碳纤维（CFs）具有高抗拉强度和模量、重量轻、抗压强度好、耐高温和耐化学性好、导电性优异等众多优点。从而使得碳纤维在航空航天、轮船、风力发电、体育休闲等众多领域得到广泛的应用。但是碳纤维本身光滑惰性的表面,与树脂基体难以充分的浸润,进而使得与树脂基体结合性较差,最终导致界面失效。本文以改善复合材料界面性能为目标,以碳纤维本身结构特性为基础,通过对界面相分子结构设计以及微观结构的调控对复合材料界面性能以及电磁屏蔽性能进行了深入优化研究。本论文主要研究内容如下:1.阳离子-π相互作用在生物黏连中的具有重要地位,为了提高碳纤维和树脂基体之间的界面粘附性,本研究通过分子结构设计合成一种新型的阳离子-π改性聚乙二醇（PEG）涂层来修饰碳纤维。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）以及扫描电子显微镜（SEM）分析表明阳离子-π涂层均匀涂覆到碳纤维表面,碳纤维的表面活性官能团明显增多。动态接触角测试结果表明碳纤维的表面能明显提高,有助于促进树脂在碳纤维中的浸润性,进而增强碳纤维与树脂的界面结合性。改性后的复合材料层间剪切强度和弯曲强度分别提高了38.9%和83.5%。阳离子-π涂层体系中存在如阳离子-π相互作用、氢键、范德华力以及分子缠绕等作用力,抑制了界面破坏,促进了载荷的有效传递,从而提高了复合材料的界面性能。2.在工作1的基础上,阳离子-π相互作用可产生于富π电子体系和阳离子基团之间是一种理想的粘附驱动力。本项工作结合层层自组装技术（LBL）,以阳离子-π作用力为诱导力,实现碳纤维-氧化石墨烯（富π电子体系）之间以阳离子-π作用力结合,诱导氧化石墨烯纳米片在碳纤维表面定向构筑类珍珠层结构界面增强层。通过调控“砖相”的组装层数揭示不同堆砌层数对碳纤维/树脂基复合材料强度与韧性的影响。实验结果表明改性后的复合材料层间剪切强度、拉伸强度和韧性分别提高了64.5%、98.7%和163.6%。类珍珠层界面能够有效诱导裂纹的偏转,并耗散大量的断裂能,从而明显提高复合材料的界面性能以及韧性。3.为了进一步实现在碳纤维圆周表面构筑具有取向结构的二维片状增强层,本研究采用静电相互作用力为诱导力,以二维MXene及氧化石墨烯为杂化增强体,在碳纤维表面构筑有序且致密的界面层。氧化石墨烯以及MXene的存在改善了碳纤维的表面能,促进了树脂基体的充分浸润以及机械啮合作用,提高纤维与树脂基体的结合性。同时,多层的有序致密增强层起到物理屏障作用,对裂纹进行钝化偏转,以及二维纳米片稳定的滑移耗散大量的能量,改变了复合材料的断裂模式。实验结果表明经过改性后的碳纤维复合材料的层间剪切强度28.8%,以及韧性提升了150%。复合材料的界面性能与韧性得到同时改善。4.碳纤维复合材料作为被广泛应用的结构材料,随着结构件承受的载荷环境越来越复杂,要求碳纤维复合材料在具有良好力学性能的同时也要兼具电磁屏蔽性能。基于此,本研究采用多巴胺自聚修饰碳纤维,在碳纤维表面引入MXene导电层状纳米增强材料并在MXene表面原位生长Ag NPs构筑多维多级相互作用导电界面相,以提高碳纤维复合材料的界面性能及电磁屏蔽性能。MXene以及Ag NPs均匀分布于碳纤维表面,碳纤维表面粗糙度及表面能得到明显的提升,有助于提高纤维与树脂基体之间的机械啮合作用和相容性。经过万能试验机测试结果表明,碳纤维复合材料层间剪切强度提升了20%。与此同时,由于碳纤维表面多维导电网络的存在,赋予了复合材料优异的电磁屏蔽性能,测试结果表明改性后的复合材料电磁屏蔽效率达到45.9 dB。