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碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRPs）具有优异的物理化学性能,包括高比强度、比刚度、质量轻、耐腐蚀、热稳定性良好且易成型等特点,其广泛应用于航空航天、国防军事、交通运输、风力发电、体育休闲等领域。事实上,纤维与基体间的界面是增强碳纤维复合材料整体性能的一个重要因素。然而,碳纤维表面光滑、呈化学惰性、低表面能,导致纤维与基体间的界面结合较弱。因此,需对碳纤维表面改性处理。近些年,已经发展了许多碳纤维表面改性方法,主要通过增加纤维的极性、表面粗糙度和表面能来提高碳纤维复合材料的界面性能。不幸的是,大多数改性方法在提高界面性能的同时,会涉及损坏纤维本体强度、耗时、有毒溶剂等缺点。本文将从碳纤维、环氧树脂结构特点及其复合材料界面微观结构出发,在不牺牲纤维本体强度及降低环境污染的情况下。选择具有优异性能的纳米尺度材料（氧化石墨烯-GO、二氧化硅-SiO2和聚醚胺-PEA）,通过物理或化学作用将这些纳米结构引入到碳纤维表面,以此改善纤维与树脂基体间的浸润性、机械啮合作用及化学键合作用,从而增强碳纤维/环氧树脂复合材料的界面及力学性能。采用层层自组装（Layer-by-Layer self assembly）的方法,以聚乙烯亚胺为连接桥,基于静电相互作用,将具有负电的GO和正电的SiO2-NH2（KH550胺基化）自组装到碳纤维表面。系统研究了不同层数的GO/SiO2多层膜对碳纤维表面微观结构、化学组成、本体性能及其复合材料的界面与力学性能的影响。GO/SiO2多层膜的引入显著提高了纤维表面的粗糙度、表面能和化学官能团,扫描电子显微镜（SEM）表明碳纤维表面均匀且致密的覆盖GO/SiO2多层膜。组装5层的碳纤维复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度和弯曲强度比未处理碳纤维复合材料分别提高了86.1%、89.3%和30.4%。此外,动态机械性能（DMA）和元素面扫（EDS）结果表明改性的碳纤维复合材料具有强的界面结合。同时,碳纤维单丝拉伸强度从3.52 GPa增加到3.68 GPa。采用化学接枝法,在温和的水溶液中,将不同分子链长的PEA接枝涂覆到碳纤维表面。通过原子力显微镜（AFM）等研究表明,PEA的引入能提高纤维表面粗糙度、极性及与树脂间的浸润性。并且PEA一端的氨基还与环氧树脂发生了固化交联反应,增强了纤维与树脂基体间的界面粘结性能。与未处理碳纤维复合材料相比,CF-D400复合材料的IFSS和ILSS分别提高了91.2%和46.6%,弯曲强度也提高了37.1%。与此同时,接枝涂覆PEA后,碳纤维单丝拉伸强度并未明显降低。