人工肌肉在接受刺激信号后可以产生类似生物体肌肉收缩、扭曲、旋转等形式运动,在软体机器人、假肢、柔性外骨骼等领域有着巨大的应用前景。碳纳米管纤维（Carbon Nanotube Fibers,CNTFs）是一种由数百万根一维连续碳纳米管组装而成的宏观纤维,独特的组装方式赋予了其优异的力电学性能和多样化的驱动方式,成为了人工肌肉领域的研究焦点。研究表明,将客体材料涂覆在CNTFs表面作为鞘层较之将其浸润到CNTFs内部表现出更高的驱动性能。在较高电流刺激下,客体鞘层对CNTFs收缩驱动增强效应被认为是客体鞘层与CNTFs协同变形所致。然而,在较低电流刺激下的驱动增强机制仍不明确,且此前所报道的CNTFs无法通过简单的刺激实现大变形、双向驱动,这已成为限制CNTFs人工肌肉应用的关键瓶颈问题。为解决上述问题,本论文基于CNTFs的非卷曲结构,提出将聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）作为鞘层包裹在改性后CNTFs表面制备一种CNTF@PDMS鞘状复合人工肌肉纤维,探究CNTFs包裹鞘层客体材料前后微观结构的变化,分析复合人工肌肉纤维对电、热的刺激响应的差异,揭示较低电流刺激下鞘层客体材料对CNTFs驱动性能增强的机制;同时,将PDMS的电致伸长特性赋予CNTFs,以简单的刺激方式实现大变形、双向伸缩驱动。本文的主要内容和结果如下:（1）CNTFs@PDMS鞘状复合人工肌纤维的制备:针对CNTFs表面化学惰性的问题采用氧等离子体进行表面改性处理,改性后CNTFs原有力电性能无明显变化但纤维表面粗糙度与极性含氧官能团数量增加,使得CNTFs与PDMS的界面接触角由38°降低为21.8°,改性处理提高了CNTFs与PDMS的界面结合能力;随后采用浸涂工艺并基于Landau-Levich方程确定PDMS预固化溶液在体积分数为20%,牵引速度为5 mm/s的条件下涂覆在CNTFs表面的鞘层厚度（5.4μm）分布更加稳定,并且可以通过重复浸涂次数实现对鞘层厚度进行调控。（2）CNTFs@PDMS鞘状复合人工肌纤维的鞘层增强机制:采用非过捻鞘状结构的CNTFs@PDMS复合人工肌纤维,在50m A电流下,驱动应力与驱动应变分别较纯纤维提高2.3倍与20倍,在4 s内可以完成13.28%的收缩变形,在循环200个周期后仍保持稳定的驱动应力输出,此外,将CNTFs@PDMS复合人工肌肉纤维用作电路控制开关,可以实现迅速的响应;CNTFs@PDMS在低电流刺激下,客体鞘层的增强机制为客体鞘层的固化收缩应力对芯部CNTFs产生的致密作用导致内部CNTs管间间距减小而电磁力的增加,且芯部CNTFs的模量由118 MPa提高为780 MPa,电阻率由0.83?·mm降低为0.68?·mm,在25℃-40℃的温度区间加热,表现出与产生相同温度的电流刺激下相反的驱动行为;CNTFs@PDMS在较高电流刺激下,PDMS鞘层的主要增强机制为热致解捻产生与芯部CNTFs协同收缩变形,在55℃-158℃温度区间循环加热,表现出与产生相同温度的电流刺激下相似的驱动行为。（3）CNTFs@PDMS鞘状复合人工肌纤维的双向变形功能:采用剪切滞后模型建立了CNTFs与PDMS鞘层间的应力传递模型对电控双向变形人工肌肉纤维的驱动行为进行分析,在通入50 m A-20 V/μm频率为0.25 Hz的刺激信号时,芯部CNTFs与PDMS鞘层通过界面过渡层互相传递剪切应力实现了13.28%的伸长变形与3.8%的收缩变形。