在过去几十年中，由于CFRTP具有高强度、低密度、耐腐蚀性和可回收性，其发展迅速[[1], [2], [3], [4], [5]]。CFRTP界面作为微米至纳米尺度上的第三相过渡区域，具有多层次的相结构[6]。其增强机制包括物理吸附、化学键合[7]、吸附[8]、机械互锁[9]和静电效应等多种相互作用。探索富含化学活性和粗糙度的创新材料以构建坚固且坚韧的CFRTP界面是充分发挥CFRTP优异性能的有效途径[10,11]。
迄今为止，研究人员提出了“砖-砂浆”结构来促进CFRTP界面的协同增强。石墨烯纳米片[12]、Al2O3片层、层状双氢氧化物（LDH）和Ni(OH)2纳米片等材料被用作“砖”相，而聚乙烯醇（PVA）、纤维素纳米纤维和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等软聚合物则作为润滑的“砂浆”相。结果表明，合理引入刚性和柔性纳米相可以显著增强CFRTP的机械性能[13,14]。
然而，当前的研究主要集中在通过逐层组装（LBL）[[[15], [16], [17]]或原位生长[18,19]等方法构建受砖-砂浆启发的界面，这些方法繁琐、耗时且难以放大。此外，界面处的无机成分由于与CF的异质相互作用以及易于聚集的特性，常常成为应力集中点和裂纹起始点。此外，现有的砖-砂浆界面大多局限于单向层状/薄膜结构，存在结构单调性和设计灵活性不足的问题。因此，需要进一步探索如何均匀构建具有可行性、有机亲和力和层次多样性的“刚性-柔性”界面结构，从而同时提高界面的韧性和刚度[[20], [21], [22]]。在这种背景下，利用创新的纳米级增强材料来提升CFRTP的界面性能似乎是一种实现可控和理想CFRTP界面设计的可行方法。
ANFs具有高比表面积、出色的强度模量和高温度耐受性。利用其羧基和胺基官能团，ANFs表现出优异的表面反应性[[23], [24], [25], [26]]。作为有效的界面增强材料，ANFs的表面电负性使其能够直接沉积在CF表面上。此外，它们还能通过强氢键和π-π堆叠与聚合物基体有效结合[27,28]。
PDA由于其儿茶酚结构，可以通过配位作用、氢键、静电作用和共价键与基体相互作用。沉积在CF表面的PDA分子还富含活性儿茶酚和胺基团，为纤维表面提供了二次功能化[[29], [30], [31]]。基于PDA的改性已成为最显著的表面工程策略之一[32]。
受到先进建筑材料设计的启发，本研究设计了一种由网络状ANFs形成的刚性“钢材”和具有高粘附性的PDA形成的柔性“砂浆”协同组成的多层级界面结构。在这种结构中，由ANFs形成的“钢材”作为结构缓冲相，有助于裂纹偏转，而柔软的PDA“砂浆”作为能量耗散相，允许“钢材”发生变形和滑动。采用多方向磁场辅助电泳沉积[[33], [34], [35], [36]]技术来接枝ANFs的刚性缓冲层。通过利用磁场定向控制CF表面上ANF纳米相的取向和排列，并与超声波浸渍工艺配合优化PDA纳米相的分散性，这种方法有效解决了传统沉积过程中纳米相容易聚集和分布不均的问题，促进了PDA-ANFs界面结构在CF表面的均匀形成，并显著减少了纳米尺度聚集现象。
总体而言，这项工作有助于设计出满足高应力缓冲和低裂纹传播要求的合理界面结构，反应方法和过程如图1所示。PP是一种常见的热塑性树脂，其分子结构不含极性基团，对大多数化学试剂具有良好的抗性，因此我们选择它作为本文中的树脂基体。通过一系列表征和机械性能测试，我们研究了ANFs和PDA之间的协同作用对CF/PP复合材料界面性能的影响。这项工作为未来研究中功能化碳纤维/聚合物复合材料的结构设计提供了见解。
