人工肌肉纤维是近些年发展的一类新型的纤维状类肌肉行为材料,可在外界刺激条件下(光、电、热、磁、溶剂、湿度等)产生可逆的收缩、转动、弯曲等类肌肉行为,拥有比生物肌肉纤维更强的驱动能力,可应用于智能机器人,人工脏器等智能驱动系统。本文基于跨尺度结构设计思想,以碳纳米管为结构基元,提出热致变刚度碳纳米管螺旋复合纤维的新概念,突破了碳纳米管螺旋纤维可控组装技术与复合技术,使人工肌肉纤维获得双向驱动的能力,阐述了碳纳米管螺旋复合纤维的热致双向驱动机制。本文基于化学气相沉积法获得具有少壁结构的碳纳米管薄膜,所制备薄膜中碳纳米管呈网状随机分布,采用机械加捻方法获得碳纳米管直纤维,随着加捻程度的增大,纤维内部的碳纳米管之间形成更多的管束,宏观表现为纤维拉伸强度由51MPa增加至447 MPa,电导率由6.5×10~4 S/m增加至19.5×10~4 S/m,随着加捻程度的继续增加,纤维开始出现螺旋结构,并最终形成碳纳米管螺旋纤维,这种螺旋结构可以通过解旋的方式极大的提升纤维的断裂延伸率。突破了碳纳米管螺旋纤维复合化技术,利用碳纳米管纤维的多孔结构,在预拉伸条件下进行环氧树脂的灌注,制备出碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料,。并利用SEM对复合材料的微观形貌进行了表征,复合材料保持了碳纳米管螺旋纤维的类弹簧结构,其拉伸强度可达320 MPa,杨氏模量可达7.63 GPa。对碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料热致驱动行为进行研究并分析了这种复合材料的热驱动机制。这种碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料在一定温度范围内能够通过升高温度的方式实现驱动变形,并且随着温度的升高,驱动变形量逐渐增加,在50℃条件下,碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料的驱动变形量可达10%以上。并且该复合材料热驱动能够产生超过其自重10倍的输出力,输出应力可达6.6 MPa,相当于人体肌纤维的22倍。很重要的是,这种碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料具有良好的循环稳定性,经过100次升降温实验,其驱动变形量保持稳定。最后,本文对这种碳纳米管螺旋纤维/环氧树脂复合材料的热驱动机制进行了分析讨论。