柔性传感器作为一类能够感知机械变形或应力的新兴电子器件，凭借其优异的灵敏度、拉伸性及与复杂表面的贴合性，在医疗监测、智能机器人、人机接口、智能纺织品、运动健康及工业基础设施监测等多个领域展现出广阔的应用前景。理想的应变传感器需在静态与动态工作条件下，均具备极高的测量精度与优异的信号一致性。然而，当前应变传感器的滞后计算方法，基于准静态条件（固定应变幅值与应变率）下测得的材料加载-卸载曲线，无法精准量化实际动态应用场景中由材料滞后引发的传感器信号误差。当承受大应变或高应变率变形时，弹性体基底固有的时间依赖性粘弹性行为，以及异质界面的不可逆滑移，可能导致显著的信号滞后，进而产生信号采集盲区。因此，传统柔性应变传感器的动态性能指标与准静态性能指标往往存在巨大差异。这种时间响应特性的固有缺陷，可能降低采用此类器件的传感系统可靠性，在实际应用中引发误触发或危及安全的系统故障。电容式软应变传感器因具备优异的线性度与拉伸性，非常适用于实际应用。高拉伸电极材料与电介质层是构建电容式应变传感器的基础材料。目前，可拉伸电极材料的研究主要聚焦于两种策略：将高模量导电材料（如碳材料、金属）与弹性橡胶材料共混，或通过复合结构界面实现。然而，由于这些材料间的模量差异显著，变形过程中不可避免地会发生界面摩擦滑移，导致能量耗散与机械滞后的产生。相比之下，水凝胶具有优异的拉伸性，模量可调范围宽（从千帕到兆帕），且具备本征离子导电性，无需添加导电填料即可实现良好的导电性。这些特性使水凝胶在满足器件拉伸性与导电性基本要求的同时，能大幅降低因模量差异引发的滞后。尽管在无外界干扰的理想测试条件下，采用低介电常数材料与高介电常数材料的器件，其灵敏度测试结果无差异，但低介电常数材料器件的初始电容极低，信号极易受到外界电磁干扰与测试设备固有噪声的影响。更关键的是，电容式应变传感器易与外界物体（如金属导体、人体、地面）发生耦合，这些耦合信号很容易淹没传感信号，导致器件信噪比极低，无法应用于实际场景。
基于传感器实际应用中的抗干扰要求，以及电容式软应变传感器的工作原理，高性能传感器的理想电介质弹性体应具备足够高的介电常数、大弹性应变与低滞后特性。然而，软材料粘弹性力学性能与电学性能之间的不可调和矛盾，限制了其在大应变、高速动态条件下的器件应用。弹性体的滞后特性主要由分子链段间的摩擦程度决定：低极性对称分子结构可有效减少分子链间相互作用，从而降低摩擦耗散与滞后。天然橡胶与硅橡胶弹性体表现出近乎理想的弹簧超弹性行为，可用弹性模量为k的胡克模型进行合理建模，但这类材料本征介电常数低，不适合作为电介质应用。对于需要高介电常数的弹性体（如聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、聚丙烯酸酯）或具备离子导电性的材料（如水凝胶），通常采用高极性不对称分子结构的聚合物。其强烈的分子间相互作用会在变形过程中产生大量摩擦能耗散，导致显著的滞后行为。因此，要构建兼具静态与动态性能的理想应变传感器，迫切需要开发低滞后复合材料的制备技术。北京航空航天大学蓝天杰出教授潘曹峰团队的Rongrong Bao等、南方科技大学材料科学与工程系郭传飞以及中国科学院北京纳米能源与系统研究所通过高文超携手界面配位策略，构建了一种滞后缓解型应变传感系统。以弹性体基质的开尔文-沃伊特粘弹性模型为指导，研究设计了一种合理的界面协同结构，通过粘弹性能量调控提升回弹刚度，从而实现大幅滞后抑制。该结构的实现，依赖于一种具有分子尺度钩锁互锁机制的双网络可变形粘结体系。这种新型粘结剂可在异质弹性体与水凝胶聚合物网络间实现稳固的界面整合，同时保留材料的本征拉伸性。由此产生的界面工程技术，借助适应性粘结整合方法，实现了具有异质多层结构的低滞后弹性体复合材料的组装。基于优化多层结构的电容式应变传感器原型，展现出线性响应特性：在200%的宽应变范围内，达到R²=0.9998的高线性度。本研究建立了应变传感器的应变率依赖性动态滞后评估框架：通过系统实验获取传感器在多梯度应变率下的工作范围数据，所构建的数学计算方法能够动态评估任意时间点随机波动的应变率与幅值数据的可靠性，实现传感器滞后程度的实时动态量化，为研究传感器动态特性提供了理论框架与技术路径。研究成功制备出动态误差范围低于1%的低滞后应变传感器（100%应变、50%/s应变率）；在极端力学动态测试条件下（峰值应变100%、应变率1000%/s），低滞后传感器的误差范围仍低于5%，而高滞后器件的误差范围则超过40%。
这种强韧粘结结构进一步赋予系统更高的机械回弹性，表现为器件间性能指标一致性达93.56%，且具备优异的抗损伤能力。优化的动态响应特性，显著降低了其在人机接口应用中的延迟。机器人验证实验表明，与传统传感平台相比，该传感器在高动态操控序列中的任务得分显著提升，证实了系统在随机动态环境中的运行可靠性。
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea2450
