碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFRP）在航空航天、海洋工程和人造卫星等领域广泛应用。然而，CF表面呈现微晶石墨结构并表现出化学惰性，并且CF与基体之间存在较大的模量差异，导致界面区域内的应力传递效率较差。此外，CF/环氧树脂复合材料通常需要在高温条件下保持结构完整性。然而，目前市售的CF表面施胶剂大多是环氧基聚醚基长链聚合物,在高温下非常容易软化和降解，所以无法充当碳纤维和树脂基体之间的桥梁,导致高温条件下CF复合材料的界面粘合性能下降。因此，C复合材料的整体耐热性主要受界面层高温性能的制约。

  基于上述背景，大连理工大学蹇锡高院士团队在碳纤维表面引入了纳米粒子（GO@CNTs）和自主研发合成的高性能热塑性树脂聚芳醚腈酮（PPENK），如图1所示。GO和CNTs 主要由具有sp²杂化轨道的碳原子组成，形成高度稳定的C-C结构，从而具有优异的强度和刚度。此外，在高温下，具有协同增强效应的刚性结构（GO@CNTs）充当锚，显著增强了CF和环氧树脂之间的机械啮合作用。PPENK含有非共平面扭曲链的二氮杂萘酮（DHPZ）结构，赋予了其高的玻璃化转变温度（260-306 ℃），也给予了材料高强度、高模量以及优异的耐热性能。然而，与纳米材料GO@CNTs相比，其刚性和模量较低。因此，PPENK可以作为柔性结构充当连接刚性结构GO@CNTs和环氧树脂之间的桥梁，有效地弥合了复合材料界面区域的模量不匹配的问题。这是通过在界面区域构建具有适度模量的梯度模量界面层来实现的，这有助于在高温下将载荷从环氧树脂均匀有效的传递到CF表面。

 图 9. 改性 CF 复合材料：(a) AFM 图像，(b) 界面模量直方图，(c)界面结构示意图。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.4c04051