碳纤维复合材料是综合性能优越的结构-功能一体化材料，以其轻质、高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、可设计性强、结构尺寸稳定性好和可大面积整体成型等特点，已在国防军工等尖端领域得到了广泛应用。然而，碳纤维类石墨结构使其表面呈现化学惰性、缺乏有效的化学活性官能团，不仅使其无法通过传统染色技术对其进行染色，而且与聚合物基体间相容性差，这极大的限制了碳纤维复合材料的开发和应用。本项目通过原子层沉积技术在碳纤维表面构筑不同价态的金属氧化物纳米薄膜，基于结构生色原理成功制备了彩色碳纤维材料，并且在碳纤维表面引入了大量活性基团，随后再将其与聚合物基体复合，利用碳纤维本体与金属氧化物层和基体层间界面相互作用机制成功制备了高性能彩色碳纤维复合材料，解释了碳纤维表面不同价态金属氧化物薄膜结构和组分与其生色效应和力学性能增强间的理论联系，揭示了彩色碳纤维复合材料色彩构建及力学性能增强的关键因素和内在规律，为制备满足不同行业需求的多功能彩色碳纤维复合材料提供理论指导和实践依据。