近年来,碳纤维（CF）复合材料因其出色的强度、良好的耐腐蚀性,在航空设备、交通运输、新能源等领域的需求越来越大。在碳纤维复合材料中,纤维与树脂间的界面起着传递和分散外加载荷的重要作用,是影响碳纤维复合材料综合性能的主要因素。因此,通过对复合材料界面性能的调控可以实现复合材料整体性能的提高。然而,当前碳纤维复合材料界面改性的研究所存在的主要问题是,纤维对树脂基体的界面结合能力较差,从而限制了纤维增强体对树脂基体的增强效果。并且界面结合强度的提高通常伴随着复合材料韧性的降低,这也导致界面改性的强化效应无法充分发挥。因此,如何在保证碳纤维复合材料高强度的基础上实现其韧性的有效提高,是目前碳纤维复合材料在界面改性以及实际应用中所面临的一个瓶颈问题。基于此,本论文将氨基苯二甲酸锆（UiO66-NH2）引入到界面相中,以界面结构的设计和优化为目的,分别采用涂覆法和原位生长法将UiO66-NH2修饰在碳纤维表面,并进一步在碳纤维表面进行了 UiO66-NH2/碳纳米管（CNT）的组装,制备了一系列多尺度增强体,以实现复合材料的有效增强和增韧。本文的具体研究工作如下:（1）采用涂覆法将合成的UiO66-NH2负载在碳纤维表面,制备出多尺度增强体c-CF/UiO66-NH2。探讨了冰醋酸添加量对UiO66-NH2形貌及结构的影响,确定UiO66-NH2的最佳合成工艺。实验结果表明:冰醋酸的添加量对UiO66-NH2的形貌影响较为明显,当添加量为9 mL时,合成的UiO66-NH2呈现出最规整的形貌,这将有利于复合材料界面结构的优化和性能的提升。然后考察了涂覆液浓度对碳纤维及其复合材料性能的影响。当涂覆液浓度为2 mg/mL时,碳纤维表面处的纳米粒子分布最为均匀。与CF/EP相比,c-CF/UiO66-NH2复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和冲击强度分别提高了 33.9%、31.4%和16.1%,力学性能得到显著提高。（2）利用溶剂热法在碳纤维表面原位生长UiO66-NH2,制备得到多尺度增强体i-CF/UiO66-NH2。通过调节冰醋酸的添加量,实现对碳纤维表面UiO66-NH2形貌的调控,以研究复合材料性能的变化规律。研究结果表明,与前一部分内容相比,碳纤维表面UiO66-NH2的分布更加致密和均匀,纤维表面的活性官能团及表面粗糙度得到显著提升,这会促进界面处的化学键合与物理锚定作用,有利于复合材料的性能有效提高。与c-CF/UiO66-NH2环氧复合材料相比,i-CF/UiO66-NH2环氧复合材料的力学性能得到进一步提升。此外,对由c-CF/UiO66-NH2和i-CF/UiO66-NH2增强的两种复合材料的阻燃性能进行了初步探讨。锥形量热测试结果表明,两种复合材料的阻燃性能均有所提升,其中i-CF/UiO66-NH2的提升最为明显,其最大热释放速率（PHRR）和最大总释放热（THR）降至291 kW/m2和14 MJ/m2,降至未处理的碳纤维复合材料的68.5%和38.9%,点燃时间延长至293 s,与未处理的碳纤维复合材料相比延长了 45.8%。（3）为了进一步提高复合材料的性能,设计制备了具有模量梯度的碳纤维/碳纳米管/UiO66-NH2多元多尺度复合增强体（CF/（CNT/UiO66-NH2））。所形成的分级结构尺度跨度由宏观材料、微米到纳米,具有高强度高韧性的性能。这种多尺度结构能够使碳纤维与树脂的结合强度增加,同时也有助于界面处载荷的均匀传递,从而有利于提高复合材料的整体性能。研究结果也表明,CNT的加入使复合材料的力学性能相较于CF/UiO66-NH2有了更近一步的提升。弯曲强度、层间剪切强度和冲击强度与改性前相比分别提升了 64.2%、76.7%和 51.5%。