碳纤维作为先进复合材料的增强纤维，由于具有高比强度、高比模量、耐烧蚀、耐磨、抗疲劳等优异性能，目前已成为航空航天领域不可缺少的材料。同时其在工业、民用产品方面的应用也得到不断开发。虽然现有的碳纤维产品具有很高的强度与弹性模量，但其实际值与理论值存在很大距离。碳纤维结构缺陷是造成其实际强度远远低于理论强度最为主要的因素。　　 本文以消除碳纤维表面结构缺陷、提高碳纤维的物理力学性能为目标，采用力学性能优异的表面修饰碳纳米管为增强体，通过静电喷射技术，将表面修饰碳纳米管植入碳纤维的表面结构缺陷中，制备出高性能碳纳米管增强碳纤维。主要分析了碳纤维表面结构缺陷，并研究了碳纳米管静电喷射液及碳纳米管增强碳纤维的制备和分析过程，同时讨论了碳纳米管的数量和分布均匀度对碳纳米管增强碳纤维抗拉强度的影响。　　 本文借助扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了碳纤维表面结构缺陷以及碳纳米管增强碳纤维的表面形态。通过X射线光电子谱(XPS)并结合红外光谱(IR)对除胶前后的碳纤维、功能化多壁碳纳米管及碳纳米管增强碳纤维的表面元素、表面官能团进行了表征研究。研究结果表明：采用硝酸浸泡，丙酮洗涤方法可有效去除碳纤维表面胶体；以N，N-二甲基甲酰胺为分散液，以十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂，借助超声技术可制备较理想的碳纳米管静电喷射液；研究不同电压，喷射距离，挤出速率等过程参数对喷射效果的影响，得到了最佳工艺参数：电压：20kV，喷射距离：5cm，挤出速率：5ml/h。　　 本文对制备的碳纳米管增强碳纤维的力学性能进行研究，着重探讨不同工艺参数对碳纤维抗拉强度的影响。结果表明碳纳米管的数量和分布均匀度直接影响到碳纳米管增强碳纤维的抗拉强度。在最佳工艺参数时，碳纤维单丝拉伸强度可达到3.5GPa以上，最高可达4.02GPa，相对喷射前碳纤维强度提高了52.85％。最后，本文对碳纳米管增强碳纤维的增强机理进行了理论分析预测。