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一维的微/纳米纤维材料具有长径比高、比表面积大、可加工性强等优点，广泛应用于复合材料的制备。纤维类材料既可用作复合材料的增强体，如聚合物纤维、玻璃纤维和碳纤维等;也可作为微纳米功能材料的支撑骨架，如用于催化剂纳米颗粒、功能化微纳米胶囊以及组织工程中药物载体等功能材料的负载。本论文研究内容包括以下两方面： 一、轻质高强的碳纤维是理想的复合材料增强体。碳纤维增强聚合物基复合材料，因其高比强度、高比模量以及耐化学性和耐候性等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材和建筑等领域。目前，对碳纤维/聚合物基复合材料的研究主要集中在环氧树脂体系，而对于聚合物领域的另一个重要分支-聚氨酯体系的研究较少。聚氨酯弹性体具有优异的弹性、韧性和耐磨性能，并且其硬度可通过改变软、硬段的比例来调节，因此在结构和耐磨材料领域得到了广泛的应用。碳纤维/聚合物基复合材料的性能主要取决于增强纤维和树脂基体的性能以及两者之间的相互作用。其中，碳纤维与树脂基体间的界面作用决定了两相间应力转移的方式和效率，因此在很大程度上决定了复合材料的整体性能。然而，碳纤维表面呈化学惰性、活性较低，严重制约了其与树脂间的界面结合强度及应力转移效率。因此，如何有效地改善碳纤维/树脂基复合材料的界面性能是近年来研究的热点。 本部分研究内容主要包括: (1)通过复合改性处理，包括除浆、氧化、还原以及偶联剂处理，在碳纤维表面接枝硅烷偶联剂分子。具有双官能团的偶联剂分子可在碳纤维与聚氨酯基体间形成化学桥联作用，提高复合材料的界面结合强度。与除浆碳纤维相比，硅烷偶联剂分子的接枝使得碳纤维单丝拉伸强度提高了22％，碳纤维/聚氨酯间界面剪切强度提高了48％，碳纤维/聚氨酯复合材料的拉伸强度提高了22％。 (2)通过水相电泳沉积的方法，将纳米级的氧化石墨烯与传统微米级的碳纤维进行有机结合，制备了碳纤维-氧化石墨烯多尺度增强纤维。氧化石墨烯的沉积使得复合材料的界面剪切强度提高了74％，提高的原因可归结于两点:a）沉积的氧化石墨烯表面含有丰富的含氧官能团，提高了碳纤维表面的反应活性，从而增强了纤维/树脂间的化学键合作用;b）氧化石墨烯的沉积增大了碳纤维的表面粗糙度，增强了纤维与树脂间的机械嵌合作用。然后，进一步将电泳沉积处理的碳纤维与氧化石墨烯共混于聚氨酯基体中，以期同时改善复合材料的界面结合强度和树脂基体的力学性能，从而实现多尺度增强效应。通过多尺度增强，聚氨酯弹性体的拉伸强度提高了46％。相比于除浆碳纤维/聚氨酯复合材料，采用单独的机械共混和电泳沉积工艺，复合材料的拉伸强度分别提高了14％和17％，表明两者对多尺度增强效应的独立贡献。 二、静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、长径比高、孔隙率高、力学性能好等优点，是微纳米功能材料理想的支撑骨架。本论文通过胶体-静电纺丝的方法，将刺激响应性的纳米胶囊包覆于聚合物纳米纤维中，制备了具有刺激响应性的多腔室纳米纤维，实现了从纳米纤维中可控地释放功能分子。此方法避免了因功能材料负载于纤维表面而导致的耐受性差的问题，并且纳米纤维作为第二道屏障可有效增强对功能分子释放行为的控制。本部分研究内容包括: (1)采用细乳液聚合的方法，制备了具有氧化还原响应性的二氧化硅纳米胶囊，并原位包裹了一种防锈剂作为目标分子。通过改变氧化还原条件，可实现目标分子刺激响应性释放。如提高体系中还原剂的浓度可加快释放速度，而氧化条件则可有效抑制目标分子的释放。然后通过胶体-静电纺丝，将二氧化硅纳米胶囊包覆于聚乙烯醇纤维基体中，制备了具有氧化还原响应性的多腔室纳米纤维。纤维基体作为释放的第二道屏障，有效地将目标分子的突释由55％降至20％，进而将刺激响应性释放的选择性提高了20％以上。纤维的包覆作用同样有利于加强对目标分子释放速率的控制，当还原剂与四硫键摩尔比为0.3∶1时，从纤维中释放80％目标分子的时间较纳米胶囊增加20倍以上。 (2)为进一步增强上述纳米胶囊/聚乙烯醇复合纳米纤维的刺激响应性，我们向聚乙烯醇纤维基体中引入了具有pH响应性的聚丙烯酸，从而制备了氧化还原和pH双重响应的复合纳米纤维。通过这种方法，可实现对目标分子释放行为更加精确地控制，即只有当两种刺激条件全部满足时（特定的氧化还原电势+特定的pH值）纤维才会向环境中完全地释放所存储的功能材料。研究发现:在不同的pH值下，对体系施以相同的还原刺激，可加速目标分子的释放，且释放速度和平衡浓度升高的幅度随pH的升高而增大;在相同pH值下，向体系中加入不同浓度的还原剂，目标分子的释放速度和平衡浓度随还原剂浓度的升高而增大，从而在一种材料中实现了氧化还原与pH响应性的有机结合。 综上所述，本论文的研究内容可概括为如下两方面:一、碳纤维作为聚氨酯的增强材料:采用硅烷偶联剂接枝处理和电泳沉积氧化石墨烯的方法改善了碳纤维与聚氨酯基体间的界面粘结性能，并进一步将电泳沉积改性处理的碳纤维与氧化石墨烯共混于聚氨酯基体中，制备了碳纤维-氧化石墨烯多尺度增强的复合材料;二、静电纺丝纳米纤维作为功能材料的支撑骨架:通过胶体-静电纺丝的方法，实现了纳米胶囊和纳米纤维的有机结合，制备了具有刺激响应性的多腔室纳米纤维，研究了目标分子从纳米纤维中刺激响应性释放行为的可控性，为其在金属抗腐蚀领域的应用提供了基础数据。