本发明公开了一种碳纤维复合材料界面增强改性的方法,具体地,本发明通过在碳纤维表面接枝聚膦腈,获得了表面带有大量氨基的改性碳纤维,再将石墨烯和氨基化的碳纤维进行化学接枝反应,在碳纤维表面接枝上具有系列不同密度的石墨烯,能够有效的增加碳纤维表面的粗糙度、比表面积,使得碳纤维与树脂基体之间的界面机械啮合作用增强,此外石墨烯表面的活性基团与树脂基体可以形成化学键合,从而显著地提高碳纤维树脂基复合材料界面粘结强度。本发明还提供了基于上述方法制成的碳纤维,使用该碳纤维制备的复合材料,以及用所述复合材料制成的制件。