碳纤维/环氧树脂复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀、可设计性好等许多优异性能,应用领域越来越广泛。然而由于碳纤维与树脂基体界面性能较差、树脂基体较脆等问题,造成复合材料力学性能降低,限制了复合材料在高端领域的应用。针对这一问题,许多学者提出了多种改性方法,其中,利用纳米粒子改性复合材料,成为近些年的研究热点之一。纳米粒子引入碳纤维复合材料的方法多种多样,本实验采用石墨烯来改性复合材料,主要运用三种改性方式,探究石墨烯含量以及改性方式对复合材料力学、热学性能的影响,并分析了改性机理。主要工作如下:1)采用传统常规方法,在树脂中均匀分散石墨烯,并制备复合材料,探究石墨烯含量对复合材料力学性能的影响。最终得出,石墨烯含量为0.2 wt%时复合材料力学性能最佳,弯曲强度提高24.92%,层间剪切强度提高13.39%。但随着石墨烯含量的增加环氧树脂的粘度也升高,不利于生产制备。2)将石墨烯沉积于碳纤维表面,制备石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料。通过力学及热学性能分析,探究石墨烯最佳含量。石墨烯含量为0.2 wt%时复合材料各项性能最好,界面剪切强度提高67.07%,层间剪切强度、弯曲强度以及冲击韧性分别提高64.60%、32.39%和41.97%。3)创新性的将石墨烯同时加入环氧树脂与碳纤维表面形成新的界面,制备石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料。结合前两种改性方法,探究三种方法对石墨烯-碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响,并分析三种方法界面改性机理。三种界面的界面剪切强度相较空白样均有提高,其中,新提出的改性方法对复合材料界面性能提高最多,提高了67.94%。石墨烯沉积在碳纤维表面增强了界面处机械锁合作用力,相比于传统工艺,石墨烯改性碳纤维表面的工艺只需在原有工业工艺基础上进一步优化即可简单实现,并且在低含量下即可大幅提升复合材料的力学性能,最有可能实现在工业化生产中的应用。