聚合物/无机杂化材料不仅综合了聚合物和无机物各自的优点，而且糅合了一定的纳米效应，从而产生许多优异的性能。将聚合物/无机杂化材料引入到炭纤维表面，研究其对炭纤维与树脂基体的界面增效，这对于纤维表面改性方法的丰富和改性机理的深入探索具有重大的理论价值和现实意义。 本文分别针对环氧基体和异构聚酰亚胺基体设计合成了炭纤维表面环氧/纳米SiO2杂化浆料和异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料。采用溶胶-凝胶法合成纳米SiO2先驱体，用(γ-异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷改性的环氧树脂对纳米SiO2先驱体进行原位改性，然后合成环氧/纳米SiO2杂化浆料。通过红外光谱分析证实环氧树脂与SiO2粒子之间形成了化学键，纳米粒度分析表明该杂化浆料中SiO2粒子在纳米尺度范围内，并具有较好的贮存稳定性。利用苯乙炔苯酐和γ-氨丙基三乙氧基硅烷反应合成(γ-苯乙炔亚胺基)丙基三乙氧基硅烷(PEIPTES)，采用元素分析、红外光谱和核磁共振碳谱对合成产物进行了表征，综合热分析和溶解性测试结果表明该化合物具有较好的热性能和溶解性能。用PEIPTES制备PEIPTES改性纳米SiO2先驱体，并由异构聚酰亚胺树脂和PEIPTES改性纳米SiO2先驱体制备异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料。红外光谱和核磁共振硅谱分析说明PEIPTES与SiO2粒子之间以化学键结合，杂化浆料中硅元素以硅氧网络、硅羟基以及硅-碳形式存在，纳米粒度分析证实该杂化浆料具有较好的贮存稳定性，SiO2粒子是纳米级别。探讨了纳米SiO2粒子原位改性作用机理，环氧树脂或PEIPTES对纳米SiO2粒子的原位改性，使纳米SiO2粒子之间的总排斥势能大幅增加，扼制了纳米SiO2粒子的团聚，显著提高了纳米SiO2粒子的尺寸稳定性。 采用SEM和综合热分析仪分析了环氧/纳米SiO2杂化膜的结构和热性能。研究炭纤维表面环氧/纳米SiO2杂化浆料改性对炭纤维/环氧微复合材料界面剪切强度、复合材料层间剪切强度和冲击性能的影响，并利用SEM观察计算炭纤维表面形成涂层的厚度，确定了环氧/纳米SiO2杂化浆料的合成工艺。同时发现，环氧/纳米SiO2杂化浆料改性不仅能改善复合材料的界面性能，而且提高了材料的冲击性能。环氧/纳米SiO2杂化浆料改性与电化学氧化改性相结合，进一步改善了复合材料性能。 利用SEM和综合热分析仪分析了异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化膜的结构和热性能。研究炭纤维表面异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料改性对炭纤维/异构聚酰亚胺微复合材料界面剪切强度的影响，并利用SEM观察计算炭纤维表面形成涂层的厚度，确定异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料的合成工艺。将异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料改性与电化学氧化改性相结合，能够进一步改善复合材料的界面性能。对炭纤维/异构聚酰亚胺复合材料性能的研究表明异构聚酰亚胺/纳米SiO2杂化浆料改性同时提高了复合材料层间剪切强度、冲击性能和耐热性能。 通过XPS分析和扭辫分析证实两种杂化浆料中的Si-OH能与炭纤维表面的C-OH和COOH发生化学反应，形成与炭纤维牢固结合的杂化涂层，杂化涂层中的环氧环或苯乙炔基分别参与各自基体的固化反应，形成了具有化学键合的强界面，从而改善了界面性能，揭示化学键作用增效机制。浸润实验、SEM分析和AFM分析表明杂化浆料在炭纤维表面产生了纳米效应，增加了炭纤维表面粗糙度和表面能、提高了炭纤维表面浸润性能，同时形成良好的嵌接或啮合，提高机械绞合强度，改善了界面性能，阐明浸润作用增效机制和啮合作用增效机制。纳米压痕性能分析说明聚合物/无机杂化界面层的力学性能高于相应的树脂基体，能够起到均匀传递应力的作用，改善了的界面性能，阐明过渡层作用增效机制。