[发明专利]气相生长碳纤维集合体

权利要求书

1.一种气相生长碳纤维集合体，其中所述碳纤维的所述纤维截面的中心部为中空并具有两层以上的管状石墨烯层的结构，所述碳纤维的平均纤维外径为10nm至300nm，并且所述碳纤维的总数的70%以上具有2nm至20nm的中空直径和1.4%至20%的中空直径/纤维外径比。

2.根据权利要求1所述的气相生长碳纤维集合体，其中将构成所述碳纤维的所述石墨烯层形成为与所述纤维的轴平行。

3.根据权利要求1所述的气相生长碳纤维集合体，其中所述碳纤维的平均纤维外径为50nm至300nm，并且所述碳纤维的总数的80%以上具有上述范围内的中空直径和中空直径/纤维外径比。

4.根据权利要求3所述的气相生长碳纤维集合体，其中所述碳纤维的平均纤维外径为90nm至300nm，并且所述碳纤维的总数的95%以上具有上述范围内的中空直径和中空直径/纤维外径比。

5.一种生产根据权利要求1所述的气相生长碳纤维集合体的方法，其包括以下步骤：

通过将碳源、催化剂源和助催化剂源与氢气混合来制备原料气体，其中所述碳源包含甲烷、苯和甲苯，所述催化剂源包含二茂铁和所述助催化剂源包含噻吩；

将所述原料气体导入至反应炉中；

通过将导入至反应炉中的所述原料气体经过所述反应炉的第一反应区至第二反应区来形成缺陷型碳纤维集合体，其中将所述第二反应区的温度设定为高于所述第一反应区的温度，所述缺陷型碳纤维在管状石墨烯层的外周表面上由热分解的碳原子补片状地沉积出而形成有补片层；和

从所述反应炉取出所述缺陷型碳纤维，随后在惰性气体气氛中热处理以进行杂质的除去和通过重结晶将所述补片层转化为管状石墨烯层；

其中所述原料气体具有0.05至10的甲苯/甲烷摩尔比、0.1至100的甲苯/苯摩尔比和70体积%以上的氢含量，并且基于甲苯的质量包含1.0%至10%量的所述二茂铁和大于0.5%但不大于2.0%量的所述噻吩；

在400℃以下的温度下将所述原料气体导入至所述反应炉中；和

将所述第一反应区设定在700℃至900℃，将所述第二反应区设定在800℃至1300℃，条件是所述第二反应区的温度高于所述第一反应区的温度。

6.根据权利要求5所述的方法，其中通过在800℃至1200℃下的低温烧制和继所述低温烧制后在2000℃至3000℃下的高温烧制来热处理所述缺陷型碳纤维集合体。

7.根据权利要求5所述的方法，其中以紊流方式将所述原料气体导入所述第一反应区中。

8.一种复合材料，其中将权利要求1所述的气相生长碳纤维集合体分散于选自树脂、陶瓷和金属的至少一种材料的基体中。