采用上浆的方法将碳纳米管（ＣＮＴｓ）引入到碳纤维表面，制备ＣＦ／ＣＮＴｓ／环氧多尺度复合材料。相比上浆处理前，复合材料的层间剪切强度及弯曲强度分别提高了１３．５４％和１２．８８％。采用力调制原子力显微镜及扫描电镜的线扫描功能对复合材料界面相精细结构进行分析。结果表明：ＣＮＴｓ的引入在纤维和基体间构建了一种ＣＮＴｓ增强环氧树脂的界面过渡层。该界面过渡层具有一定厚度，且其模量和碳元素含量呈梯度分布。在固化成型前对含有ＣＮＴｓ的复合材料进行超声处理，促使碳纤维表面的ＣＮＴｓ向周围树脂中分散，发现复合材料的界面过渡层被弱化，其层间剪切强度及弯曲强度较超声处理前分别下降了７．３３％和５．３４％，验证了ＣＮＴｓ强化的界面过渡层对于提高复合材料界面性能的重要作用。