碳纳米管纤维具有优异的力学和电学性能，在未来轻量化、高性能复合材料及智能材料领域显示出传统纤维无与伦比的优势。然而，由于现有加工技术及原理的限制，碳纳米管在纳米尺度下优异的力学及功能特性还未能在其宏观纤维组装体中得到充分的传递与利用。为此，本文以探索高性能碳纳米管纤维的制备和应用为目标，通过温和的化学及非化学键合方式，发展了多种途径的碳纳米管纤维的功能化技术，在优化纤维的力学和电学性能的同时，探索了碳纳米管纤维在功能器件与智能材料中的应用。主要研究内容包括：　　⑴纺丝技术优化及对其纤维形貌与性能的调控。本文在阵列纺丝的过程中，通过小分子溶剂收缩，调节适当捻度和牵伸制备了初始强度在1 GPa左右，电导率约460 S/cm的碳纳米管纤维。通过控制纺丝过程中薄膜收捻的螺旋形式，可制备得到表面平滑无沟壑的纤维。　　⑵室温酸化处理对碳纳米管纤维结构与性能的影响研究。通过温和的酸化途径实现了纤维中碳纳米管表面的质子化及弱氧化，进而致密化了纤维的堆积结构，增强了管间界面摩擦，将纤维的力学强度和电导率分别提高了52％和128％，达到1.52 GPa和1050 S/cm。纤维内部与表面的活化程度的调控为改善纤维界面上的离子与电荷交换提供了更有利的条件。碳管表面的质子化可使苯胺分子在纤维表面的电化学聚合和掺杂呈现特殊的行为，其电极比电容可达299 F/cm3，明显优于未改性的纤维电极。　　⑶石墨烯对碳纳米管纤维表面的非共价修饰研究。通过界面组装的方式，实现了微米级片状石墨烯在碳纳米管纤维表面的包覆，并且包覆程度可调。该包覆平滑了纤维表面，可防止客体单元进入损伤纤维的力、电性能，而且促进了纤维的功能化应用。其中纤维复合导电高分子聚苯胺制各线电容的实验中，氧化石墨烯包覆的纤维沉积聚苯胺后能得到更高的电容量和能量密度;而纤维复合纳米二氧化钛制备光电转化电极的结果表明，还原石墨烯包覆的纤维更易于氧化钛的沉积，进而产生更高的光电流。　　⑷碳纳米管复合纤维的电致增强效应研究。碳纳米管纤维在通电的状态下，电磁响应产生的力会继续对纤维进行径向加捻和轴向收缩，并且电致生热会加热碳管间的物质，使其快速升温。以热塑性聚乙烯醇和尼龙分子浸润的纤维可在通电下产生分子链重排，使纤维的力学性能得到提高。更为重要的是，将热固性双马单体分子浸润碳纳米管纤维时，以通电方式可以在2 min内将纤维的强度提高至＞2 GPa，该电致固化及重排效应有利于快速并均匀改善管间相互作用，可发展成为碳纳米管功能纤维加工的新方法与毅技术。　　⑸基于取向碳纳米管结构复合聚氨酯智能膜的研究。通过将并排多根取向的碳纳米管纤维与聚氨酯复合，制备出了电控透明可调的智能膜。在此基础上，以取向碳纳米管薄膜替代纤维，进一步改善了高分子与碳管的作用界面，实现了智能膜从不透光到透明态的快速转变。该智能薄膜技术可应用于柔性、非平面器件上，也有望发展成为低成本智能玻窗的一种方法。