碳纤维是重要的复合材料增强体之一。短碳纤维增强聚合物基复合材料由于其优异的机械性能而广泛用于航空航天、汽车、能源、化学、电子和医疗设备等领域。但是碳纤维表面光滑、呈惰性且表面能低,导致碳纤维与聚合物基体之间的润湿性和相容性差。因此,为获得高性能的碳纤维增强聚合物基复合材料,对碳纤维进行表面修饰是十分必要的。首先,使用多巴胺-镍离子体系对原始碳纤维进行电沉积处理。提高纤维的表面粗糙度和比表面积,并在碳纤维表面引入羟基,使之与聚氨酯结构中的异氰酸酯发生化学交联,从而从物理及化学角度提高碳纤维与聚氨酯基体的界面结合力。利用多巴胺的还原性和出色的附着力不仅提高了电沉积效率,同时优化了碳纤维增强聚氨酯基复合材料的界面。根据实验现象和测试结果,我们也对多巴胺参与的复杂体系中金属的电沉积过程及可能的机理进行了阐述。其次,分别使用原始碳纤维及聚多巴胺-镍-碳纤维作为增强体,制备聚氨酯基复合材料,研究纤维表面状态和纤维含量对复合材料力学和电性能的影响。结果表明,与纯聚氨酯和原始碳纤维增强聚氨酯基复合材料相比,聚多巴胺-镍-碳纤维增强聚氨酯基复合材料显示出最优的力学性能,主要是由于电沉积处理后碳纤维与聚氨酯基体间的机械互锁和化学交联作用使得复合材料的界面结合力增强。此外,附着在短碳纤维表面的聚多巴胺-镍镀层还增加了聚氨酯基体中导体接触的可能,并减少了纤维网络之间的绝缘体,从而提高复合材料的电导率。最后,在碳纤维表面修饰方面,我们也尝试了制备特殊微观结构的碳纤维,并探索特殊微观结构的碳纤维对聚氨酯材料的增强效果。我们采用电沉积方法制备具有了类花椰菜结构的铜-碳纤维,并将其作为增强材料制备铜-碳纤维增强聚氨酯基复合材料,研究纤维形貌和纤维含量对复合材料机械性能的影响。结果表明,与纯聚氨酯和原始碳纤维增强聚氨酯基复合材料相比,铜-碳纤维增强聚氨酯基复合材料的强度和韧性同时得以提高。这主要归因于特殊的纤维结构,即在复合材料受力时,该结构起到了锚固作用,并且在裂纹扩展过程中消耗更多的能量。