碳纤维具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能，广泛应用于航空航天、军事工业、体育运动器材等领域中。碳纤维增强聚合物基复合材料的力学性能在很大程度上取决于碳纤维与基体之间的界面性能，而碳纤维表面光滑、惰性大、具有化学活性的官能团少，导致碳纤维与基体树脂之间的界面粘结性较弱，界面相往往成为复合材料的薄弱环节。碳纤维复合材料的界面微观结构与界面性能密切相关，众多研究表明，通过碳纤维表面改性调控复合材料的界面微观结构能有效改善复合材料的界面性能，这也是碳纤维复合材料领域的研究热点之一。

    最近，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（宁波工业技术研究院）所属先进制造技术研究所复合材料研究团队在碳纤维表面改性方面取得进展。研究人员将氧化石墨烯引入环氧基上浆乳液中，采用浸渍法对碳纤维进行表面改性，可以有效调控碳纤维复合材料的界面微观结构，进而显著改善碳纤维复合材料的界面性能。研究结果表明，氧化石墨烯均匀的分散在碳纤维表界面层中，改性碳纤维复合材料的界面剪切强度(IFSS)相比未上浆和未改性的碳纤维复合材料，分别提高了70.9%和36.3%，且单向改性碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)和拉伸性能也有明显提高。

    该研究结果为制备高性能碳纤维复合材料提供了一种新的方法和思路，对热塑性树脂基碳纤维复合材料的界面改性也具有重要的指导意义。此外，这种碳纤维表面改性技术具有可靠易操作的特点，可以将该技术与碳纤维生产工艺中的表面处理过程相结合，具有较好的产业化应用前景。

    上述研究成果发表于美国化学会期刊ACS Appl. Mater. Interfaces (2012, 4, 1543-1552)上。

    相关研究工作获得中科院知识创新工程方向项目(KGCX2-EW-210)、宁波市自然科学基金(2011A610115)和宁波市博士后特别资助等的支持。

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碳纤维复合材料界面微观结构和界面剪切强度(IFSS)

单向碳纤维复合材料的层间剪切强度(ILSS)和拉伸性能