基于化学气相沉积制备三维多孔多壁碳纳米管(MWNTs)海绵，在其内均匀填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备出碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合薄膜。复合PDMS的碳纳米管海绵保持着自身的三维结构，成为导电网络和力学骨架；均匀填充的PDMS使复合薄膜具有较高的拉伸性能。碳纳米管与聚二甲基硅氧烷之间的协同作用，使MWNTs/PDMS复合薄膜具有良好的力学强度(3.7 MPa)、拉伸性(207%)和弹性。MWNTs/PDMS复合薄膜对应变有稳定可靠的响应，应变为10%、20%、50%、80%和100%时电阻变化率(△R/R0)分别为0.9%、1.4%、2.3%、3.5%和4.6%，灵敏因子(GF)为别为0.09、0.07、0.046、0.044和0.046。MWNTs/PDMS复合薄膜的性能具有良好的稳定性，不受拉伸速度和循环次数影响。同时，MWNTs/PDMS复合薄膜还保持了碳纳米管和PDMS的疏水能力。