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碳纳米管由于其优异的力学和电学性能，在材料制备中得到了广泛应用。在复合材料的制备中，碳纳米管经常作为增强体或辅助增强体来提升复合材料的性能。例如，将碳纳米管掺杂或接枝至碳纤维表面再制备成碳纳米管／碳纤维多尺度复合材料，可以有效提升纤维增强复合材料的界面性能和力学载荷，将碳纳米管均匀分散于聚合物中制备成碳纳米管／聚合物多尺度复合材料，可以改善聚合物基复合材料的力学性能和导电性。碳纤维树脂基复合材料具有低密度、高比模量及高力学强度等一系列物理、化学特性，使其在航空航天等领域得到了广泛应用。将碳纳米管接枝到碳纤维表面，制备出碳纳米管/碳纤维多尺度增强体，从而提升其树脂基复合材料的界面性能。通过增加碳纳米管在碳纤维表面的接枝强度、提高碳纳米管的接枝密度、控制碳纳米管的接枝方向，可以改善增强体与基体间的界面结合强度，增加复合材料的界面剪切力。有机聚合物材料具有一系列优异的性能，如轻质，生产成本低等。将碳纳米管掺杂在有机聚合物材料中制备成碳纳米管/聚合物多尺度复合材料会进一步加强其力学性能。同时，当碳纳米管浓度达到或超过导电渗流阈值浓度时，碳纳米管/聚合物多尺度复合材料将具备良好的导电性和电磁屏蔽能力。在上述两种复合材料中，碳纳米管的浓度，碳纳米管之间的连接方式以及制备方法都对复合材料的性能产生很大的影响。本文针对这一影响，针对性地研究上述两种复合材料的化学/电泳法制备及性能变化。首先，本文对化学法制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的实验进行优化。采用1,3-丙二胺作为桥联剂，DCC/DMAP为催化体系，通过优化反应条件和试剂用量，制备出具有良好界面性能的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体。此增强体具有高的碳纳米管的接枝密度，是过去报道中利用化学法制备的碳纳米管/碳纤维多尺度增强体中碳纳米管接枝密度的3倍。红外光谱和X射线光电子能谱的数据显示碳纳米管和碳纤维之间的连接力为化学酰胺键。化学接枝和高的接枝密度保证了该碳纳米管/碳纤维多尺度增强体界面性能的提升。接枝后，碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的表面活性增强，表面润湿性提升。由于这些改进，该碳纳米管/碳纤维多尺度增强树脂基复合材料的界面剪切强度提升了120%。此外，为了便于工业化生产及应用，本文对该方法的反应机理、反应条件及工艺参数进行研究，并得到了不同的反应条件和试剂用量对于碳纳米管接枝密度、增强体表面润湿性和增强体界面剪切强度的影响。这不仅为工业化生产提供了数据支持，也为下一步的研究提供了理论基础。其次，利用碳纳米管可以在电场力作用下定向移动的特性，一种新颖的制备碳纳米管/碳纤维多尺度增强体的方法被设计出来，即化学电泳法。借助电场力，碳纳米管主动且定向地移动至碳纤维表面，在催化剂作用下与碳纤维表面的氨基发生酰胺缩合反应，成功地实现化学接枝。电场力的引入增加了化学反应的几率，为提升增强体的表面润湿性和界面剪切强度提供了保证。为了增加接枝密度和控制接枝方向，多孔海绵被创造性地应用于实验中。一方面多孔海绵作为收集器可以将碳纳米管控制于内部孔道中，使得海绵内部的碳纳米管浓度增加，提升了接枝的几率。另一方面，多孔海绵的孔道可以对碳纳米管进行筛选，使得只有垂直于碳纤维表面运动的碳纳米管才能穿过多孔海绵的孔道并接枝于碳纤维表面，实现了定向接枝。扫描电镜的图像显示，该多尺度增强体的碳纳米管接枝密度几乎达到化学法接枝密度的2倍。红外光谱和X射线光电子能谱的数据显示碳纳米管和碳纤维之间以化学酰胺键的方式连接，同样实现了强的接枝力。提升的碳纳米管接枝密度，强的化学连接力和直立的接枝方向，使得该多尺度增强体的界面性能得到大幅度提升。通过测试该多尺度增强体的接触角和计算其表面能数据，证实该多尺度增强体表面润湿性得到大幅度改善。通过对该多尺度增强体的树脂基复合材料进行微脱粘试验后的图像和数据进行分析，证实其界面剪切强度提升了186%，远远高于以往报道。该研究创造性地将电泳法和化学法结合，取长补短，首次得到了同时提升和改善碳纳米管接枝密度、接枝力和接枝方向的多尺度增强体，使其界面性能得到大幅度提升。此外，相比于现在的工业生产方法，该制备方法过程简练、成本低廉，更易于应用于实际生产和应用中。最后，对上述化学电泳法实验后的海绵进行了分析和研究。在电泳后，大部分的碳纳米管在运动过程中受到海绵壁的阻挡而粘附于海绵的内壁上，得到了碳纳米管/聚合物复合材料(碳纳米管海绵)。通过扫描电镜的图片可知，碳纳米管均匀地涂覆于海绵的内壁表面，并未发生团聚。力学测试结果表明，该碳纳米管海绵具有良好的弹性、延展性、弯曲性，在重复受力后能够快速恢复至原始形貌。由于碳纳米管在海绵内壁表明均匀致密排列，使得碳纳米管间的电子传输能力较强，因此该碳纳米管海绵具有良好的导电性能、电容性能。此外，该碳纳米管海绵还具有良好的吸附性能和电磁屏蔽性能。利用电泳法制备的碳纳米管海绵成本低廉、性能优异、方法简便，制备出的产品不受形状和大小的限制，可以很好地应用于工业化生产中。此外，由于其具有的一系列物理化学特性，该产品可以制备成超级电容器、吸附材料、储氢材料、吸波材料等，并广泛应用于航空、航天、医疗、污水处理、可穿戴设备、精密仪器、化学催化中。