些有趣的化合物。
A.列举可用的热塑性与热固性高分子
列举本发明中可用做核心纤维及涂布材料的有机高分子为热塑性与热固性高分子。本发明中可使用的热固性高分子可有多样性的变化，以下列举有用的热固性高分子：由多元酸(polybasic acid)如苯二甲酸(phthalic)及多元醇(polyhydric alcohol)如乙二醇(glycol)的酯化反应中得到的醇酸树脂(alkyds)；由邻苯二甲酸二烷基酯(dialkyl phthalate)、间苯二甲酸二烯丙酯(dialkyl isophthalate)、马来酸二烷基酯(dialkyl maleate)等这些化合物聚合所得的丙烯基树脂(allylics)；由甲醛(formaldehyde)与其它化合物如三聚氰胺(melamine)、尿素(urea)、苯胺(aniline)、乙烯尿素(ethylene urea)、磺酰胺(sulfonamide)及氰基胍(dicyanodiamide)等的加成反应中所得的胺基树脂(amino resins)；环氧树脂(epoxies)比如环氧酚酚醛树脂(epoxy phenol novolakresins)、双酚A二环氧甘油醚(diglycidyl ethers of bisphenol A)及脂环式环氧化合物(cycloaliphatic epoxies)等等；酚类树脂(phenolics)譬如由有取代基及未含取代基的酚类化合物如甲酚(cresol)或酚(phenol)等与醛类化合物(aldehyde)如甲醛(formaldehyde)或乙醛(acetaldehyde)等反应所得的树脂；聚酯类(polyesters)；有机硅树脂(silicones)；以及由聚异氰酸酯(polyisocyanate)如2，6-甲苯二异氰酸酯(2，6-tolylene diisocyanate)、2，4-甲苯二异氰酸酯(2，4-tolylene diisocyanate)、4，4-二甲苯二异氰酸酯(4，4-diphenylmethanediisocyanate)、或1，6-己二异氰酸酯(1，6-hexamethylene diisocyanate)等异氰酸类化合物与多元醇(polyol)类化合物如聚醚多元醇(polyether polyol)、三羟甲基丙烷(trimethylol propane)、1，2，6-己三醇(1，2，6-hexanetriol)、2-甲基苷(2-methyl glycoside)、季戊四醇(pentaerythitol)、聚(1，4-丁二醇)(poly(1，4-tetramethylene ether))、山梨醇(sorbitol)、或蔗糖(sucrose)等多元醇类化合物，或那些由己二酸(adipic acid)、苯二甲酸(phthalic acid)、或其它羧酸类(carboxylic acids)化合物与过量的双官能基醇类如乙二醇(ethyleneglycol)、二乙二醇(diethylene glycol)、丙二醇类(propanediols)、或丁二醇类(butanediols)等经酯化(esterification)反应所得的聚酯多元醇(polyesterpolyol)，相互反应所得的氨基甲酸乙酯(urethanes)树脂等。
本发明中可使用的热塑性高分子可有多样性的变化，以下列举本发明可用的热塑性高分子，包括有聚酯(polyesters)例如：聚乙醇酸(poly(glycolicacid))、聚琥珀酸乙二醇酯(poly(ethylene succinate))、聚己二酸乙二醇酯(poly(ethylene adipate))、聚己二酸丁二醇酯(poly(tetramethylene adipate))、聚壬二酸乙二醇酯(poly(ethylene azelate))、聚癸二酸乙二醇酯(poly(ethylenesebacate))、聚己二酸癸二醇酯(poly(decamethylene adipate))、聚癸二酸癸二醇酯(poly(decamethylene sebacate))、聚(1，2-二甲基丙内酯)(poly(1，2-dimethylpropiolactone))、聚三甲基乙酰基内酯(poly(pivaloyllactone))、聚对羟苯甲酸酯(poly(para-hydroxybenzoate))、聚羟苯甲酸乙二醇酯poly(ethylene oxybenzoate)、聚间苯二甲酸乙二酯(poly(ethyleneisophthalate))、聚对苯二甲酸乙二酯(poly(ethylene terephthalate))、聚对苯二甲酸癸二醇酯(poly(decamethylene terephthalate))、聚六亚甲基对苯二甲酸酯(poly(hexamethylene terephthalate))、对苯二甲酸聚环己烷二甲醇酯(poly(1，4-cyclohexane dimethylene terephthalate))、聚1，5-萘二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene-1，5-naphthalate))、聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene-2，6-naphathalate))、聚对苯二甲酸-1，4-环亚己基二甲醇酯(poly(1，4-cyclohexylidene dimethylene terephthalate))等等；聚酰胺(polyamides)例如：尼龙-4(nylon 4)、尼龙-6(nylon 6)、尼龙-7(nylon 7)、尼龙-8(nylon 8)、尼龙-9(nylon 9)、尼龙-10(nylon 10)、尼龙-11(nylon 11)、尼龙-12(nylon 12)、尼龙-6，6(nylon 6，6)、尼龙-7，7(nylon 7，7)、尼龙-8，8(nylon 8，8)、尼龙-6，10(nylon6，10)、尼龙-9，9(nylon 9，9)、尼龙-10，9(nylon 10，9)、尼龙-10，10(nylon 10，10)、聚(间-二甲苯己二酰胺)(poly(m-xylene adipamide)、聚(对-二甲苯癸二酰胺)(poly(p-xylene sebacamide))、聚三甲基六亚甲基对苯二甲酰(poly(2，2，2-trimethylhexamethylene terephthalamide))、聚(哌嗪癸二酰胺)(poly(piperazine sebacamide))、聚(间亚苯基间苯二甲酰胺)(poly(meta-phenylene isophthalamide))(Nomex)、聚对亚苯基对苯二甲酰胺(克文)(poly(p-phenylene terephthalamide))(Kevlar)等等；聚碳酸酯(polycarbonates)如：聚(甲烷双4-苯基碳酸酯)(poly[methanebis(4-phenyl)carbonate])、聚(1，1-乙烷双4-苯基碳酸酯)(poly[1，1-ethanebis(4-phenyl)carbonate])、聚(2，2-丙烷双(4-苯基)碳酸酯)(poly(2，2-propanebis-(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-丁烷双(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-butanebis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-(2-甲基丙烷)双(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-(2-methylpropane)bis(4-phenyl)carbonate))、聚(2，2-丁烷双4-苯基碳酸酯)(poly[2，2-butane bis(4-phenyl)carbonate])、聚(2，2-戊烷双(4-苯基)碳酸酯)(poly(2，2-pentane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(4，4-庚烷双(4-苯基)碳酸酯)(poly(4，4-heptane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-(1-苯基乙基)双(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-(1-phenylethane)bis(4-phenyl)carbonate))、聚(二苯基甲基双(4-苯基)碳酸酯)(poly(diphenylmethane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-环戊基双(4-苯基)碳酸酯)(poly(1，1-cyclopentane bis(4-phenyl)carbonate))、聚(1，1-环己基双4-苯基碳酸酯)(poly[1，1-cyclohexane bis(4-phenyl)carbonate])、聚(硫基双(4-苯基)碳酸酯)(poly(thio bis(4-phenyl)carbonate))、聚(2，2-丙基双(4-(2-甲基苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propane bis(4-(2-methylphenyl))carbonate))、聚(2，2-丙基双4-(2-氯苯基)碳酸酯)(poly[2，2-propanebis-[4-(2-chlorophenyl)]carbonate])、聚(2，2-丙基双(4-(2，6-二氯苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propane bis(4-(2，6-dichlorophenyl))carbonate))、聚(2，2-丙基双(4-(2，6-二溴苯基))碳酸酯)(poly(2，2-propanebis(4-(2，6-dibromophenyl))carbonate))、聚(1，1-环己基双(4-(2，6-二氯苯基))碳酸酯)(poly(1，1-cyclohexane bis(4-(2，6-dichlorophenyl))carbonate))等等；由α，β-不饱和(α，β-unsaturated)单体行聚合反应所制得的聚合物如聚乙烯(polyethylene)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)、聚丙烯(polypropylene)、聚(1-丁烯)(poly(1-butene))、聚(3-(甲基-1-丁烯))(poly(3-methyl-1-butene))、聚(1-戊烯)(poly(1-pentene))、聚(4-甲基-1-戊烯)(poly(4-methyl-1-pentene))、聚(1-己烯)(poly(1-hexene))，聚(5-甲基-1-己烯)(poly(5-methyl-1-hexene))，聚(1-十八烯)(poly(1-octadecene))、聚异丁烯(polyisobutylene)、聚异丙烯(poly(isoprene))、1，2-聚(1，3-丁二烯)(全同立构)(1，2-poly(1，3-butadiene)(isotatic))、1，2-聚(1，3-丁二烯)(间同的)(1，2-poly(1，3-butadiene)(syndiotatic))、聚苯乙烯(polystyrene)、聚(α-甲基苯乙烯)(poly(α-methylstyrene))、聚(2-甲基苯乙烯)(poly(2-methylstyrene))、聚(4-甲基苯乙烯)(poly(4-methylstyrene))、聚(4-甲氧基苯乙烯)(poly(4-methoxystyrene))、聚(4-苯基苯乙烯)(poly(4-phenylstyrene))、聚(3-苯基-1-丙烯)(poly(3-phenyl-1-propene))、聚(2-氯苯乙烯)(poly(2-chlorostyrene))、聚(4-氯苯乙烯)(poly(4-chlorostyrene))、聚氟乙烯(poly(vinyl fluoride))、聚氯乙烯(poly(vinyl chloride))、聚溴乙烯(poly(vinylbromide))、聚偏氟乙烯(poly(vinylidene fluoride))、聚偏氯乙烯(poly(vinylidenechloride))、聚四氟乙烯(特弗龙)(poly(tetrafluoroethylene)(Teflon))、聚三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))、聚(乙烯基环戊烯)(poly(vinylcyclopentane))、聚(乙烯基环己烯)(poly(vinyl cyclohexane))、聚α-乙烯萘(poly(α-vinyl naphthalene))、聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol))、聚乙烯甲基醚(poly(vinyl methyl ether))、聚乙烯乙基醚(poly(vinyl ethyl ether))、聚乙烯丙基醚(poly(vinyl propyl ether))、聚乙烯异丙醚(poly(vinyl isopropyl ether))、聚乙烯丁基醚(poly(vinyl butyl ether))、聚(乙烯基异丁基醚)(poly(vinyl isobutylether))、聚(乙烯基-2-丁基醚)(poly(vinyl sec-butyl ether))、聚(乙烯基-3-丁基醚)(poly(vinyl tert-butyl ether))、聚(乙烯基己基醚)(poly(vinyl hexyl ether))、聚(乙烯基辛基醚)(poly(vinyl octyl ether))、聚(乙烯基甲基酮)(poly(vinylmethyl ketone))、聚(甲基异丙基酮)(poly(methyl isopropenyl ketone))、聚(甲酸乙烯酯)(poly(vinyl formate))、聚乙酸乙烯酯(poly(vinyl acetate))、聚丙酸乙烯酯(poly(vinyl propionate))、聚氯乙酸乙烯酯(poly(vinyl chloroacetate))、聚(三氟醋酸乙烯酯)(poly(vinyl trifluoroacetate))、聚(苯甲酸乙烯酯)(poly(vinylbenzoate))、聚2-乙烯吡啶(poly(2-vinyl pyridine))、聚乙烯吡咯酮(poly(vinylpyrrolidinone))、聚乙烯咔唑(poly(vinyl carbazole))、聚丙烯酸(poly(acrylicacid))、聚丙烯酸甲酯(poly(methyl acrylate))、聚丙烯酸乙酯(poly(ethylacrylate))、聚(丙烯酸丙酯)(poly(propyl acrylate))、聚(丙烯酸异丙酯)(poly(iso-propyl acrylate))、聚(丙烯酸丁酯)(poly(butyl acrylate))、聚(丙烯酸异丁酯)(poly(isobutyl acrylate))、聚(丙烯酸-第二丁酯)(poly(sec-butylacrylate))、聚(丙烯酸-第三丁酯)(poly(tert-butyl acrylate))、聚甲基丙烯酸(poly(methacrylic acid))、聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸乙酯)(poly(ethyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸丙酯)(poly(propylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸异丙酯)(poly(isopropyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸丁酯)(poly(butyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸异丁酯)(poly(isobutyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸-第二丁酯)(poly(sec-butylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸-第三丁酯)(poly(tert-butyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸-2-乙基丁酯)(poly(2-ethylbutyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸己酯)(poly(hexyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸辛酯)(poly(octyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸十二酯)(poly(dodecyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸十八酯)(poly(octadecyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸苯酯)(poly(phenylmethacrylate))、聚(甲基丙烯酸甲苯酯)(poly(benzyl methacrylate))、聚(甲基丙烯酸环己酯)(poly(cyclohexyl methacrylate))、聚(氯基丙烯酸甲酯)(poly(methyl chloroacrylate))、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚甲基丙烯腈(polymethacrylonitrile)、聚丙烯酰胺(polyacrylamide)、聚氮-异丙基丙烯酸胺(poly(N-isopropylacrylamide))等等；聚二烯(polydienes)例如：聚1，3-丁二烯(顺式)(poly(1，3-butadiene)(cis))、聚1，3-丁二烯(反式)(poly(1，3-butadiene)(trans))、聚1，3-丁二烯(混合)(poly(1，3-butadiene)(mixt.))、聚1，3-戊二烯(反式)(poly(1，3-pentadiene)(trans))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(顺式)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(cis))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(反式)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(trans))、聚2-甲基-1，3-丁二烯(混合)(poly(2-methyl-1，3-butadiene)(mixt.))、聚2-第三丁基-1，3-丁二烯(顺式)(poly(2-tert-butyl-1，3-butadiene)(cis))、聚2-氯-1，3-丁二烯(反式)(poly(2-chloro-1，3-butadiene)(trans))、聚2-氯-1，3-丁二烯(混合)(poly(2-chloro-1，3-butadiene)(mixt.))等等；聚环氧类(polyoxides)例如：聚甲醛(poly(methylene oxide))、聚环氧乙烷(poly(ethylene oxide))、聚(环氧丁烷)(poly(tetra-methylene oxide))、聚(乙烯醇缩甲醛)(poly(ethylene formal))、聚(四亚甲基缩甲醛)(poly(tetra-methylene formal))、聚乙醛(polyacetaldehyde)、聚环氧丙烷(poly(propylene oxide))、聚(环氧己烷)(poly(hexene oxide))、聚(环氧辛烷)(poly(octene oxide))、聚(环氧-反-2-丁烷)(poly(trans-2-butene oxide))、聚氧化苯乙烯(poly(styrene oxide))、聚(环氧-3-甲氧基丙烷)(poly(3-methoxypropylene oxide))、聚(环氧-3-丁氧基丙烷)(poly(3-butoxypropylene oxide))、聚(环氧-3-己氧基丙烷)(poly(3-hexoxypropylene oxide)、聚(环氧-3-苯氧基丙烷)(poly(3-phenoxy-propylene oxide))、聚(环氧-3-氯丙烷)(poly(3-chloropropylene oxide))、聚(3-环氧-2，2-双(氯甲基)-三甲烷)(氯化聚醚)(poly[2，2-bis(chloromethyl)-trimethylene-3-oxide])(penton)、聚2，6-二甲基-1，4-苯醚(聚苯醚)(PPO)(poly(2，6-dimethyl-1，4-phenylene oxide)(PPO))、聚2，6-二苯基-1，4-苯醚(Texax，P30)(poly(2，6-diphenyl-1，4-phenyleneoxide)(Texax，P30))等等；聚硫化物(polysulphides)如：聚亚丙基硫化物(poly(propylene sulphide))、聚苯硫醚(poly(phenylene sulphide))等等、及聚砜类(polysulfones)如聚(4，4′-异亚丙基二苯氧基双(4-亚苯基)砜)(poly[4，4′-isopropylidene diphenoxy di(4-phenylene)sulphone])、改性聚苯醚(noryl)等，或上述种种高分子及树脂的混合物等。
本发明优选的具体实施例中，有用的有机高分子是热塑性单一聚合物或共聚物。优选的热塑性聚合物有尼龙(nylons)、聚酯(polyesters)、聚碳酸酯(polycarbonates)、聚α-烯烃(poly(α-olefins))、丙烯酸类(acrylics)、甲基丙烯酸类(methacrylics)、含有取代基及未含取代基聚丁二烯类(polybutadienes)、聚卤化乙烯类(poly(vinyl halides))、聚砜类(polysulfones)、聚乙烯醚类(polyvinyl ethers)、聚乙烯酯类(polyvinyl esters)、聚乙烯芳香类(poly(vinylaromatics))、聚环氧乙烯类(poly(ethylene oxides))、聚乙烯醇(poly(vinylalcohol))、聚乙烯醋酸酯类(poly(vinyl acetates))、以及丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)。
更优选的热塑性含取代基或未含取代基单一聚合物、或含取代基或未含取代基的共聚物包括：含取代基或未含取代基的尼龙类(nylons)、含取代基或未含取代基的聚碳酸酯类(polycarbonates)、含取代基或未含取代基的聚酯类(polyesters)、含取代基或未含取代基的聚α-烯烃类(poly(α-olefins))、含取代基或未含取代基的氯化聚α-烯烃类(chlorinated poly(α-olefins))、含取代基或未含取代基的聚丁二烯类(poly(butadienes))、含取代基或未含取代基的聚卤化乙烯基(poly(vinyl halides))、含取代基或未含取代基的聚砜类(polysulfones)、含取代基或未含取代基的聚乙烯醚类(poly(vinyl ethers))、含取代基或未含取代基的聚乙烯醋酸(poly(vinyl acetates))、含取代基或未含取代基的聚乙烯醇类(poly(vinyl alcohols))、含取代基或未含取代基的聚环氧乙烷类(poly(ethylene oxides))、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)、含取代基或未含取代基的聚苯乙烯类(polystyrenes)；以及最佳的热塑性聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯(poly(ethylene terephthalate))、尼龙-6(nylon-6)、尼龙-6，6(nylon-6，6)、尼龙-12(nylon-12)，聚碳酸酯(polycarbonate)、聚氯乙烯(poly(vinyl chloride)、聚三氟氯乙烯(poly(chlorotrifluoroethylene))、聚对苯二甲酸乙二醇酯二元醇酯(polyethylene terephthalate glycol)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、氯化聚乙烯或聚丙烯(chlorinated polyethylene orpolypropylene)、聚异丁烯(polyisobutylene)、聚丁二烯(polybutadiene)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物(ABS)(acrylonitrile/butadiene/styrene terpolymer)。
B.列举可用的共轭性导电高分子
其它适合涂布核心纤维的材料可为导电性主链共轭的单一聚合物或共聚物。以下列举本发明可用的共轭性高分子，包括聚(未饱和)(poly(unsaturated))聚合物，例如：含取代基或未含取代基的聚乙炔(polyacetylenes)；含取代基或未含取代基的聚芳基乙炔(polyarylacetylenes)；含取代基或未含取代基的聚杂环芳香族(poly(heteroaromatics))如聚噻吩(polythiophenes)、聚呋喃(poly(furans))、聚吡咯(polypyrroles)、聚喹啉(polyquinolines)、聚异硫茚(polyisothianaphthenes)、聚咔唑(polycarbazoles)、聚(烷基噻吩)(poly(alkyl thiophenes))等等；含取代基或未含取代基的聚芳香族(poly(aromatics))如聚苯硫(polyphenylene sulfides)、聚苯胺(polyanilines)、聚苯(polyphenylenes)、聚萘(polynaphthalenes)、聚邻萘(polyperinaphthalenes)、聚甘菊环(poly(azulenes))等等；含取代基或未含取代基的聚(亚芳香基-亚乙烯基)(poly(aromatic vinylenes))如聚(亚苯基-亚乙烯基)(poly(phenylenevinylenes))、聚(二甲氧基亚苯基-亚乙烯基)(poly(dimethoxy phenylenevinylenes))、聚(萘基-亚乙烯基)(poly(naphthalene vinylenes))等等；含取代基或未含取代基的聚(亚杂环芳香基-亚乙烯基)(poly(heteroaromatic vinylenes))如聚(亚噻吩基-亚乙烯基)(poly(thienylene vinylenes))、聚(亚呋喃基-亚乙烯基)(poly(furylene vinylenes))、聚(亚咔唑基-亚乙烯基)(poly(carbazolevinylenes))、聚(亚吡咯基-亚乙烯基)(poly(pyrrole vinylenes))等等。
优选的共轭性骨干单一聚合物或共聚高分子为有取代基或无取代基的聚苯胺(polyanilines)、有取代基或无取代基的聚乙炔(polyacetylenes)、有取代基或无取代基的聚(芳基乙炔)(polyarylacetylenes)、有取代基或无取代基的聚吡咯(polypyrroles)、有取代基或无取代基的聚(杂环)(poly(heterocycles))、有取代基或无取代基的亚芳香基-亚乙烯基(aromatic vinylenes)化合物、及有取代基或无取代基的亚杂环芳香基-亚乙烯基(heteroaromatic vinylenes)化合物等。列举优选的杂环(heterocycles)、及芳香基(aromatic)或杂环芳香基(heteroaromatic)亚乙烯基(vinylenes)化合物的单一聚合物或共聚物为图3及4中的分子式I至XIV：
其中：
m，及n、o、p、q的和可为相同或不同的大于10的整数，只要至少任一n或o大于0；
R′₁，R′₂，R′₃，R′₄，R′₅，R′₆，R′₇，R′₈，R′₉，R′₁₀，R′₁₁，R′₁₂，R′₁₃及R′₁₄在每一次出现时可为相同或不同，其可为氢(hydrogen)或其同位素(isotopes)、羟基(hydroxyl)、烷基(alkyl)、烯基(alkenyl)、芳基(aryl)、烷氧基(alkoxy)、环烷基(cycloalkyl)、环烯基(cycloalkenyl)、烷酰基(alkanoyl)、烷硫基(alkylthio)、芳氧基(aryloxy)、烷硫烷基(alkylthioalkyl)、炔基(alkynyl)、烷芳基(alkylaryl)、芳烷基(arylalkyl)、酰胺基(amido)、烷磺酰基(alkylsulfonyl)、烷氧烷基(alkoxyalkyl)、烷亚硫酰基(alkylsulfinyl)、芳基(aryl)、芳胺基(arylamino)、双芳基氨基(diarylamino)、烷氨基(alkylamino)、二烷氨基(dialkylamino)、烷芳基氨基(alkylarylamino)、芳基硫(arylthio)、杂环芳基(heteroaryl)、芳基亚硫酰基(arylsulfinyl)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)、芳基磺酰基(arylsulfonyl)，酸官能基如磺酸(sulfonic acid)、羧酸(carboxylic acid)、膦酸(phosphonic acid)、次磷酸(phosphinic acid)、磷酸(phosphoric acid)、亚磺酸(sulfinic acid)、及其衍生物如盐类、酯类等等；卤素(halogen)、硝基(nitro)、氰基(cyano)，或有取代的烷基(alkyl)及苯基(phenyl)其具有一种或以上的酸官能基如磺酸、羧酸(carboxylic acid)、膦酸(phosphonic acid)、磷酸(phosphoric acid)、次磷酸(phosphinic acid)、亚磺酸(sulfinic acid)、或其衍生物如盐类及酯类等等、卤(halo)、氨基(amino)、硝基(nitro)、羟基(hydroxyl)、氰基(cyano)、或含环氧基(epoxy)的分子团(moieties)、或为含下述分子式的分子团衍生物：
-(OR′₁₅)_rOR′₁₆
其中：
R′₁₅是一个二价键结合的亚烷基分子团(divalent alkylene moiety)含有1至约7个碳原子；
R′₁₆是一个烷基含有1至约20个碳原子；同时
r是一个自然数从1至约50；或
R′₁及R′₂，或R′₃及R′₄，或R′₅及R′₆，或R′₇及R′₈，或R′₉及R′₁₀，或R′₁₁及R′₁₂，或R′₁₃及R′₁₄取代基合起来变成一个亚烷基(alkylene)或链烯基(alkenylene)或链炔基(alkynylene)形成为3，4，5，6，7，8，9或10成员的芳香性(aromatic)的或脂环族(alicyclic)的碳环，其环可含有一个或以上的不饱和度或是一个或以上的非碳原子如氮、硫、磷、硒、亚硫酰基(sulfinyl)、磺酰基(sulfonyl)或氧(oxygen)等；且
X₁及X₂可以相同或相异，其可为S、O、Se、NR′₁₇、PR′₁₇或CR′₁₇R′₁₈，其中R′₁₇及R′₁₈可为氢、烷芳基、芳烷基、烷基或R′₁。
列举有用的R′₁，R′₂，R′₃，R′₄，R′₅，R′₆，R′₇，R′₈，R′₉，R′₁₀，R′₁₁，R′₁₂，R′₁₃及R′₁₄官能基为氢；羟基；氰基；硝基；卤基；烷基如甲基、乙基、丁基、戊基、辛基、壬基、第三丁基(tert-butyl)、新戊基(neopentyl)、异丙基(isopropyl)、第二丁基(sec-butyl)、十二烷基(dodecyl)等等；烯基(alkenyl)如1-丙烯基(1-propenyl)、4-丁烯基(4-butenyl)、1-戊烯基(1-pentenyl)、6-己烯基(6-hexenyl)、1-庚烯基(1-heptenyl)、8-辛烯基(8-octenyl)等等；烷氧基如丙氧基(propoxy)、丁氧基(butoxy)、甲氧基(methoxy)、异丙氧基(isopropoxy)、戊氧基(pentoxy)、壬氧基(nonyloxy)、乙氧基(ethoxy)、辛氧基(octyloxy)等等；烷酰基(alkanoyl)如丁酰基(butanoyl)、戊酰基(pentanoyl)、辛酰基(octanoyl)、乙酰基(ethanoyl)、丙酰基(propanoyl)等等；芳香氨基(arylamino)及双芳基氨基(diarylamino)如苯氨基(phenylamino)、二苯氨基(diphenylamino)等等；烷亚硫酰基(alkylsulfinyl)、烷磺酰基(alkylsulfonyl)、烷硫基(alkylthio)、芳基磺酰基(arylsulfonyl)、芳基硫(arylthio)等等；如丁硫基(butylthio)、新戊硫基(neopentylthio)、甲亚硫酰基(methylsulfinyl)、苯甲亚硫酰基(benzylsulfinyl)、苯亚硫酰基(phenylsulfinyl)、丙硫基(propylthio)、辛硫基(octylthio)、壬磺酰基(nonylsulfonyl)、辛磺酰基(octylsulfonyl)、甲硫基(methylthio)、异丙硫基(isopropylthio)、苯磺酰基(phenylsulfonyl)、甲磺酰基(methylsulfonyl)、壬硫基(nonylthio)、苯硫基(phenylthio)、乙硫基(ethylthio)、苯甲硫基(benzylthio)、苯乙硫基(phenethylthio)、第二丁硫基(sec-butylthio)、萘硫基(naphthylthio)等等；烷氧羰基(alkoxycarbonyl)如甲氧羰基(methoxycarbonyl)、乙氧羰基(ethoxycarbonyl)、丁氧羰基(butoxycarbonyl)等等；烷氨基(alkylamino)及二烷氨基(dialkylamino)如二甲氨基(dimethylamino)、甲氨基(methylamino)、二乙氨基(diethylamino)、乙氨基(ethylamino)、二丁氨基(dibutylamino)、丁氨基(butylamino)等等；环烷基(cycloalkyl)如环己基(cyclohexyl)、环戊基(cyclopentyl)、环辛基(cyclooctyl)、环庚基(cycloheptyl)等等；烷氧烷基(alkoxyalkyl)如甲氧亚甲基(methoxymethylene)、乙氧亚甲基(ethoxymethylene)、丁氧亚甲基(butoxymethylene)、丙氧亚乙基(propoxyethylene)、戊氧亚丁基(pentoxybutylene)等等；芳烷基氨基(arylalkylamino)如甲苯氨基(methylphenylamino)、乙苯氨基(ethylphenylamino)等等；芳氧烷基(aryloxyalkyl)及芳氧芳基(aryloxyaryl)如苯氧亚苯基(phenoxyphenylene)、苯氧亚甲基(phenoxymethylene)等等；及具有不同取代基的烷基及芳基官能团如1-羟丁基(1-hydroxybutyl)、1-氨基丁基(1-aminobutyl)、1-羟丙基(1-hydroxylpropyl)、1-羟戊基(1-hydroxypentyl)、1-羟辛基(1-hydroxyoctyl)、1-羟乙基(1-hydroxyethyl)、2-硝乙基(2-nitroethyl)、三氟甲基(trifluoromethyl)、3，4-环氧丁基(3，4-epoxy-butyl)、氰甲基(cyanomethyl)、3-氯丙基(3-chloropropyl)、4-硝基苯(4-nitrophenyl)、3-氰苯基(3-cyanophenyl)、1-羟甲基(1-hydroxymethyl)等等；具有羟基末端基的烷基及芳基官能团如2-羟乙基(2-hydroxy ethyl)、4-羟丁基(4-hydroxy butyl)及4-羟苯基(4-hydroxy phenyl)等；具有磺酸(sulfonic acid)、或羧酸(carboxylicacid)、或膦酸(phosphonic acid)等末端基的烷基及芳基如乙磺酸(ethylsulfonicacid)、丙磺酸(propylsulfonic acid)、丁磺酸(butylsulfonic acid)、苯磺酸(phenylsulfonic acid)及相似的羧酸(carboxylic)及膦酸(phosphonic acid)类化合物及上述磺酸(sulfonic)、羧酸(carboxylic)、和膦酸(phosphonic acid)的衍生物如盐类、酯类等等。例举其它有用的R′₁至R′₁₄官能团为具有下列分子式的分子团：
-(OR′₁₅)_rOR′₁₆
其中r、R′₁₅、及R′₁₆如上述所提。有用的R′₁₅官能团包括二价键结合的分子团如-(CH₂)₂-、-(CH₂)₃-、-(CH₂)₄-、及-(CH₂CH(CH₃))-等，而有用的R′₁₆官能团包括-CH₃、-CH₂CH₃、及-(CH₂)₈CH₃等。列举说明上述的含有R′₁₅及R′₁₆的官能团为乙二醇单甲醚(ethyleneglycol monomethylether)、二甘醇单甲醚(diethylene glycol monomethylether)、三甘醇单甲醚(triethyleneglycol monomethylether)、四甘醇单甲醚(tetraethylene glycol monomethylether)等等。
列举R′₁₇官能团为氢、甲基、乙基、丙基、己基、辛基、壬基、苯基、苯甲基(benzyl)、乙烯基(vinyl)、丙烯基(allyl)、十二苯基(dodecylphenyl)、苯乙基(phenethyl)、苯丙基(phenylpropyl)、2，4-甲苯基(2，4-dimethylphenyl)、4-甲苯(4-methylphenyl)等等。
在实施本发明的优选高分子为单一聚合物及不规则(random)或团簇(block)共聚物其具有上述图3及4所提分子式I至XIV，其中：
m、和n、o、p、及q的合为大于20的自然数，只要至少任一n或o为非零；
R′₁、R′₂、R′₃、R′₄在每次出现时可以相同或相异，且为氢、或羟基、或烷基含有1至大约20个碳原子如甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基(n-butyl)、第二丁基、异丁基(isobutyl)、正戊基(n-pentyl)、异戊基(isopentyl)、第二戊基(sec-pentyl)、第三戊基(tert-pentyl)、正己基(n-hexyl)、正辛基(n-octyl)、正壬基(n-nonyl)、正癸基(n-decyl)、及正十二基(n-dodecyl)；苯基；烷苯基(alkylphenyl)如2，4-二甲苯基、4-甲苯基、4-乙苯基(4-ethylphenyl)、及4-丁苯基(4-butylphenyl)；苯烷基(phenylalkyl)如苯甲基、苯乙基；烷氧基含有1至大约12个碳原子如甲氧基、乙氧基、丙氧基(propoxy)；烷酰基含有1至20个碳原子如甲酰基(formyl)、乙酰基(acetyl)、及丙酰基(propionyl)等；烷硫基含1至20个碳原子如甲硫基、乙硫基、丙硫基、十二硫基(dodecylthio)、及丁硫基等；烷氧烷基含1至20个碳原子如甲氧甲基(methoxymethyl)、乙氧乙基(ethoxyethyl)、及庚氧丙基(heptoxypropyl)等；烯基(alkenyl)含1至约20个碳原子如丙烯基(allyl)、乙烯基(vinyl)、及3-丁烯基(3-butenyl)；或有取代基的芳基及烷基其上的取代基可为膦酸及其衍生物，氰基、硝基、环氧基(epoxy)、羟基、羧酸及其衍生物，磺酸及其衍生物、或含有卤基取代，如三氟甲基(trifluoromethyl)、3，4-环氧丁基(3，4-epoxybutyl)、氰甲基(cyanomethyl)、2-硝乙基、3-氯丙基(3-chloropropyl)、4-硝基苯、羟乙基(hydroxyethyl)、-CH₂CH₂CH₂SO₃H；-CH₂CH₂CH₂P(O)(OH)₂；及-CH₂CH₂CH₂CO₂H；或具有下列分子式的分子团：
-(OR′₁₅)_rOR′₁₆
其中：
R′₁₅是二价键结合的烯基含1至约4个碳原子；
R′₁₆是烷基含1至约10个碳原子；且
r是一个自然数从1至约25，如乙二醇单甲醚等等；或任一R′₁和R′₂、或R′₃和R′₄取代基合起来形成亚烷基(alkylene)、链烯基(alkenylene)、或链炔基(alkynylene)链，其含有2至20个碳原子并组成4、5、6、7、8、9、或10员环系统，其内可含有一或多个不饱和度或一或多个非碳原子如氧、氮、或硫，例如1，4-链丁烯基(1，4-butanediyl)、1，2-链乙烯基(1，2-ethanediyl)、-CH₂SCH₂-、-CH₂OCH₂-、-CH₂CH₂-NH-CH₂-、或-CH₂-CH₂-N＝CH-；R′₅至R′₁₄在每次出现时可为相同或不同的取代基，其可为氢、羟基、烷基含有1至约12个碳原子，苯基、烷硫基含有1至约12个碳原子、烷氧基含有1至约12个碳原子；烷氧烷基(alkoxyalkyl)含有2至约12个碳原子；烷氨基(alkylamino)含有约1至12个碳原子；有取代基的烷基或苯基其带有羟基或酸官能基如磺酸、羧酸、膦酸、磷酸、次磷酸、亚磺酸、及其衍生物如盐类、酯类等等；氰基、硝基、环氧基、或卤素取代基；或任一R′₅与R′₆、或R′₇与R′₈、或R′₉与R′₁₀、或R′₁₁与R′₁₂、或R′₁₃与R′₁₄取代基合在一起形成亚烷基或链烯基或链炔基链具有2至约20个碳原子完成一4、5、6、7、8、9、或10员环系统其中可含有一或多个不饱和度或一或多个非碳原子如氧、硫、或氮，例如1，4-伸丁烯基、1，2-伸乙烯基、-CH₂SCH₂-、或-CH₂OCH₂-；且
X₁与X₂为相同或不同，其为氧、硫、NR′₁₇或CR′₁₇R′₁₈，其中R′₁₇与R′₁₈为氢或烷基或芳基。
在本发明中优选的实施例为单一聚合物及不规则共聚物其拥有上述所提及的分子式I至XIV，其中：
m、或n、o、p、q的和为至少约40，其前提为至少有一非零的n或o；
R′₁，R′₂，R′₃，及R′₄在每次出现时为同或不同，其可为氢；羟基；烷基含有1至约12个碳原子如乙基、甲基、丙基、正丁基、第二丁基、正己基、正辛基、及正十二基；苯基；烷氧基或烷硫基含有1至12个碳原子如甲硫基、乙硫基、丙硫基、丁硫基、甲氧基、乙氧基、及丁氧基；烷氧烷基含有1至12个碳原子；或具有下述分子式的分子团：
-(OR′₁₅)_rOR′₁₆
其中：
R′₁₅为链炔基含2至3个碳原子；
R′₁₆为烷基含1至约10个碳原子；且
r是一自然数从1到约10；
R′₅、R′₆、R′₇、R′₈、R′₉、R′₁₀、R′₁₁、R′₁₂、R′₁₃及R′₁₄于每次出现时为相同或不同；其可为氢；羟基；烷基如甲基、乙基等等；含取代基的烷基如丁磺酸(butylsulfonic acid)、丙磺酸(propylsulfonic acid)、氰甲基、环氧丁基(epoxybutyl)、五氟乙基(pentafluoroethyl)、硝基丙基(nitropropyl)、及丁羧酸(butylcarboxylic acid)；烷氧基如甲氧基、乙氧基、丁氧基等等；烷硫基如甲硫基、乙硫基等等；或任一R′₅与R′₆、R′₇与R′₈、R′₉与R′₁₀、或R′₁₁与R′₁₂、或R′₁₃与R′₁₄合在一起形成一链炔基或亚烷基链生成脂环族(alicyclic)、芳香族(aromatic)、或杂芳香环(heteroaromatic ring)；
X₁与X₂可相同或不同，其可为氧、硫、NR′₁₇或CR′₁₇R′₁₈，其中R′₁₇与R′₁₈可为氢或烷基含1到大约10个碳原子。
在具体实施例中，优选共聚合物与单一聚合物为分子式I至XIV，其中：
m、或n、o、p、q的和为至少约50，其前提为至少有一非零的n或o；
R′₁到R′₄在每次出现时可相同或不同，其可为氢、烷基、烷氧基、或
-(OR′₁₅)_rOR′₁₆
其中：
R′₁₅为-(CH₂)₂-或-(CH₂CH(CH₃))-；
R′₁₆为-CH₃或-CH₂CH₃；及
r为一自然数从1到约6；
R′₅、R′₆、R′₇、R′₈、R′₉、R′₁₀、R′₁₁、R′₁₂、R′₁₃及R′₁₄在每次出现时可相同或不同，其可为氢、羟基、烷基、烷氧基、或任一R′₅与R′₆、R′₇与R′₈、R′₉与R′₁₀、或R′₁₁与R′₁₂、或R′₁₃与R′₁₄合在一起可形成一个二价键结合的亚烷基或链烯基链生成一脂环族、芳香环、及/或杂芳香环；且
X₁与X₂为硫、NR′₁₇或CR′₁₇R′₁₈其中R′₁₇与R′₁₈可为氢或烷基含1到大约7个碳原子。
其它优选的导电高分子为聚苯胺，在此所用的聚苯胺为单一聚合物或共聚物，其中至少百分的50莫耳的重复骨干单元以不同比例的组合，选自下列的系统：包括有取代基或无取代基的芳香环及胺连结基(-NH-或-NR-其中R为一非氢的取代基)配与不同量的有取代基或无取代基的醌环(quinoidrings)及亚胺(imine)(-N＝)连结基。
任何形式的聚苯胺皆易于应用在此发明的实施。例举有用的形态见诸于下列的文献报导：(1)Green，A.G.及Woodhead，A.E.，″CXVII-Aniline-blackand Allied Compounds，Part II″，J.Chem.Soc.101，pp.1117(1912)，及(2)Kobayashi，et al.，″Electrochemical Reactions...of Polyaniline Film-CoatedElectrodes″，J.Electroanal.Chem.，177，pp.281-91(1984)，及(3)Shacklette，L.W.，et al.″Structure and Properties of Polyaniline as Modeled bySingle-Crystal Oligomers″，J.Chem.Phys.，88，pp.3955(1988)。
在优选的具体实施例中，其高分子为聚苯胺。在此所用的聚苯胺是由图五分子式XV或XVI的重复单元以不同比例组成其骨干，例如完全还原态聚苯胺(leucoemeraldine)、四分的一氧化态聚苯胺(protoemeraldine)、半氧化态聚苯胺(emeraldine)、四分的三氧化态聚苯胺(nigraniline)及完全氧化态聚苯胺(pernigraniline)。
例举在实施本发明时，可用的优选聚苯胺为图五的分子式XVII至XX；
其中：
n、m、R₁及R₂如上述所言；
x与y在每次出现时可为相同或不同，其可为等于或大于0的整数，只要符合x与y的和大于0的条件，优选的是x为一整数等于或大于0，及/或x对y的比大于或等于0附近，更佳者为该比例等于或大于0.5，而最佳者为该比例是等于或大于1左右；且
z在每次出现时可以相同或不同，其可为一整数等于或大于1。
在实施本发明时优选者为具有分子式XVII到XX的分子式，其中：
n为一整数从0到约4；
m为一整数从0到4，只要符合n、m的和等于4的条件；
R₁为烷基、芳基、芳硫基、烷硫基或烷氧基含1到约30个碳原子，亚磺酸、亚磺酸酯(sulfinate)、亚磺酸盐(sulfinic acid salt)、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、羟氨基(hydroxyamino)、羟基、硝基、亚膦酸酯(phosphinate)、烷磺酰基(alkylsulfonyl)、芳基磺酰基、磺酸、磺酸酯(sulfonate)、次磷酸、次磷酸盐(phosphinic acid salt)、亚膦酸酯(phosphinate)、羧酸、羧酸酯(carboxylate)、膦酸、膦酸酯(phosphonate)、膦酸盐(phosphonicacid salt)、氰基、卤基；或烷基、芳基、芳硫基、有取代的烷硫基或烷氧基含有一个或以上的膦酸、磷酸、硼酸盐(borate)、磺酸酯(sulfonate)、羧酸酯、膦酸酯、膦酸盐、硼酸(boric acid)、次磷酸、次磷酸酯(phosphinate)、次磷酸盐、亚磺酸、亚磺酸酯、亚磺酸盐、羧酸或磺酸等取代基；
R₂在每次出现可为相同或不同，其可为氢、R₁、烷基、芳基、或有取代的芳基或烷基带有磺酸、磺酸酯、次磷酸、次磷酸酯、膦酸盐、羧酸、羧酸酯、亚磺酸、亚磺酸酯、亚磺酸盐、硼酸、硼酸盐、膦酸、膦酸酯、膦酸盐等等取代基；
x是一整数其值等于或大于1；
y可等于或大于0，只要其满足x比y值等于或大于0的条件；
z为一整数其值等于或大于约5；
特别适用于实施本发明者，为上述的聚苯胺具有分子式XVII到XX其中：
n为一整数其值为0到2；
m为一整数其值为2到4，只要其满足n与m的和等于4的条件；
R₁为烷基、烷氧基、芳硫基、烷硫基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、羟氨基、羟基、烷磺酰基、芳基磺酰基、羧酸、羧酸酯、次磷酸盐、次磷酸、磺酸、磺酸酯、亚磺酸、膦酸、亚磺酸盐、膦酸盐；或有取代的烷基带有羧酸、次磷酸、亚磺酸、次磷酸盐、卤基、亚磺酸盐、磺酸酯、羧酸酯、膦酸、膦酸盐、或磺酸等取代基；其中R₁取代基的脂肪族成员含从1到约30个碳原子，而其芳香族成员则含6至约30个碳原子；
R₂在每次出现时可为相同或不同，其可为氢或R₂、烷基、羟基、烷磺醯基、芳基磺醯基、或R₂、或烷基带有一或多个羧酸、亚磺酸、亚磺酸盐、羧酸酯、次磷酸盐、次磷酸、磺酸、亚磺酸酯盐(sulfinate salt)、膦酸、膦酸盐等取代基；其中R₂取代基的脂肪族成员含1至约30个碳原子，而其芳香族成员则含6至30个碳原子；
x为一整数其值等于或大于2；
y可等于或大于0，只要符合x比y值大于约1；且
z为一整数其值等于或大于约10。
在本发明的优选具体实施例中，其聚苯胺是从苯胺(aniline)或N-烷基苯胺(N-alkylaniline)衍生而来，其单体可为不含取代基者，或是含一个或以上的取代基如磺酸酯、磺酸、烷基、烷硫基或烷氧基等。
一般而言，共轭骨干的单一聚合物或共聚合物的重复单元体的数目并不太重要、且可有相当大辐度的变化性。若重复单元体的数目越大，则该共轭骨干的单一聚合物或共聚合物的黏度和分子量也就越大。如应用上需要较小分子量及黏度的共轭骨干单一聚合物或共聚合物时，则采用具有如此特性的材料；若应用上需要高分子量及高黏度者，则亦可依需求采用的。重复单元体的数目至少为10，其上限可有极大的变化度，依所需分子量、黏度、及加工度而定，如熔融加工性、溶液加工性等等。本发明中优选的具体实施例中，重复单元体的数目至少为20；在特别好的具体实施例中，其为至少30。在那些特别好的具体实施例当中最佳者，其为至少40。
共轭骨干单一聚合物及共聚物可以利用已知的步骤方便地合成。这些步骤在相关领域中皆耳熟能详，在此不再详述。请参阅美国专利4,940,640；4,711,742；4,521,589；4,808,681；4,983,322；5,006,278及4,900,782与“导电高分子手册”编者为Terje A.Skotheim，出版社为Marcell Dikker，Inc.，出版地为纽约等及其书所引用的参考文献，皆可供参考的。例如，优选的聚苯胺可利用化学及电化学合成步骤制得。例如，某一氧化还原态的聚苯胺可以利用苯胺过硫酸铵(ammonium persulfate)(NH₄)₂S₂O₈在过量的1M HCl水溶液中作用而制得，此粉末态的聚苯胺为蓝绿色，经甲醇清洗及空气干燥后，其导电度约为5S/cm。此一导电态的聚苯胺可以氢氧化铵(ammoniumhydroxide)的乙醇溶液处理而生成非导电态的聚苯胺，其为紫色，导电度则小于10^-10S/cm。其它化学制程用以制备不同化学态的聚苯胺可参考Green等人的论文及美国专利4,855,361、4,798,685、4,806,271、4,822,638、4,851,487、及4,940,517等。相似的，不含取代基的聚吡咯也可利用吡咯和过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈或和三氯化铁(FeCl₃)在过量的1M HCl水溶液中作用而制得。
有用形态的聚苯胺、聚吡咯、或其它种类的导电高分子(例如聚芳香族或聚杂芳香族)也可以由电化学方法来制得。例如，有用形态的聚苯胺或聚吡咯，可以利用氟硼酸(fluoroboric acid)水溶液为电解质在白金片阳极上经电化学氧化聚合苯胺或吡咯而制得。
其它未来可能新发现的化学与电化学方法，可以用来合成及转化聚苯胺、聚吡咯、或其它种类的导电高分子者皆为可用的方法。此外，未来也可能会有其它新形态或种类的聚苯胺被揭露。因此，在所附的专利权利范围或其等效项目的范围内，任何在此所描述的或推想的合成法、形态转换法、或其结构并无任何限制。
在此发明中所用的共轭骨干单一聚合物或共聚合物可以是中性未掺杂(非导电态)形式或是具有不同掺杂度的导电态。
至于导电掺杂态，含共轭骨干的单一聚合物或共聚合物可掺杂以适当的掺杂剂而使的导电。一般而言，所用的掺杂剂为相关领域内所熟知，用来掺杂共轭骨干单一聚合物或共聚合物使的生成导电性或半导电性高分子者，如氧化性掺杂剂等。列举有用的氧化性掺杂剂有五氟化砷(AsF₅)、一氧化氮(NO⁺)及二氧化氮(NO₂⁺)盐(例如NOBF₄、NOPF₆、NOSbF₆、NOAsF₆、NO₂BF₄、NO₂PF₆、NO₂AsF₆、NO₂SbF₆等等)、过氯酸(HClO₄)、硝酸(HNO₃)、硫酸(H₂SO₄)、三氧化硫(SO₃)、碘(I₂)、和三价铁盐(Fe(III)salts)(例如FeCl₃、Fe(OTs)₃、Fe(CF₃SO₃)₃等等)。其它列举的掺杂剂可为质子酸掺杂剂，包括无机酸如氢氟酸(hydrofluoric acid)、氢碘酸(hydroiodic acid)、磷酸、硝酸、硼酸、硫酸等等。其它可用的质子酸为有机酸，如含芳基或烷基的化合物带有磺酸、亚磺酸、羧酸、膦酸、次磷酸、或硼酸等分子团。
C.列举可做反应涂布用的单元体
本发明的复合纤维可利用反应涂布制程将有机高分子涂布于核心纤维而制得，例如将核心纤维置入一反应溶液中，其内混有高分子的单元体与足以引起或诱发该单元体产生聚合反应的化学试剂。当涂布材料为非共轭高分子时，该单元体则优先由下述的系统选择的：有取代基及无取代基的丙烯腈(acrylonitriles)、有取代基及无取代基的氯乙烯(vinyl chlorides)、有取代基及无取代基的乙烯醇(vinyl alcohols)、或有取代基及无取代基的醋酸乙烯酯(vinyl acetates)。当涂布材料为共轭性高分子时，其可用于上述反应涂布的有用单元体为：有取代基及无取代基的苯胺、有取代基及无取代基的吡咯、有取代基及无取代基的噻吩、有取代基及无取代基的呋喃、有取代基及无取代基的苯、有取代基及无取代基的(苯)硫酚(thiophenols)、有取代基及无取代基的乙炔、或有取代基及无取代基的芳基乙炔、及其它的芳香族、或杂芳香族的化合物等。在本发明的优选具体实施例中，其共轭导电高分子(单一聚合物或共聚合物)涂布层是利用反应涂布法由个别的单元体，如图六所列举的分子式XXXI到XXIV所制得；
其中：
k是一整数由0到4、或5、或6；
R₁在每次复现时可以相同或相异，并选自下列的族群，其内含有烷基、氘(deuterium)、烯基、烷氧基、环烷基、环烯基、烷醯基、烷硫基、芳氧基、烷硫烷基、烷芳基、芳烷基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、烷芳基氨基、芳基、烷亚硫酰基、芳氧烷基、烷亚硫酰烷基(alkylsulfinylalkyl)、烷氧烷基、膦酸、烷磺酰基、芳硫基、烷磺酰烷基(alkylsulfonylalkyl)、硼酸、磷酸、亚磺酸盐、芳基亚硫醯基、烷氧羰基、芳基磺醯基、羧酸、膦酸、卤基、羟基、氰基、亚磺酸、羧酸盐(carboxylate salts)、硼酸盐(borate salts)、磷酸盐(phosphate salts)、磺酸盐(sulfonate salts)、亚膦酸盐(phosphinate salts)、膦酸盐(phosphonate salts)、膦酸、磺酸、硝基、硅烷基(alkylsilyl)；或任何前述的芳基或脂肪族或脂环族(cycloaliphatic)等带有一个或以上的取代基如：膦酸、磺酸、磷酸、硼酸、羧酸盐、硼酸盐、磺酸盐、亚膦酸盐、膦酸盐、磷酸盐、次磷酸、羧酸、卤、硝基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、烷芳基氨基、氰基、或环氧基的分子团；或任何两个R₁合起来、或任一R₁和任一R₂合起来可以形成一有取代基或无取代基的亚烷基或链烯基或链炔基围成一3、4、5、6、7、8、9或10员环的芳香族环、杂芳香族环、杂脂环族环(heteroalicyclic)、脂环族环，其环可依需要而内括一个或以上的二价键结合的氮、硫、亚硫酰基、酯类、羰基、磺酰基、或氧原子等，而且其环上亦可拥有一个或以上的特定官能团如：膦酸、磺酸、磷酸、硼酸、羧酸盐、硼酸盐、磺酸盐、亚膦酸盐、膦酸盐、磷酸盐、次磷酸、羧酸、卤、硝基、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、烷芳基氨基、氰基、或含环氧基的分子团；或R₁也可以是一个含脂肪族的分子团具有下列的分子式：
-(OCH₂CH₂)_qOCH₃，-(OCH₂CH(CH₃))_qOCH₃，
-(CH₂)_q-CF₃，-(CF₂)_q-CF₃ or-(CH₂)_q-CH₃
其中q是一正整数；而
R₂可由R₁的官能群或氢中挑选。
X₁及X₂在每次复现时可以相同或相异，其可为S、O、Se、NR₄、PR₄、或CR₅R₆，其中R₄、R₅、及R₆在每次复现时可以相同或相异，其可为氢、烷芳基、芳烷基、烷基、或R₁。
列举有用的R₁如下：氢、烷基如甲基、乙基、壬基、第三丁基、新戊基、异丙基、第二丁基、十二烷基等等；烯基如1-丙烯基、1-丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、1-庚烯基、1-辛烯基等等；烷氧基如丙氧基、丁氧基、甲氧基、异丙氧基、戊氧基、壬氧基、乙氧基、辛氧基等等；环烯基如环己烯基(cyclohexenyl)、环戊烯基(cyclopentenyl)等等；烷酰基如丁酰基、戊酰基、辛酰基、乙酰基、丙酰基等等；氨基；烷氨基如甲氨基、乙氨基、丁氨基等等；二烷氨基如二甲氨基、甲乙氨基(methylethylamino)等等；芳香氨基如苯氨基、对-甲苯氨基(p-methylphenylamino)等等；双芳基氨基如二苯氨基、对-硝基苯-对甲苯氨基(p-nitrophenyl-p′-methylphenyl-amino)等等；烷芳基氨基如2-苯基-4-甲氨基(2-phenyl-4-methylamino)等等；烷亚硫酰基、烷磺酰基、烷硫基、芳酰基、芳基亚硫酰基、及芳基磺酰基如丁硫基、新戊硫基、甲亚硫酰基、苯甲亚硫酰基、苯亚硫酰基、丙硫基、辛硫基、壬磺酰基、辛磺酰基、甲硫基、异丙硫基、苯磺酰基、甲磺酰基、壬硫基、苯硫基、乙硫基、苯甲硫基、苯乙硫基、第二丁硫基、萘硫基等等；烷氧羰基如甲氧羰基、乙氧羰基、丁氧羰基等等；环烷基如环己基、环戊基、环辛基、环庚基等等；烷氧烷基如甲氧甲基、乙氧乙基、丁氧甲基(butoxymethyl)、丙氧乙基(propoxyethyl)、戊氧丁基(pentoxybutyl)等等；芳氧烷基和芳氧芳基如苯氧苯基(phenoxyphenyl)、苯氧甲基(phenoxymethyl)等等；及具有不同取代基的烷基及芳基官能团如1-羟丁基、1-胺丁基、1-羟丙基、1-羟戊基、1-羟辛基、1-羟乙基、2-硝乙基、三氟甲基、3，4-环氧丁基、氰甲基、3-氯丙基、4-硝基苯、3-氰苯基等等；酸及酸盐如磺酸、羧酸、及其相关盐类等；脂肪族或芳基带有酸类或酸盐类的取代基，如膦酸、次磷酸、磺酸盐、亚磺酸盐、磺酸、亚磺酸、硼酸盐、磷酸、硼酸、或羧酸等如乙磺酸、丙磺酸、4-硝基苯甲基磺酸(4-nitrobenzene sulfonic acid)、丁磺酸、苯磺酸等等。
另列举有用的R₁为二价键结合的分子团，其由任两个R₁、或任一R₁和任一R₂、或任一R₁和任一R₄、或R₅、或R₆所组成，此分子团约含有2至7个重复单元彼此以不同组合方式及复现顺序所组成，而其重复单元则具有下列的分子式：
-(C(R₃)₂)_a-
-(CR₃＝CR₃)_b-
其中R₃在每次复现时可为同或不同的官能基，如氢、烷基、烷氧基、或R₁如-(CH₂)₄-、-(CH₂)₃-、-(CH＝CH-CH＝CH)-、-(CH₂-CH(CH₃)-CH₂)-及-(CH₂)₅-等，配合其它官能团组成特定分子团其含有一个或以上的非碳原子(heteroatoms)如氧、氮、酯基、磺酰基、羰基、亚硫酰基、及/或硫等，如-CH₂SCH₂-、-CH₂NHCH₂-、-SCH₂NHCH₂-、-O-CH₂-CH₂-O-CH₂-S-CH₂-、-CH₂S(O₂)CH₂-、-CH₂S(O)CH₂-、-OC(O)CH₂CH₂-、-CH₂C(O)CH₂-、及-CH₂-O-CH₂-等用以生成杂环的氨基化合物如四氢萘胺(tetrahydronapthylamine)、二氢苯并吡咯(dihydrobenzopyrroleamine)、苯并呋喃胺(benzofuranamine)、二氢苯并吡喃胺(dihydrobenzopyranamine)、二氢苯并呋喃胺(dihydrobenzofuranamine)、二氢苯并对噁嗪胺(dihydrobenzoparaoxazineamine)、二氢苯并对二嗪胺(dihydrobenzoparadiazineamine)、二氢苯并三唑胺(dihydrobenzotriazoleamine)、二氢苯并噻嗪胺(dihydrobenzothiazineamine)、苯并噻吡喃胺(benzothiopyranamine)、二氢苯并噁唑胺(dihydrobenzoxazoleamine)等等。例举有用的R₃官能团为二价键结合的链烯基链带有1至3个不饱和键，如二价键结合的1，3-丁二烯或其它相似的分子团，并可含有一个或以上的二价键结合的氧、氮、亚硫酰基、磺酰基、羰基、酯基、及/或硫等官能团，其可生成下述的化合物如苯并二嗪胺(benzodiazineamine)、苯并二唑胺(benzodiazoleamine)、苯并三环氮己三烯胺(苯并吖庚因胺)(benzotriazepineamine)、苯并咪唑胺(benzimidazolylamine)、苯并异唑(benzisoxazoleamine)、苯并噁唑胺(benzoxazolylamine)、苯并噻嗪胺(benzothiazineamine)、苯并噁嗪胺(benzoxazineamine)、萘胺(naphthaleneamine)、苯并吡喃胺(benzopyranamine)、苯并噻嗪胺(benzothiazineamine)、蒽胺(anthraceneamine)、氨基苯并噻吡喃(aminobenzothiopyran)、氨基苯并二嗪(aminobenzodiazine)、苯并噻吡喃酮胺(benzothiopyrone amine)、氨基香豆素(aminocoumarin)、苯并噻吩胺(benzothiopheneamine)、苯并噻二唑胺(benzothiodiazoleamine)等等。
例举有用的R₂官能团为氢及上述所提及的代表性R₁官能团，例如烷基如甲基、乙基、异丙基、丁基、异丁基、己基、辛基等等；烷磺酰基如甲磺酰基、乙磺酰基(ehtylsulfonyl)、丙磺酰基(propylsulfonyl)等等；芳基磺酰基如苯磺酰基、对-甲基苯磺酰基(p-methylphenylsulfonyl)、萘磺酰基(naphthylsulfonyl)等等。
在本发明的优选具体实施例中，共轭性导电高分子(单一聚合物或共聚物)表层是以反应聚合方法由相关的单元体所制得，如分子式XXI到XXIV所列举者：
k是一整数从0到大约2；
R₁是芳基、烷基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基含1到约30个碳原子、氰基、卤、磺酸、羧酸、硼酸、硼酸盐、磷酸、磷酸盐、膦酸、膦酸盐、次磷酸、亚膦酸盐、亚磺酸、亚磺酸盐、羧酸盐、磺酸盐、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、羟基、硝基、烷硫基、芳硫基、双芳基氨基、烷芳基氨基；或烷基、芳基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基带有膦酸、磷酸盐、磷酸、硼酸盐、磺酸盐、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、烷芳基氨基、羧酸盐、羟基、烷氧基、膦酸、硼酸、烷基、次磷酸、膦酸盐、亚膦酸盐、羧酸或磺酸等取代基；且R₂在每次出现时可为相同或不同，其可为R₁取代基或氢。
X₁与X₂可为相同或不同，其可为S、O、NR₄、PR₄、或CR₅R₆、其中R₄、R₅、与R₆在每次出现时可为相同或不同、其可为氢、烷芳基、芳烷基、烷基、或R₁。
在本发明的特别好的具体实施例中，共轭导电高分子(单一聚合物或共聚物)表层可利用反应涂布法由相关的单元体制得，其分子式如图6的XXI至XXIV所示；其中：
k是一整数从0到1；
R₁为芳基、烷基、烷硫基、芳硫基、或烷氧基含1到约20个碳原子、磺酸、卤基、羧酸、氨基、羧酸盐、烷氨基、膦酸盐、二烷氨基、芳香氨基、膦酸、硼酸、磷酸盐、磷酸、硼酸盐、双芳基氨基、烷芳基氨基、或烷基、烷硫基、芳硫基、或芳基带有羧酸、磷酸、硼酸、磷酸盐、膦酸、硼酸盐、磺酸盐、氨基、烷氨基、二烷氨基、芳香氨基、双芳基氨基、烷芳基氨基、羧酸盐、卤基、膦酸盐、磺酸等取代基；且
R₂在每次出现时可为相同或不同，其可为一R₁取代基或氢。
X₁与X₂可相同或不同，其可为S、O、NR₄、或CR₅R₆，其中R₄、R₅及R₆在每次出现时可相同或不同，其可为氢，烷芳基、芳烷基、烷基、或R₁。
虽然本发明在此特地描述了一些优选的具体实施例，但这些具体实施例并非用来代表全貌，也非用以局限本发明于上述所揭露的形体。如同相关领域内的专家所认知，上述的各种形体及细节仍可有不同的变化而不致于偏离本发明的精神与范围。相似的，任何所描述的制程步骤彼此可以互换以得到相同的结果。本发明的范围则以下述的专利权利范围或其对等项目来定义的。