复合材料的界面是独立于掺杂相和基体之外的区域，它与基体和分散相有不同的理化性质。界面作为一个影响复合材料宏观性能的重要因素而引起学者们的广泛关注。当复合材料中分散相为微米级时，复合材料宏观性能主要取决于两相成分的变化。相对于微米尺度的分散相而言，纳米分散相表面原子所占百分数剧增，导致表面张力变大，悬挂键和缺陷密度急剧变大，表面原子不稳定且具有高活性，纳米分散相独特的表面效应使纳米材料与基体间的界面结合程度较强。
纳米材料表面积大，同等体积分数的纳米分散相中纳米颗粒的数量是微米粒子数量的10亿倍，因此纳米复合材料中的界面区域远远大于微米复合材料中的界面区域。界面性质是纳米复合材料性能变化的关键。界面区域的大小和界面结合强度已经成为纳米复合材料研究的重点。
为此，国内外众多学者采用一维或二维纳米材料对复合材料进行改性，并建立了相应的模型来解释界面作用机理对纳米复合材料宏观性能的影响，如“介电双层”结构、多核模型、体积模型、界面势垒模型。
工程电介质及其应用教育部重点实验室（哈尔滨理工大学）、哈尔滨理工大学材料科学与工程学院的研究人员吴子剑、王晨等，在2018年第16期《电工技术学报》上撰文，以环氧树脂（Epoxy Resin, EP）为基体材料，选用一维碳纳米管（MWCNTs）作为环氧树脂改性剂。用混酸、硅烷偶联剂（KH560）、环氧树脂对MWCNTs进行表面改性，试图在碳纳米管表面接枝上羧基（-COOH）、羟基（-OH）、环氧基等有机官能团，从而使MWCNTs与基体间形成不同的相互作用界面。
MWCNTs作为高导电增强材料，在其高含量的情况下会形成局部导电网络。为提高碳管掺杂的渗流阈值，本课题组前期通过降低MWCNTs的长径比和在基体中掺杂有机化蒙脱土（Organic Montmorillonite, O-MMT）来抑制MWCNTs在基体中形成局部导电网络，实验结果表明O-MMT与MWCNTs可以形成类似于贝壳的结构，这种特有的纳米尺度的平面互锁结构能在一定程度上阻止基体中局部导电网络的形成。
因此本文实验采用MWCNTs和O-MMT共同改性环氧树脂，并借鉴界面结构模型来分析环氧树脂纳米复合材料界面区域对其电性能的影响。
图1 高低掺杂量下的界面模型
图8 纳米复合材料断面扫面图
作者最后得出以下结论：
1）在酸酐固化环氧树脂体系中，携带与环氧基体官能团相同的官能团的MWCNTs能与基体间形成以化学键方式连接的界面，其界面结合程度较好。其界面结合强度大于以物理力结合的C-MWCNTs与基体间界面结合强度。
2）环氧树脂纳米复合材料中界面结合强度和界面区域的增加，使键合区域对偶极极化限制作用增强，导致环氧树脂纳米复合材料的介电常数和介质损耗降低；同时会使过渡区域内缺陷密度增加，减少因电场不均匀而产生的电树枝，环氧树脂纳米复合材料击穿场强得到提高。C-MWCNTs/EP、E-MWCNTs/ EP和Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数均在MWCNTs质量分数为0.3%时出现了最小值，分别为3.19、3.09和3.07。
3）片层纳米材料的加入使MWCNTs与基体间界面厚度变大，能减缓MWCNTs的团聚现象，提高渗流阈值，使环氧树脂纳米复合材料的绝缘性能得到提高。
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