随着人类向智能化生活的迈进,具有单一性能的材料已经不能满足制备新型器件的要求。碳纤维具有优异的力学性能以及良好的导电性,将具有压电性的ZnO纳米棒引入碳纤维表面,可以制备能够将机械能转变为电能的复合体系。然而,碳纤维与ZnO纳米棒之间薄弱的结合强度以及低界面势垒高度,是制约该复合体系发电效率与可靠性的关键因素。本论文中,通过水热法在碳纤维的表面合成了致密均匀的ZnO纳米棒阵列。并且利用磁控溅射技术,有效调控了ZnO纳米棒与碳纤维之间的界面结合强度和势垒高度。最后,制备了具有机械强度以及自发电功能的复合体系。首先采用溶剂热法制备了ZnO纳米粒子,并使其均匀附着在碳纤维表面。然后通过水热法,以ZnO纳米粒子为晶种在碳纤维表面合成了致密均匀的ZnO纳米棒阵列。控制ZnO纳米棒的生长时间,可以得到不同的ZnO纳米棒的长度。树脂浸润性测试表明,经过ZnO纳米棒改性之后,碳纤维的树脂浸润性得到了明显提升。同时由于ZnO纳米棒与树脂基体的机械锁合作用,ZnO纳米棒改性之后碳纤维树脂基复合材料的界面剪切强度得到了明显的提高。复合体系的断裂形貌表明,ZnO纳米棒和碳纤维之间的界面是复合材料最先发生断裂的薄弱区域。因此,提高ZnO纳米棒与碳纤维之间的结合强度,将进一步提高复合材料的力学性能。本研究利用磁控溅射技术,在碳纤维表面制备了一层均匀致密的ZnO薄膜。利用这层ZnO薄膜作为晶种,合成了致密均匀的ZnO纳米棒阵列。通过改变磁控溅射的参数,ZnO纳米棒与碳纤维之间的界面结合强度得到有效改善。XPS分析表明,在磁控溅射过程中,ZnO与碳纤维之间形成了有效的化学键结合。高分辨透射电子显微镜揭示了碳纤维,ZnO薄膜以及ZnO纳米棒之间的晶体取向关系。结果表明,三者之间为共格生长的关系,ZnO薄膜与碳纤维之间展现了外延生长机制,因此保证了两者之间有效的结合强度。本研究同时测试了ZnO纳米棒与碳纤维之间的界面电性能,测试结果表明,ZnO纳米棒与碳纤维之间的肖特基势垒高度可以通过改变磁控溅射的参数来调控。通过磁控溅射对ZnO纳米棒与碳纤维之间力学性能与电学性能的优化,为制备ZnO纳米棒@碳纤维多功能复合体系创造了条件。首先,利用碳纤维表面的聚合物防护层,作为ZnO纳米棒的压电电荷存储界面。基于简单的结构设计,制备了可以将外界环境中的机械能转化为电能的杂化纳米发电机,最终输出2 m V,0.2 n A的电能。然后,利用磁控溅射法进一步调节ZnO纳米棒与碳纤维之间的结合强度与势垒高度。同时将一层硅树脂填充在ZnO纳米棒的间隙,从而对ZnO纳米棒起到进一步的保护作用。最后以金属膜作为纳米发电机的另一个电极,制备了同时具有力学性能和发电性能的ZnO纳米棒@碳纤维复合纳米发电机。基于单根碳纤维的复合发电机在受力变形时,输出了60 m V,0.6 n A的电能;将一束碳纤维制备成纳米发电机,输出了40 m V,6 n A的电能。通过结构设计和性能的优化,不仅改善了复合体系的稳定性,发电性能也得到了显著提高。通过计算,基于单根碳纤维纳米发电机的电流密度达到了0.227μA/cm~2。因此,本论文设计制造的复合纳米发电机在自发电以及智能设备等方面具有广泛的应用前景。