2026年1月1日，北京航空航天大学国际前沿交叉科学研究院（以下称“国交院”）、南方科技大学软力学与智能制造重点实验室及中国科学院北京纳米能源与系统研究所等单位合作，在高性能柔性电子传感领域取得重要突破。研究团队提出一种基于“界面协同”的新型材料设计策略，成功研制出在极端动态条件下仍保持高精度、低滞后响应的电容式柔性应变传感器。相关成果以“Hysteresis-free and dynamically resilient strain sensor enabled by interfacial coordination”为题发表于国际权威期刊《Science Advances》。

柔性传感器的“滞后”难题

柔性应变传感器作为可穿戴设备、人机交互系统和智能机器人中的关键元件，需在复杂形变下实时、准确地感知人体或机械结构的运动状态。然而，现有柔性传感器普遍采用具有粘弹性的软质材料（如聚丙烯酸酯类弹性体），其内部高分子链段在快速拉伸或释放过程中会产生显著的能量耗散，导致输出信号滞后于实际应变——即所谓“机械滞后”现象。

这种滞后不仅造成测量误差，更会在高速动态场景中形成“感知盲区”，严重影响人机协同系统的响应速度与操作精度。尤其在关节高频弯曲、机器人抓取等应用场景中，传统传感器往往因无法同步跟踪瞬态应变而失效。

图1. 低滞后器件设计思路

策略：刚柔并济的“双网络”界面黏附技术

针对上述挑战，研究团队另辟蹊径，从材料界面工程入手，构建了一种“超弹性封装层 + 高介电层 + 离子导电水凝胶电极”的多层异质结构，并开发出一种兼具高粘附性与高延展性的刚柔双网络可拉伸胶粘剂。

该胶粘剂由柔性硅氧烷网络与刚性聚氰基丙烯酸酯网络协同构成：前者确保与低滞后弹性体（如Ecoflex）良好变形匹配，后者通过单体原位聚合在水凝胶与弹性体界面形成“分子钩锁”式的物理互穿结构，实现超过3000 N/m的剥离强度。更重要的是，该界面在200%拉伸下无任何脱层，保障了应变在异质材料间高效、低损耗传递。

图2. 异质弹性界面黏附

性能：动态滞后低于1%，工作范围超200%

基于此设计，所制备的电容式应变传感器展现出优异动态性能：在0–204%应变范围内，线性拟合优度R⟡高达0.9998；在100%应变、50% s⁻¹应变率下，动态滞后误差低于1%；即使在极端条件（100%应变、1000% s⁻¹）下，滞后仍控制在5%以内；经历10,000次循环拉伸（50%应变）后信号漂移小于±2%，常温下稳定工作超1080小时；可承受锤击、穿刺、51公斤重压及-10℃低温，适用于复杂真实场景。

图3. 低动态迟滞应变传感器件制备及性能表征

尤为关键的是，团队首次建立了以应变率为参数的动态滞后量化评估框架，通过数学模型实时计算传感器输出与理论应变之间的偏差，为柔性传感器在随机动态工况下的可靠性评价提供了新标准。

图4. 低动态迟滞弹性结构设计与模拟

图5. 器件动态迟滞实时量化与表征

应用验证：人机交互延迟大幅降低

为验证实际效能，研究团队将5个传感器集成于智能手套，用于实时操控机械手。在模拟手机点击游戏的高动态任务中，采用低滞后传感器的系统得分比高滞后系统提升超200%，显著减少因信号延迟导致的“误点”或“漏点”。这证明该技术可有效满足人机接口对亚秒级响应的需求。

图6. 低动态迟滞器件在人机交互领域的应用展示

展望

本研究通过材料创新、界面工程与动态表征方法的深度融合，攻克了柔性传感器在高速大变形场景下的核心瓶颈。该“零滞后”传感平台不仅适用于可穿戴健康监测、智能假肢、软体机器人等领域，也为未来高可靠柔性电子系统的设计提供了普适性范式。

项目负责人、北航国交院潘曹峰教授表示：“我们希望这项工作能推动柔性传感从‘准静态可用’迈向‘动态精准’的新阶段，真正实现电子皮肤与人类运动的无缝同步。”

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2450

作者简介

潘曹峰，北京航空航天大学二级教授，博士生导师，国家高层次人才，校学术委员会委员。2005、2010年分别于清华大学材料科学与工程学院获学士、博士学位， 2012年获全国优秀博士学位论文奖。其后于美国佐治亚理工学院材料科学与工程学院进行博士后研究。2013-2023年任中国科学院大学/北京纳米能源与系统研究所研究员。

长期从事低维半导体多模态类脑感知触觉芯片研究。在Nat. Photon.、Nat. Comm.、Adv. Mater.、Chem. Rev.、Adv. Energy Mater.等期刊上发表SCI论文320多篇，引用36400余次、H因子108（谷歌学术），40余成果入选“中国百篇最具影响力国际学术论文”和“ESI高被引论文”。授权美国专利3项，中国专利40余项。入选北京市海聚计划（2015）等；科睿唯安全球高被引学者（2023、2024）、河南省自然科学一等奖等荣誉。主持国家重点研发专项（传感器专项），国家重点研发专项课题（纳米专项），原创重点、联合重点，北京市科技创新计划和自然基金重点项目，中国科学院院长基金等。现任国际期刊Sci. Bull.和Nanotechnology副主编，中国材料学会交叉分会副理事长、智能传感功能材料与器件分会常务理事与纳米材料与器件分会理事、原子级制造创新发展联盟副理事长。