الیاف کربن
نانو الیاف کربن

روش‌های متنوعی برای تولید نانو الیاف کربن وجود دارد به عنوان مثال: رشد بخار (Vapor growth)، قوس الکتریکی (arc discharge)، برش لیزر (laser ablation) ورسوب سازی با غبار شیمیایی (chemical vapor deposition) با این حال این روش‌ها بسیار گران هستند که این بخاطر بازده تولید کم و قیمت بالای تجهیزات آنهاست. از سوی دیگر الکتروریسی به آسانی الیافی با قطر μm10- nm20 را تولید می‌کند. پارچه بافته نشد PAN به عنوان پیش ماده از طریق فرآیندهای پایدار سازی و کربنیزاسیون برای تولید نانو الیاف کربن به کار می‌رود. این نوع از کامپوزیت نانو الیاف کربن قابلیت استفاده به عنوان فیلتر برای جداسازی ذرات ریزگاز یا مایع، بستر کاتالیست‌های دما بالا، مواد تنظیم کننده دما در هواپیما و ابزارهای نیمه هادی همچنین گزینه نوید بخش برای ابزارهای الکترونیکی کوچک، باتری‌های قابل شارژ، و سوپر خازن‌ها را دارا می‌باشند.
عملیات حرارتی
عملیات حرارتی فرایندی است که الیاف PAN اولیه را به الیاف کربن تبدیل می‌کند. فرایند کردن در دماهای بالا سبب مدول بالاتر الیاف می‌شود زیرا باعث خارج شدن ناخالصی‌ها از الیاف به شکل مواد جانبی فرار می‌شود. در طول عملیات حرارتی الیاف منقبض شده و قطر آن‌ها کم می‌شود، که باعث بهبود ساختار و بالا رفتن استحکام، از طریق خارج کردن محتوای نیتروژن آغازین از ماده اولیه PAN و تنظیم نیتروژن می‌شود.
در یک شرایط کنترل شده و مناسب، استحکام الیاف پس از این فرایند پیرولیز می‌تواند به بیش از Gpa400 برسد.
پایدار سازی ماده اولیه
در میان فرایندهای تبدیل یاد شده، یک مرحله اساسی و زمان بر در تبدیل الیاف PAN به الیاف کربن پر بازده، مرحله پایدارسازی اکسایشی است این مرحله با واکنش‌های شیمیایی که در این فرایند درگیر هستند، تعریف می‌شود. پایدار سازی الیاف PAN اغلب اوقات در محیط‌های اکسید کننده (هوا، اکسیژن، مخلوط اکسیژن با گازهای بی‌اثر) در دمای بالای ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود.
در این مرحله ساختارهای حلقوی زنجیری تشکیل می‌شود که پایداری حرارتی ماکرومولکول‌ها و سختی پلیمر را افزایش می‌دهد. درابتدا الیاف PAN کشیده می‌شوند و به‌طور همزمان در محدوده دمایی oc300- 200 اکسیده می‌شوند. این عملیات حرارتی ترموپلاستیک PAN را به یک غیر پلاستیک حلقوی با یک ترکیب نردبانی تبدیل می‌کند.
این واکنش‌ها شامل حلقوی شدن، هیدروژن زدایی، آروماتیزه شدن، اکسیده شدن و اتصالات عرضی می‌شوند که باعث تشکیل ساختار نردبانی می‌گردند.
واکنش اکسایش
فرایند اکسایش، کمترین فرایند در طول پایدارسازی PAN اولیه است که شدیداً به مادهٔ اولیه وابسته است. از نظر تجاری، پایدارسازی الیاف PAN در یک محیط اکسنده که غالباً هواست انجام می‌شود. هنگامی که PAN در هوا پایدار سازی می‌شود، گرمازایی واکنش تا حدودی مربوط به واکنش با اکسیژن است. اگرچه پایدارسازی را در یک محیط بی اثر نیز می‌توان انجام داد، اما پلیمری که در زنجیر اصلی خود دارای گروه‌های حاوی اکسیژن است که ساختارهای نردبانی را بازتر می‌کنند برای تحمل دماهای بالاتر در فرایند کربنیزاسیون، پایداری بیشتری نشان می‌دهد.
واکنش حلقوی شدن
آخرین واکنش مورد بحث، حلقوی شدن است که مهم‌ترین واکنش در پایدارسازی الیاف PAN است. حلقوی شدن به واکنش گروه‌های نیتریل در پلیمر اولیه با گروه‌های مجاور به منظور تشکیل یک پلیمر نردبانی گفته می‌شود و آن را با معادله سینتیک درجه ۱ می‌توان توصیف کرد. حلقوی شدن مهم‌ترین واکنش در فرایند پایدارسازی است. حلقوی شدن گروه‌های نیتریل یک واکنش گرمازا است و این واکنش با تکامل محصولات بی دوام همراه است.
این فرایند برای متصل نگه داشتن مولکول‌ها به یکدیگر و افزایش سختی لازم است. به علاوه، پایدارسازی PAN سبب تغییر رنگ نیز می‌شود.
در طول فرایند پایدارسازی، ساختار PAN دستخوش فرایند حلقوی شدن می‌شود؛ و ساختار باند سه‌گانه به ساختار باند دوگانه تبدیل می‌شود و یک پدیدین حلقوی ۶ ضلعی حاصل می‌شود.