碳纤维增强树脂基复合材料因其结构可设计性及优异的力学性能被应用于航空、航天、船舶及汽车等领域。复合材料高性能化及轻量化成为高性能先进材料的重要发展方向。然而碳纤维表面化学惰性导致复合材料增强体与基体间界面结合弱及复合材料层间剪切强度低等界面问题,已严重制约了复合材料发展。为提升复合材料界面剪切强度及层间剪切强度,本文以跨尺度增强体结构设计为途径,分别采用连续上浆、同轴圆柱电场和平行电场电泳等方法制备碳纳米管/碳纤维（CNT/CF）跨尺度增强体。通过设计和调控跨尺度增强体表面的碳纳米管空间取向结构及化学状态,以提升复合材料界面性能。为增加碳纤维增强复合材料界面剪切强度,采用碳纳米管、环氧树脂及甲基吡咯烷酮等配制的上浆剂对碳纤维进行连续上浆处理,使碳纤维表面引入碳纳米管。用聚乙烯亚胺对碳纳米管进行氨基化处理,元素分析证实氨基化碳纳米管表面化学接枝了具有支化结构的聚乙烯亚胺而引入大量氨基。碳纳米管溶液分散系数分析表明,氨基化碳纳米管接枝的大分子侧链具有空间位阻效应而使得其在上浆剂中分散均匀。碳纤维经含碳纳米管环氧树脂上浆剂处理,其表面密集附着碳纳米管。相较脱浆碳纤维,CNT/CF跨尺度增强体的平均粗糙度增加了15.9%,碳纳米管的引入使得复合材料界面机械啮合作用增加。动态接触角测试结果显示,表面能增加了32.6%,这是由于极性氨基基团的引入及环氧树脂上浆包覆使得跨尺度增强体表面浸润性能得到改善。微滴脱粘试验结果表明,采用含碳纳米管上浆剂对碳纤维进行连续上浆处理使复合材料的界面剪切强度增加了56.2%。为进一步提升碳纤维增强复合材料界面剪切强度,开发了同轴圆柱电场电泳沉积法制备垂直定向CNT/CF跨尺度增强体,以在碳纤维表面引入垂直定向碳纳米管。碳纤维在一定条件下进行同轴圆柱电场电泳沉积,实现碳纳米管垂直定向沉积于碳纤维表面。研究结果表明,碳纳米管在碳纤维表面垂直定向沉积的优化电泳参数为:碳纳米粒子直径110-170 nm、乙腈为溶剂、沉积电压30V、沉积时间为20 s、碳纳米粒子浓度为0.01 mg/m L及电解质镁盐浓度为0.025mg/m L。相较于初始碳纤维,垂直定向CNT/CF跨尺度增强体单丝拉伸强度增加了4.2%,由此表明电泳沉积法并不会对纤维单丝拉伸强度造成损伤。CNT/CF跨尺度增强体的接触角和复合材料界面剪切强度分别增加了49.7%和58.1%。这是因为垂直定向碳纳米管的毛细管效应使树脂对增强体的浸润更好。而垂直定向碳纳米管对称包覆在碳纤维周围,可使界面应力均匀、有效地从树脂传递到纤维。为了提升碳纤维增强复合材料层间剪切强度,建立了平行电场电泳法制备CNT/CF布跨尺度增强体,以将垂直定向碳纳米管的结构引入到碳纤维布表面。用于电泳沉积的碳纳米管溶液进行Zeta分析表明,氨基化碳纳米管溶液Zeta电位值随着溶液中Mg（NO3）2浓度的增加表现为先增加后保持稳定;当Mg（NO3）2浓度为0.02 mg/m L时,Zeta值达到最大值45.6 e V,此时碳纳米管溶液的分散稳定性最好。电泳沉积电压120 V、沉积时间60 s条件下,碳纤维布进行平行电场电泳沉积处理,使碳纳米管垂直定向沉积于其表面。垂直定向CNT-NH2/CF布跨尺度增强体的单丝拉伸强度较初始碳纤维增加了3.0%,说明纤维拉伸强度得以保存。比表面积增加到23.2 m2/g,较初始碳纤维布增加了一个数量级。动态接触角降低到了38.08o,表明碳纳米管垂直定向的空间取向结构大大改善了增强体浸润性。复合材料的界面剪切强度和层间剪切强度分别提高93.6%和64.0%,这是因为相邻层跨尺度增强体的垂直定向碳纳米管在复合材料层间树脂富集区域形成机械镶嵌,从而使复合材料层间界面性能明显提升。垂直定向CNT-NH2/CF布跨尺度增强体复合材料的弯曲强度比初始碳纤维布增强复合材料提高了32.7%。