聚合物基无机纳米复合材料作为一种集有机高分子与无机纳米组分于一体的新功能聚合物材料，其结合了无机物的刚性、热稳定性、尺寸稳定性与聚合物的韧性、加工性等，同时兼具纳米材料的优点，在机械、光学、电子学、生物学等领域有着广泛的应用前景。碳纤维增强树脂基复合材料具有质量轻、高比强度、高比模量、耐高温等一系列优异性能;界面是碳纤维/树脂基体两相结合的区域，它起到保护纤维、传递应力的作用，决定着复合材料的整体力学行为;采用纳米技术优化界面结构一直受到研究者们的持续关注。此外，复合材料在实际应用中会遭遇碰撞、冲击、爆炸等极端条件，研究其高速力学行为具有重要的工程意义，特别是，纳米增强作用在不同应变率下的演化机理尚未取得突破性进展。　　本文以无机纳米颗粒增强环氧复合材料为研究对象，探讨了不同制备技术、不同表面修饰纳米颗粒对环氧力学性能的影响。分别通过纤维表面修饰与基体填充改性法，将纳米颗粒引入碳纤维/环氧的界面层，重点分析了纳米颗粒增强碳纤维复合材料界面性能的作用机理。根据时温等效性，采用改良型霍普金森压杆技术，进一步研究了纳米效应及其增强机理与基体塑性变形能力间的关系。具体内容如下:　　(1)纳米颗粒增强环氧复合材料性能研究　　结合表面改性与机械分散技术，制备出不同有机官能化纳米SiO2颗粒增强环氧复合材料。发现经偶联剂修饰后，纳米颗粒在环氧中的分散性良好（最高含量10 wt％），相比于环氧基修饰型纳米颗粒，氨基和羟基修饰型颗粒对纯树脂的固化行为有明显的促进作用。此外，氨基和羟基型纳米颗粒更有效地提高了环氧的压缩强度;而环氧基修饰型颗粒由于与环氧基体间的结合性过高，导致固化环氧韧性略低、变形能力不佳，因此该复合材料的压缩强度略低于其他体系。　　结合微米填充与单分散纳米改性技术，制备出可陶瓷化环氧基纳米复合材料;单分散纳米颗粒提高了环氧陶瓷化后的强度与尺寸稳定性。纳米颗粒与助熔剂间发生共融、共晶反应，降低了熔融液相的流动性、避免了粘接剂过分渗出，应该是所形成陶瓷体强度增加、收缩率降低的主要原因。但过量填充纳米颗粒反而不利于进一步改善陶瓷体的压缩强度，原因在于，液相组分不足以粘接过量的粉末颗粒，造成填料间烧结性不好、陶瓷体内部缺陷增加，压缩性能也因此变差。　　(2)纳米颗粒改善碳纤维/环氧复合材料界面性能研究　　采用单分散纳米SiO2上浆型碳纤维，反而损害了纤维/树脂的界面剪切强度。纳米颗粒含量越高，强度降低幅值越大;对于9.6 wt％ nanosilica-CF/EP体系，其IFSS降低值甚至多达68％。将纳米改性上浆剂涂覆于碳纤维表面后，导致界面层环氧树脂未固化充分，应该是复合材料界面性能受损的主要原因。　　采用单分散纳米SiO2增强型环氧基体，可明显改善纤维/树脂的界面粘接性能，包括界面剪切强度、横向纤维束拉伸强度以及复合板层间剪切强度。各强度也随颗粒含量增加而逐渐提高。与未改性CF/EP体系相比，CF/20 wt％ nanosilica-EP体系IFSS及TFBT强度值分别提高了38％和59％;而单向板ILSS值最高达77 MPa，提高了约13％。断裂形貌分析表明，纳米颗粒改善了两相界面处的应力传递，增强了基体对断裂功的吸收耗散，进而提升了碳纤维复合材料的界面性能。　　(3)环氧基纳米复合材料的应变率和温度效应研究　　采用单分散纳米SiO2，制备出高性能环氧基纳米复合材料。所采用的高交联度环氧树脂，其玻璃化转变温度在270℃以上、准静态压缩强度达560MPa。该环氧及其纳米复合材料均是应变率相关材料，压缩模量和转变应力（应变硬化初始应力）随应变率增加而显著上升，但压缩强度略有下降、断裂应变明显降低，而断裂应变能几乎保持不变。引入纳米颗粒后，高性能环氧的压缩性能，包括压缩模量、转变应力、压缩强度以及断裂应变能，均取得了较大改善。其中，纳米颗粒在低应变率范围内更有效;对于压缩强度，当应变率增加时，其增强效率由26％（应变率为0.001 s-1）减少至10％（应变率为3000 s-1）。　　通过机械混合法成功制备出良好分散性纳米Al2O3/环氧复合材料。当温度变化时，复合材料的力学性能主要由基体刚度控制。随着温度上升，复合材料的拉伸、弯曲性能均发生了脆-韧转变现象，对应的模量和强度皆逐渐降低，而断裂应变却明显增大。当外界温度进入高分子玻璃化转变区时，纳米Al2O3的增强作用显著提高;例如，当温度为120℃时，高含量填充纳米颗粒(10 wt％)的增强效率达50％以上（室温下最高为24％）。结合应变率试验结果、并根据时温等效原理，说明增加基体塑性变形能力有利于提高纳米颗粒的增强作用。