碳纤维复合材料因轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强等一系列特性，在航空航天、汽车、船舶、能源、建筑等领域的应用与日俱增。然而，由于碳纤维表面光滑、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强度低，界面存在较多缺陷，往往成为复合材料的薄弱环节。众多研究表明，通过碳纤维表面改性或复合材料界面层的微观结构调控等，进行复合材料界面性质的控制和优化，可以达到提高碳纤维复合材料界面性能和宏观性能的目的。因此，开展碳纤维表面改性的研究，并深入复合材料界面性质的调控，对于实现碳纤维复合材料宏观性能的改善及其规模化应用具有重要意义。

        在前期研究工作中发现，石墨烯纳米粒子接枝到碳纤维表面可以有效提高碳纤维复合材料的界面性能。为了实现石墨烯改性碳纤维的规模化路线，采用石墨烯改性上浆剂对碳纤维表面进行改性，以提高碳纤维复合材料的界面性能。实验室通过对石墨烯表面改性，制备出在水溶液和上浆剂中均能稳定分散的石墨烯， 图 1为分级改性后的石墨烯微片，通过对石墨烯尺寸的分级调控，制备出了表面改性不同尺寸大小的石墨烯，可以稳定分散于不同的上浆剂体系中，成功实现了石墨烯在上浆剂中的稳定分散。通过相转化和自乳化法成功研发出两种具有良好稳定性的石墨烯改性上浆剂，并且有效提升了碳纤维的拉伸强度以及碳纤维复合材料的界面粘结性能，碳纤维的上浆率低于1.5%，饱和吸水率低于2%，碳纤维的拉伸强度可达5.40 GPa，复合材料的界面剪切强度（IFSS）可达92.3MPa，图 2为石墨烯含量对碳纤维复合材料IFSS性能的影响的指示图。采用石墨烯强韧化碳纤维，优化加工成型工艺条件，得到综合性能优异的石墨烯强韧化碳纤维复合材料，复合材料层间剪切强度可达73.5 MPa；冲击后压缩强度可达280 MPa；I型层间断裂韧性提高幅度为33.33%。

       该研究已申请发明专利2项，发表文章5篇。研发成果为目前国产碳纤维“不好用”、碳纤维复合材料“用不好”的困境提供了一条有效的解决途径，带动培养了一批掌握核心技术的高端研发与工程应用的专业人才，提升我国在碳纤维及复合材料以及低排放和低能耗新能源汽车等产业的核心竞争力，为我国相关行业的节能减排提供科学的路径和有力的技术保障。

分级改性后的石墨烯微片