碳纤维复合材料因其拥有优异的力学性能,质轻、耐腐蚀耐疲劳等优点被广泛应用于航空航天以及国防工业等领域。但是由于碳纤维表面光滑且呈现化学惰性,和树脂基体之间的界面结合性较差,导致复合材料的综合性能很难满足更高领域的需求。复合材料间的界面直接影响着应力传播方向以及整体材料的破坏模式。当破坏发生时,初始裂纹通过基体传递到相邻近的纤维上,形成应力集中,致使纤维进一步断裂,随着断裂纤维的不断增加,最终致使临界簇的形成,从而引发复合材料的破坏失效。针对碳纤维表面改性的方法已有很多,但是在提高界面性能的同时往往伴随着纤维本体性能的下降以及大量的消耗有机溶剂等局限。本文基于提高碳纤维和树脂基体之间的界面结合性,围绕增加碳纤维表面粗糙度以及化学活性为目的,在不损伤碳纤维本体强度以及提高适用性和有效性的前提下,在碳纤维表面构建新型界面增强层来提高复合材料的界面性能。本论文主要研究内容如下:为了提高碳纤维和树脂之间的界面结合性,我们采用了一种简便的改性方法在碳纤维表面原位生长了一层具有相互交错的氢氧化镍（Ni（OH）₂）纳米片增强体,并通过控制生长环境对碳纤维表面氢氧化镍的形貌进行了研究与优化。通过扫描电镜（SEM）可以发现,这种硬的氢氧化镍纳米片垂直于碳纤维表面均匀生长,生长时间为3小时时形貌最为完善,可以作为界面层嵌入树脂基体中形成机械啮合作用,从而产生裂纹偏转。经过性能测试得出,与未改性碳纤维复合材料相比,改性后的界面剪切强度（IFSS）提高了82.1%,层间剪切强度提高至93.9 MPa。此外,通过断面形貌分析,复合材料的断裂模式由界面失效转变为内聚断裂。基于氢氧化镍本身具有多种形貌与晶体结构,本文制备了三种形貌的纳米粒子来探究纳米粒子形貌对碳纤维复合材料界面性能的影响。研究表明界面增强效果为纳米片?纳米针?纳米颗粒。为了在碳纤维和树脂之间构建较强的界面相互作用,本研究基于同时引入物理增强作用以及化学键合作用的前提下,采用一种高效且绿色环保的方法制备了一种具有三明治结构的界面增强层,该方法仅适用水作为唯一的溶剂。在本体系中,由于聚多巴胺的优异的吸附功能性被采用作为一种功能性平台来引入氢氧化镍纳米片。聚乙烯亚胺被选为外层功能层浸渍到碳纤维表面来提供丰富的活性氨基,即得到软硬双锁合的界面增强层。这种结构在提高了碳纤维表面粗糙度的同时,在体系中引入了多种反应基团可以和树脂基体之间形成更为复杂且紊乱的分子链缠结作用,从而使界面断裂更为困难。通过对改性碳纤维进行了傅立叶红外光谱（FT-IR）,X射线光电子能谱（XPS）以及拉曼（Raman）分析得出,碳纤维表面的化学官能团明显提高。经过性能测试得出,改性后的碳纤维层间剪切强度提高了43.4%,且经过扫描电镜观测到改性后的碳纤维复合材料的断面更为复杂,直接证明了这种改性方法的优越性。在碳纤维复合材料中,较差的界面结合性以及损伤容限限制了材料的高端应用。在界面改性中,界面韧性往往被忽视,由此通过模拟自然界中的珍珠贝,在碳纤维表面构建了一种具有砖与砂浆的界面增强层。根据形貌与化学特性,采用氢氧化镍纳米片作为“砖块”;聚多巴胺作为“砂浆”以原位生长的方式引入碳纤维表面。氢氧化镍纳米片作为砖相来改善复合材料的强度,以聚多巴胺为砂浆来提高各组分之间的结合性以及粘结作用。材料性能测试结果表明,与未改性的碳纤维复合材料相比,改性复合材料的层间剪切强度以及弯曲强度分别提高了53.5%和95.6%,经过对复合材料的断面分析以及增强机理分析得出,这种界面层在体系中不仅起到了裂纹偏转的作用,并且经过片层滑移以及塑性形变和化学键断裂等作用吸收了大量了断裂能,延迟了失效且改变了材料的断裂模式,提高了复合材料的综合性能。