CN115890643A - 一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维及其制备方法；人工肌肉纤维包括纤维基体、电极和绝缘层，人工肌肉纤维以纤维基体为骨架，上下两层各覆盖一层电极，在其表面上覆盖一层绝缘层；经过旋绕形成螺旋形纤维体，最后进行封装形成人工肌肉纤维；其中以金属丝为引线分别接在上下两层电极上。本发明提供的人工肌肉纤维可以实现在不同外加电压组合下主动伸长和主动收缩驱动形式，具有驱动应变大、驱动频率高的特点，并具有电学自修复能力。

Description

一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于人工肌肉材料技术领域，尤其涉及一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维及其制备方法。

背景技术

人工肌肉是指一类能够在外界物理或化学刺激下发生伸缩、膨胀、弯曲、扭转等一系列基本运动的柔性材料和器件的统称。相比于传统的电机、铰链等刚性驱动器，其最大的特点是柔软且灵活，能以连续变形的形式承受大应变，具有极高的自由度、可根据实际需求改变自身形状，在柔性机器人制造、医疗服务、深海探测、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。

事实上，规模应用人工肌肉需要构建模块化集成的人工肌肉器件，因此将人工肌肉材料制备成纤维状更具有实用意义。现有的纤维型人工肌肉主要基于聚合物加捻技术的扭转肌肉和伸缩肌肉，驱动源一般为热、湿度、电化学等，其在驱动源刺激下纤维纱线体积发生膨胀导致捻曲结构产生扭转和伸缩以达到驱动效果：如Baughman等人（Mu J, Jung deAndrade M, Fang S, et al. Sheath-run artificial muscles[J]. Science, 2019,365(6449): 150-155.）报道了“壳层结构驱动”的人工肌肉纤维，通过吸收和释放乙醇蒸汽实现纤维的收缩和恢复，在0.1Hz的驱动频率下可实现8.5%的应变;专利CN112391831B公开了一种利用碳纳米管薄膜加捻后制备了热驱动的人工肌肉纤维，温度升高导致纤维收缩，温度降低后纤维恢复至原长。这类聚合物加捻方法实现简单，主动驱动方式主要为收缩；但由于离子扩散速率或降温速率等的限制，驱动频率较低（一般有效驱动在0.01-10Hz量级）。少数报道的介电弹性体制备的人工肌肉纤维虽然可以实现高驱动频率（1-100Hz量级），但仅能在电压的作用下完成单一方向上的主动驱动，去除电压后靠材料自身弹性进行被动回复，这极大限制了人工肌肉纤维的应用范围；另外已有报道都是直线型纤维形态，驱动应变值较小。如David R. Clarke等（Chortos A, Mao J, Mueller J, et al. Printingreconfigurable bundles of dielectric elastomer fibers[J]. Advanced FunctionalMaterials, 2021, 31(22): 2010643.）报道的3D打印介电弹性体直线型纤维在电场Maxwell应力作用下，纤维壁变薄实现了轴向伸长的主动驱动，8KV电压下仅得到约3%应变；专利CN114246977A公开的直线型肌肉纤维在电压作用下径向膨胀仅实现了轴向收缩的主动驱动。

上述现有技术研究凸显出的人工肌肉纤维主动驱动方式单一（仅能在电压作用下实现某单一方向上的应变，而后需去掉电压靠材料自身弹性被动回复）、直线形态导致的驱动应变小等缺点，这极大地限制了人工肌肉纤维的实际应用和发展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明提供了一种电场驱动可高频响应、同时实现电场作用下的主动伸长和主动收缩两种驱动方式且具有电学自修复能力的人工肌肉纤维及其制备方法。本发明公开的制备方法可实现纤维功能层的层层制造和组装，并能与电路等印刷制备工艺相兼容，具有更高的精准性和可操作性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，人工肌肉纤维包括引线、电学封装结构、纤维基体、电极层和绝缘层，所述人工肌肉纤维以纤维基体为骨架；上下两层各覆盖一层电极层；在其表面上覆盖一层绝缘层；经过旋绕形成螺旋形纤维体；最后通过电学封装结构进行封装形成人工肌肉纤维；其中以金属丝为引线分别接在上下两层电极上；

在上下两层电极之间施加不同符号的电压或一层接地、另一层施加任意符号电压，该人工肌肉纤维实现主动收缩驱动；

在上下两层电极之间施加相同符号的电压，该人工肌肉纤维实现主动伸长驱动。

进一步地，所述封装为一根或多根螺旋形纤维体进行封装；螺旋形纤维体的连接方式为串联或/和并联。

进一步地，所述电学封装结构内填充介电液、水凝胶、油凝胶和空气其中一种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当以变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用热塑性弹性体膜、硅橡胶膜和天然橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体含量在1.0%-99.9%；

所述纤维基体和绝缘层材料均包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、热塑性弹性、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英的一种或多种；

所述电极层为柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、铜箔、导电胶带、金属导线中的一种或多种。

进一步地，所述电压的范围在-20KV至+20KV之间。

进一步地，所述纤维基体骨架的弹性模量在0.1MPa至10GPa之间；

所述电极层的厚度在0.01-1000μm之间；

所述绝缘层的厚度在1-100μm之间；

所述螺旋形纤维体的螺距在0.01-10mm之间。

一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，通过以下制备方法得到：

（1）在纤维基体的两侧复合电极层，得到复合材料A；

（2）将步骤（1）中得到的复合材料A的两侧复合绝缘层材料，得到复合材料B；

（3）切割或熔融拉丝处理步骤（2）中得到的复合材料B，获得直条纤维状样品C；

（4）对步骤（3）中直条纤维状样品C在模板上进行卷绕得到螺旋形纤维样品D；

（5）对步骤（4）中得到的螺旋形纤维样品D进行热退火或溶剂退火，以固定螺旋形纤维样品D；

（6）对步骤（5）中得到的螺旋形纤维样品D进行封装和外接电极，最终得到能同时实现伸长和收缩驱动的螺旋形自修复人工肌肉纤维E。

进一步地，所述封装结构内填充介电液、水凝胶、油凝胶和空气其中一种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当以变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用热塑性弹性体膜、硅橡胶膜和天然橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体含量在1.0%-99.9%；

所述纤维基体和绝缘层材料均包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、热塑性弹性、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英的一种或多种；

所述电极层为柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、铜箔、导电胶带、金属导线中的一种或多种。

进一步地，所述电极层可通过手工涂覆、浸渍提拉、电路打印机喷墨打印的方法与纤维基体进行复合；

所述绝缘层通过界面聚合、溶液刮膜、热压成膜、浸渍提拉的方式复合包裹电极层；

所述封装为一根或多根螺旋形纤维样品D进行封装；螺旋形纤维样品D的连接方式为串联或/和并联。

进一步地，所述人工肌肉纤维E所用的电压范围在-20KV至+20KV之间。

进一步地，所述纤维基体材料的弹性模量在0.1MPa-10GPa之间；

所述电极层的厚度在0.01-1000μm之间；

所述绝缘层的厚度在1-100μm之间；

所述螺旋形纤维样品D的螺距在0.01-10mm之间；

所述熔融拉丝工艺为光纤拉丝塔拉丝工艺，熔融温度在100-300℃；

所述热退火的温度可为30°C-200°C ；

所述溶剂包括二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种或多种。

本发明具有以下有益效果：

1、相比于现有的人工肌肉纤维只能实现单一主动驱动形式（仅能单一主动伸长或单一主动收缩），本发明公开的人工肌肉纤维可通过施加电场变化实现主动伸长和主动收缩两种驱动形式，极大地拓宽了人工肌肉纤维的可应用范围和提升了驱动效果；

2、相比于现有的直线形纤维形式的电驱动人工肌肉纤维，本发明公开的螺旋形人工肌肉纤维具有更大驱动应变，驱动动作更加稳定精准；

3、相比于现有的人工肌肉纤维器件，本发明所公开的人工肌肉纤维通过封装使其具有电学自修复特性，极大提高了稳定性，不容易发生高压击穿失效，适用于类人机器人、智能假肢等应用。

4、相比于现有的热驱动加捻型聚合物人工肌肉纤维，本发明公开的电驱动人工肌肉纤维具有更高的响应频率。

附图说明

图1为本发明的人工肌肉纤维的结构示意图；

图2为本发明的人工肌肉纤维的截面示意图；

其中，引线1、螺旋形纤维体2、电学封装结构3、纤维基体4、电极层5、绝缘层6。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限

制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性以及实施方案的更加详细的描述。应理解为本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。

对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，应以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的本质、范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“ 包含”、“ 包括”、“ 具有”、“ 含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。

本发明的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，通过以下制备方法得到：

（1）在纤维基体的两侧复合柔性电极层，得到复合材料A;

（2）将步骤（1）中得到的复合材料A的两侧复合绝缘层材料，得到复合材料B；

（3）切割或熔融拉丝处理步骤（2）中得到的复合材料B，获得直条纤维状样品C；

（4）对步骤（3）中直条纤维状样品C在模板上进行卷绕得到螺旋形纤维样品D;

（5）对步骤（4）中得到的螺旋形纤维样品D进行热退火或溶剂退火，以固定螺旋形纤维样品D；

（6）对步骤（5）中得到的螺旋形纤维样品D进行封装和外接电极，最终得到能同时实现伸长和收缩驱动的螺旋形自修复人工肌肉纤维E。

其中，纤维基体材料的弹性模量在0.1MPa至10GPa之间；

电极层厚度在0.01-1000μm之间；

绝缘层厚度为1-100μm；

切割方式可以为激光切割、裁刀切割；

熔融拉丝工艺可以为光纤拉丝塔拉丝工艺，熔融温度在100-300℃；

直条纤维状样品C的纤维基体宽度优选为0.01mm-100mm，长度优选为10-100000cm；

螺旋形纤维样品D的螺距可以为0.01-10mm；

螺旋形纤维样品D的偏转角可以为0-90°；

热退火温度可为30°C-200°C；

溶剂应选择对前述步骤中纤维样品有良好的溶解性能，溶剂包括但不限于二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、二甲基甲酰胺或四氢呋喃等中的一种或多种；

螺旋形纤维样品E的器件长度在0.1-1000cm；

封装结构内可以填充但不限于变压器油、蓖麻子油、菜籽油、水凝胶、油凝胶等。当以变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，可以采用热塑性弹性体膜、硅橡胶膜天然橡胶膜等包层防止液体泄露；

介电液为具有高绝缘性、高击穿强度和低黏度的液体，包括但不限于变压器油、蓖麻子油或菜籽油；

水凝胶或油凝胶的液体含量在1.0%-99.9%；

复合电极或绝缘层前可对复合纤维进行等离子体溅射处理，使纤维表面与柔性电极或者绝缘层前驱液具有足够的亲润性。

实施例1

本实施例以聚偏氟乙烯作为纤维基体骨架材料，以导电银浆为上、下两侧柔性电极层材料，聚偏氟乙烯作为绝缘层材料，以变压器油作为介电液封装材料，用以制备电驱动的螺旋形人工肌肉纤维，具体包括以下步骤：

（1）将导电银浆充分搅拌后，利用刮刀在聚偏氟乙烯塑料板(厚度0.5mm，宽度3厘米，长度50厘米)长×宽的一侧均匀地铺展50微米厚度的膜，随后放入真空烘箱内温度为130°C固化0.5-2小时后取出，优先固化1小时；在聚偏氟乙烯塑料板长×宽的另一侧利用刮刀均匀地铺展50微米厚度的膜，随后再放入真空烘箱内温度为130°C固化0.5-2小时后取出，优先固化1小时；最终得到两侧均覆盖银电极层的片状样品。

（2）将步骤1中所得的两侧均覆盖银电极层的片状样品的一端固定在提拉镀膜机的夹具上，并确保其处于竖直状态。将绝缘材料聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride，PVDF）浓度为12wt%的溶液置于玻璃容器中，并竖直放置在塑料板下方。此时启动提拉镀膜机将塑料板浸没在PVDF溶液中。随后匀速将塑料板提拉上升至下端完全脱离溶液。保持上述状态直至无液体滴落。随后将其置于70摄氏度的烘箱中进行干燥2小时，得到覆盖绝缘层后的片状样品。

（3）采用激光切割步骤2得到的覆盖绝缘层后的片状样品，得到宽度为0.2毫米的纤维状样品。

（4）以直径为2毫米的不锈钢圆柱为模板，将步骤3得到的纤维状样品进行卷绕，并固定两端。以直径为100微米的铜丝为模板调节螺距。

（5）将步骤4得到的固定在不锈钢模板上的纤维状样品整体放入120摄氏度烘箱内退火2小时，以固定螺旋形貌，得到螺旋形纤维体。

（6）将上下两侧电极利用铜线接出10厘米长度的电极引线后接在高原电源鳄鱼夹上，并将螺旋形纤维体封装在变压器油凝胶中进行驱动测试。

实施例2

本实施例以热塑性弹性体作为纤维基体骨架材料，以银纳米线作为上、下两侧柔性电极层材料，聚偏氟乙烯作为绝缘层材料，以变压器油作为介电液封装材料，用以制备电驱动的螺旋形人工肌肉纤维，具体包括以下步骤：

步骤1：将银纳米线的乙醇溶液充分搅拌后，利用刮刀在热塑性弹性体(厚度0.5mm，宽度1厘米，长度20厘米)的一侧均匀地铺展50微米厚度的膜，随后放入真空烘箱内温度为130°C固化2小时后取出。在热塑性弹性体片材的另一层利用刮刀均匀地铺展50微米厚度的膜，随后再放入真空烘箱内温度为130°C固化2小时后取出，最终得到两侧均覆盖银电极层的片状样品。

步骤2：将步骤1中所得的两侧均覆盖银电极层的片状样品的一端固定在提拉镀膜机的夹具上，并确保其处于竖直状态。将绝缘材料PVDF浓度为10wt%的溶液置于玻璃容器中，并竖直放置在片材样品下方。此时启动提拉镀膜机将塑料板浸没在PVDF溶液中，随后匀速将塑料板提拉上升至下端完全脱离溶液。保持上述状态直至无液体滴落。随后将其置于70摄氏度的烘箱中进行干燥1小时，得到覆盖绝缘层后的片状样品。

步骤3：利用光纤拉丝塔熔融拉丝方法，熔融温度200℃，将步骤2得到的覆盖绝缘层后的片状样品，得到宽度为0.5毫米的直纤维状样品。

步骤4：以直径为4毫米的不锈钢圆柱为模板，将步骤3得到的直纤维状样品进行卷绕，并固定两端。以直径为200微米的铜丝为模板调节螺距。

步骤5：将步骤4得到的固定在不锈钢模板上的纤维状样品整体放入100摄氏度烘箱内退火2小时，以固定螺旋形貌，得到螺旋形纤维体。

步骤6：将上下两侧电极利用铜线接出10厘米长度的电极引线后接在高原电源鳄鱼夹上，并将螺旋形纤维体封装在变压器油中进行驱动测试。

实施例3-50

实施例3～36的制备方法与实施例1和实施例2相似，不同之处在于：

1 .如使用PDMS作为弹性硅胶膜材料，前驱体和交联剂的比例需要适当调整(一般按前驱体和交联剂的质量比在（5-10）：1范围内为较佳)；

2.如果使用界面聚合方法复合绝缘层，需要先将样品浸泡在胺类单体（如哌嗪、对苯二胺、间苯二胺等）的水溶液内，再浸入均苯三甲酰氯的有机溶液中进行反应；或者改变顺序。

3 .当使用银纳米线、铜纳米线、碳纳米管作为柔性电极材料时，这些原材料需要分散在特定的溶剂中(一般为水、乙醇或乙二醇)。浸渍涂覆以后需要在烘箱中一定温度下烘干。

4.不同实施例中卷绕的螺旋形纤维器件的螺距和直径不同。

5.不同实施例中施加的电压和组合不同。

效果验证

经测试，上述实施例1制备得到的人工肌肉纤维在电压驱动收缩时，收缩应变在上下两侧电极分别为+5KV和接地状态下达到了20％，两侧电极分别为+20KV和接地状态下达到收缩应变30%，若继续加大电压的绝对值，收缩应变几乎仍为30%，两侧电极接+5KV和-5KV、+10KV和-10KV和+20KV和-20KV的收缩应变分别为28%、30%、30%；伸长应变在上下两侧电极均为+3KV时达到了7%，在两侧电极均为+20KV（或均为-20KV）的情况下，伸长应变达到12%，若继续加大电压的绝对值，伸长应变增大的很小；综合考虑，本发明优选-20KV至+20KV的电压范围。

在30％的驱动收缩应变下，以20Hz频率反复驱动10万次，器件应变变化在1%以内，驱动性能没有明显下降。

经测试，上述实施例2制备得到的人工肌肉纤维在电压驱动收缩时，收缩应变在上下两侧电极分别为+5KV和接地（或-5KV和接地）状态下达到了30％，两侧电极分别为+20KV和接地（-5KV和接地）状态下达到收缩应变40%，若一侧接地，另一侧继续加大电压的绝对值，收缩应变几乎仍为40%，两侧电极接+5KV和-5KV、+10KV和-10KV和+20KV和-20KV的收缩应变分别为37%、40%、40%；伸长应变在上下两侧电极均为+3KV（或均为-3KV）时达到了12%，在两侧电极均为+20KV（或均为-20KV）的情况下，伸长应变为20%，若继续加大电压的绝对值，伸长应变增大的很小；综合考虑，本发明优选-20KV至+20KV的电压范围。

在30％的驱动收缩应变下，以20Hz频率反复驱动10万次，器件应变变化在0.5%以内，驱动性能没有明显下降。

实施例1～36得到的人工肌肉纤维相驱动应变标准偏差均小于0 .08。驱动应变标准偏差的计算方法如式1所示，其中，每次测得的（伸长或收缩）应变为 ε _n （n=1,2,3,…,100）,其平均值为 ε _a :

上述实施例1～36制备得到的人工肌肉纤维表现出优异的电学自修复能力。对人工肌肉纤维施加击穿电压，击穿发生后击穿区域能很快恢复良好的绝缘性。在100次击穿事件后仍能很好保持其良好的驱动性能(能量密度和功率密度的保持率最低分别达到了93％和90％，驱动应变保持率最低达到了94％，驱动频率基本没有发生变化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

Claims (10)

1.一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，其特征在于，人工肌肉纤维包括引线（1）、电学封装结构（3）、纤维基体（4）、电极层（5）和绝缘层（6），所述人工肌肉纤维以纤维基体（4）为骨架；上下两层各覆盖一层电极层（5）；在其表面上覆盖一层绝缘层（6）；经过旋绕形成螺旋形纤维体（2）；最后通过电学封装结构（3）进行封装形成人工肌肉纤维；其中以金属丝为引线（1）分别接在上下两层电极上；

在上下两层电极之间施加不同符号的电压或一层接地、另一层施加任意符号电压，该人工肌肉纤维实现主动收缩驱动；

在上下两层电极之间施加相同符号的电压，该人工肌肉纤维实现主动伸长驱动。

2.根据权利要求1所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，其特征在于，所述封装为一根或多根螺旋形纤维体（2）进行封装；螺旋形纤维体（2）的连接方式为串联或/和并联。

3.根据权利要求1所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，其特征在于，所述电学封装结构（3）内填充介电液、水凝胶、油凝胶和空气其中一种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当以变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用热塑性弹性体膜、硅橡胶膜和天然橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体含量在1.0%-99.9%；

所述纤维基体（4）和绝缘层（6）材料均包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、热塑性弹性、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英的一种或多种；

所述电极层（5）为柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、铜箔、导电胶带、金属导线中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，其特征在于，所述电压的范围在-20KV至+20KV之间。

5.根据权利要求1所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维，其特征在于，所述纤维基体（4）骨架的弹性模量在0.1MPa至10GPa之间；

所述电极层（5）的厚度在0.01-1000μm之间；

所述绝缘层（6）的厚度在1-100μm之间；

所述螺旋形纤维体（2）的螺距在0.01-10mm之间。

6.一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，其特征在于，通过以下制备方法得到：

（1）在纤维基体的两侧复合电极层，得到复合材料A；

（2）将步骤（1）中得到的复合材料A的两侧复合绝缘层材料，得到复合材料B；

（3）切割或熔融拉丝处理步骤（2）中得到的复合材料B，获得直条纤维状样品C；

（4）对步骤（3）中直条纤维状样品C在模板上进行卷绕得到螺旋形纤维样品D；

（5）对步骤（4）中得到的螺旋形纤维样品D进行热退火或溶剂退火，以固定螺旋形纤维样品D；

（6）对步骤（5）中得到的螺旋形纤维样品D进行封装和外接电极，最终得到能同时实现伸长和收缩驱动的螺旋形自修复人工肌肉纤维E。

7.根据权利要求6所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述封装结构内填充介电液、水凝胶、油凝胶和空气其中一种；所述介电液包括变压器油、蓖麻子油、菜籽油；当以变压器油、蓖麻子油、菜籽油进行封装时，采用热塑性弹性体膜、硅橡胶膜和天然橡胶膜包层；所述水凝胶或油凝胶的液体含量在1.0%-99.9%；

所述纤维基体和绝缘层材料均包括聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚酰胺、聚酰亚胺、天然橡胶、热塑性弹性、硅橡胶、丁苯橡胶、玻璃、石英的一种或多种；

所述电极层为柔性电极，包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电银浆、导电碳脂、液态金属、凝胶电极、铜箔、导电胶带、金属导线中的一种或多种。

8.根据权利要求6中所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述电极层可通过手工涂覆、浸渍提拉、电路打印机喷墨打印的方法与纤维基体进行复合；

所述绝缘层通过界面聚合、溶液刮膜、热压成膜、浸渍提拉的方式复合包裹电极层；

所述封装为一根或多根螺旋形纤维样品D进行封装；螺旋形纤维样品D的连接方式为串联或/和并联。

9.根据权利要求6中所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述人工肌肉纤维E所用的电压范围在-20KV至+20KV之间。

10.根据权利要求6所述的一种双向线性应变的电驱动人工肌肉纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维基体材料的弹性模量在0.1MPa-10GPa之间；

所述电极层的厚度在0.01-1000μm之间；

所述绝缘层的厚度在1-100μm之间；

所述螺旋形纤维样品D的螺距在0.01-10mm之间；

所述熔融拉丝工艺为光纤拉丝塔拉丝工艺，熔融温度在100-300℃；

所述热退火的温度可为30°C-200°C ；

所述溶剂包括二氯甲烷、二氯乙烷、丙酮、二甲基甲酰胺或四氢呋喃中的一种或多种。

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