這一成果標志著芯片技術首次從“硬質塊體”邁向“柔軟纖維”，為未來智能織物、腦機接口、虛擬現實等新興產業提供了全新的技術支撐。
1月22日凌晨，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）主刊發表了一項來自中國復旦大學的重大科研突破——彭慧勝/陳培寧團隊成功在柔軟的高分子纖維內制造出大規模集成電路，研發出全球首款“纖維芯片”。
這一成果標志著芯片技術首次從“硬質塊體”邁向“柔軟纖維”，為未來智能織物、腦機接口、虛擬現實等新興產業提供了全新的技術支撐。
成卷的“纖維芯片”。復旦大學供圖，下同
纖維芯片的誕生
傳統芯片的制造主要依賴于平整穩定的硅片，通過光刻工藝構建高密度集成電路，是硬質、片狀的。
然而，復旦大學彭慧勝/陳培寧團隊卻另辟蹊徑，提出了一種全新的“多層旋疊架構”設計思路。這一設計靈感來源于“卷壽司”，即在纖維內部構建多層集成電路，形成螺旋式旋疊結構，從而最大化地利用纖維內部空間。
“纖維芯片”概念圖
據研究團隊介紹，纖維不僅具有曲面結構，表面積極小，而且用于制備纖維器件的彈性高分子基底很難耐受光刻過程中的各類極性溶劑。同時，還要保證在拉伸、扭轉等變形中保持電路穩定。面對這些挑戰，團隊通過近五年的攻關，成功攻克了高分子表面平整化、耐溶劑侵蝕、形變下電路穩定等多個技術難題，最終實現了每厘米10萬個晶體管的集成密度。
纖維芯片的優勢
這款“纖維芯片”不僅保持了纖維柔軟、可編織的本征特性，更實現了電阻、電容、二極管、晶體管等電子元件的高精度互連。其光刻精度達到了實驗室級光刻機的最高水平，意味著基于“纖維芯片”，未來可將發光、傳感等模塊直接集成在一根纖維上，形成無需外接設備的全閉環系統，甚至實現自供能。
柔軟的“纖維芯片”甚至可以打結
實驗推算顯示，按照目前實驗室級1微米的光刻加工精度，長度為1毫米的“纖維芯片”可集成數萬個晶體管，其信息處理能力可與一些醫療植入式芯片相當。若“纖維芯片”長度擴展至1米，其集成晶體管數量有望提升至百萬級別，達到與經典計算機中央處理器相當的集成水平。
“纖維芯片”顯示多層旋疊架構的三維重構熒光標記照片
“纖維芯片”及其內部局部電路光學照片
此外，“纖維芯片”還具有優異的柔性，可耐受彎曲、拉伸、扭曲等復雜形變，如承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變、180°/厘米扭轉等變形，甚至在經過水洗、高低溫、卡車碾壓后，仍能保持性能穩定。
或成新興產業的變革者
“纖維芯片”的問世，為多個新興產業帶來了變革性的發展機遇。
在腦機接口領域，纖維芯片有望破解傳統設備瓶頸，為腦科學研究和腦神經疾病治療提供新的工具。目前，腦機接口的神經探針需連接外部信號處理模塊，而基于“纖維芯片”，可在直徑低至50微米的超細纖維上，集成高密度傳感-刺激電極陣列與信號預處理電路，其柔性與腦組織相當，生物相容性良好。
在腦機接口領域的應用示意圖和纖維系統實物光學照片
在電子織物方面，纖維芯片能讓普通衣物變身“交互屏”。借助纖維芯片的有源驅動電路，單根纖維可集成高密度像素點陣列，意味著人們今后或許無需掏出手機，袖口就能顯示導航；運動時，衣服可實時顯示生理健康數據、甚至播放視頻。
在單根纖維上實現多功能一體化集成的示意圖和實物照片
在單根纖維上實現觸控顯示的信息交互功能
在虛擬現實領域，纖維芯片同樣大有可為。傳統觸覺交互手套依賴硬質傳感器和芯片，難以緊密貼合皮膚，在遠程手術等精細操作中存在局限。而基于“纖維芯片”的智能觸覺手套兼具全柔性與透氣性，可集成高密度傳感與刺激陣列，更精準模擬不同物體的力學觸感，提升人機交互體驗。
“纖維芯片”虛擬現實領域應用示意圖和實物圖
產業化之路
復旦大學纖維電子材料與器件研究院的陳培寧教授表示，纖維芯片的制備方法可與目前芯片產業中成熟的光刻制造工藝有效兼容，這為其從實驗室走向規模化制備和應用奠定了堅實基礎。目前，團隊已通過研制原型裝置、設計標準化制備流程，初步實現了“纖維芯片”的實驗室級規模化制備。
團隊合影
展望未來，團隊希望進一步加強跨學科協作與產業合作，通過材料與工藝的優化，提升芯片良率和集成度，推動“纖維芯片”在更多領域實現高質量應用。陳培寧教授表示：“長遠來看，我們希望有一天，基于‘纖維芯片’的電子織物，能像手機、電腦一樣進行高效的信息交互。”
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