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碳纤维具有其他普通材料无与伦比的性能,作为功能材料和结构材料被广泛应用于建筑工程、航空航天、交通、医疗器械、能源开发和休闲娱乐等领域。近年来,我国碳纤维的科学研究与工业化生产取得了较大的进步,然而在高性能碳纤维领域的基础研究和工业化步伐中还有待提高,尤其当前国内出现低端碳纤维产能过剩的现象,所以在低端市场对碳纤维的质量问题提出了更进一步的要求。科研技术的突破将是国内碳纤维的研究水平和工业水平推向更高发展的必经之路。碳纤维主要是通过有机前驱体的热解来获得,根据前驱体种类主要有聚丙烯腈、沥青和黏胶纤维。PAN/Pitch基碳纤维主要由丙烯腈/石油沥青或煤焦油沥青经聚合/沥青精制、纺丝、预氧化、碳化和石墨化等工艺流程制备,其中碳化和石墨化是碳纤维晶体结构控制的关键步骤。高强型碳纤维经过髙温石墨化处理（>2200℃）,可以得到高模型和髙强髙模型碳纤维。在制备髙模型碳纤维的过程中,随着碳纤维模量的提髙,强度损失明显。然而高强髙模型碳纤维兼具髙拉伸强度和髙拉伸模量。碳纤维的力学性能取决于其微观结构,微观结构及其与性能之间相关性的硏究对于制备高性能碳纤维至关重要,也是本领域的研究热点。本论文对高性能PAN/Pitch基碳纤维的微观结构进行表征,在已有结构模型成果的基础上,分析了高强中模PAN基碳纤维的结构与性能关系;并对中间相沥青基石墨纤维的微观结构与热导率之间的关系研究,分析微观结构变化对热导率的影响。取得了以下主要结果:（1）高强中模碳纤维结构特点及其与性能的相关性研究:选取了一系列强度不同而模量相近的国产高强中模型碳纤维样品,对其进行结构表征,研究其微观结构对宏观性能的影响。结果表明,石墨微晶尺寸减小,层间距d002</sub>增加,有利于较小的晶粒在无定形区相互连接形成沿纤维轴方向高度有序,径向无序的结构,一定程度的非晶结构和不规整的微晶结构可使碳纤维具有大伸长率和高强度。由于结构的重新排列,纤维内部致密化程度提高,纤维出现横向收缩现象,所以内应力的释放有利于石墨片层从褶皱的无序结构向平直伸展的有序堆叠结构演进。本工作为高强中模型碳纤维结构的调控提供理论支撑。（2）中间相沥青基石墨纤维微观结构与热导率关系的研究:通过Raman光谱、XRD、扫描电子显微镜和小角X射线衍射等表征手段,研究了高模型石墨纤维在石墨化处理过程中微晶结构变化与热导率之间的关系。石墨微晶尺寸La和Lc随着石墨化温度的提升而逐渐增加,而声子的平均自由程随之变大,层间距d（002）略微减小。此外,随着微晶尺寸的增加,石墨纤维沿纤维轴的择优取向角减小,纤维向高度有序的带状结构转变,沿纤维轴向的择优取向显著增强,为高热导率的纤维提供重要条件。中间相沥青基石墨纤维的孔隙结构经历了大量微孔向少量大尺寸孔的转变,排列向高度有序化发展,对于提升纤维拉伸模量至关重要。本工作为理解石墨微晶结构与热导率间的关系提供理论基础。