碳纳米管纤维是由大量碳纳米管自组装形成的一维宏观体结构，具有轻质、柔性、高强度、导电、导热、可编织等特点，在多功能纤维、功能复合材料、传感、能源材料及柔性可穿戴器件等领域具有广阔的应用前景。常规的碳纳米管纤维采用直接生长、液态纺丝、气凝胶纺丝、阵列抽丝等方法合成，一般为直丝形态。该结构纤维在拉伸过程中，碳纳米管易互相滑脱造成不可逆的塑性变形，使得纤维不能弹性回复。此外，直纤维断裂应变也比较低（<10％），限制了其作为传感器的应用。本论文通过可控的纺丝方法，对纤维结构进行调控，首次制备了含有密排微观螺旋结构、长程有序的单壁碳纳米管纤维，发现其具有超大应变拉伸、弹性回复等独特性能。基于这种螺旋纤维，制备了应变传感器、旋转致动器和人造肌肉等器件，以及可任意变形、抗疲劳的全固态纤维型超级电容器。实验结果表明，碳纳米管螺旋纤维是一种新型的碳纳米管自组装结构，具有常规直纤维难以获得的力学特性，且在力学、电学、能源等领域都有潜在的应用。　　利用化学气相沉积直接合成的大面积单壁碳纳米管薄膜，采用传统的纺丝方法，通过过扭制备了碳纳米管螺旋纤维。纤维上的螺旋均匀密排，数量和螺距可控。通过控制过扭度，获得了单螺旋、双螺旋以及复杂螺旋等一系列结构。测试了力学性能并研究了形变机制，在拉伸应力下螺旋互相分开，并被拉直，从而产生大的应变。发现单螺旋的拉伸应变可达285%，在一定应变范围内能够弹性回复，且电阻随应变呈有规律的变化；发现双螺旋具有两次断裂的特性，其中的两根单螺旋总是一前一后断裂，且断裂应变相差较大；发现复杂螺旋在拉伸的过程中其螺旋解开和回复的位置不变，且过程可逆。　　探索了螺旋纤维在传感器和致动器方面的应用。利用复杂螺旋中储存的大量扭转，制备了超大应变传感器，在500%的应变范围内电阻呈规律变化。同时，利用重物的拉力解开复杂螺旋，释放扭转，使得碳纳米管螺旋纤维能够带动自身重量30000倍的重物高速旋转，并重复使用。将相变材料石蜡灌注到纤维的孔隙内，制备了碳纳米管-石蜡复合螺旋纤维，能够像人造肌肉一样在电致驱动下实现收缩、形状改变、缠绕等各种动作。其中，施加较小的电压（1-2 V），处于拉伸状态的复合螺旋纤维能够产生大应变（90%）的轴向收缩，远高于基于碳纳米管直纤维的人造肌肉所产生的收缩应变。　　利用碳纳米管螺旋纤维作为柔性可拉伸电极，制备了全固态、不依赖任何基底材料的纤维型超级电容器，可在150%的拉伸应变下正常工作，远高于其它依附在有机物基底上的碳纳米管薄膜或纤维超级电容器的拉伸范围。在碳纳米管表面负载赝电容材料聚吡咯，将电极的比电容提升了近4倍。螺旋纤维超级电容器还可以任意变形，而性能稳定。此外，首次测试了该螺旋纤维在动态拉伸条件下的电容行为，在高速形变（拉伸频率为10 Hz）、10000次循环条件下能够保持稳定的比电容。测试了恒流充放电特性及电化学阻抗，分析了相关机制。基于碳纳米管螺旋纤维的超级电容器具有大应变拉伸、可任意变形、抗疲劳等特性，是一种高性能的柔性储能器件。