复旦大学发布革命性“纤维芯片”，引领未来科技潮流

你能否想象，未来的衣服可以直接播放视频，手套能够精准模拟触感，甚至一根细如发丝的纤维就能完成脑电信号的探测与处理？复旦大学的研究团队近日在这一领域取得了突破性进展，成功研制出“纤维芯片”，这一成果于北京时间1月22日凌晨发表在《自然》期刊上。

复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系、先进材料实验室以及聚合物分子工程全国重点实验室的彭慧胜和陈培宁团队，突破了传统芯片硅基研究的范式，首次在弹性的高分子纤维内实现了大规模集成电路。这一创新将供电、传感、显示和信号处理等多功能集成于一根纤维之内，为纤维电子系统开辟了全新的集成路径。

从单一器件到高密度集成电路

纤维材料的每一次进步都推动着人类文明的变革。从蚕丝、金属导线到通信光纤，纤维电子器件因其在信息、能源和医疗等领域的广泛应用前景，一直备受关注。复旦大学的研究团队早在十多年前就开始关注可穿戴设备的巨大潜力，并持续探索纤维器件的各种可能。

“传统芯片是硬质、片状的，能不能把它做成柔软的纤维？我们觉得这个想法很有趣。”彭慧胜表示。团队从纤维太阳能电池、纤维锂电池起步，逐步拓展出包括发光、显示、储能、生物传感等在内的30多种功能纤维器件，部分技术已实现产品落地并在汽车等领域得到应用。

“带硬质电路板的纤维系统，穿戴舒适性差、连接不稳定、体内植入安全性风险大。”——陈培宁

随着研究的深入，团队意识到，必须将信息处理模块也做成纤维形态。为此，他们创造性地提出了“纤维芯片”的概念，并于2020年开始同步启动“纤维芯片”的攻关。

在柔软纤维里“盖高楼”

“在弹性高分子上做高密度集成电路，好比在软泥地上盖高楼，还要让高楼经得起拉伸扭曲。”陈培宁回忆研发历程时指出了两大核心挑战。首先是表面平整度，团队通过等离子刻蚀技术，将弹性高分子表面粗糙度降至1纳米以下。

其次是溶剂侵蚀和结构稳定。光刻过程中使用的多种极性溶剂会让弹性高分子材料发生溶胀变形，团队最终锁定了一类叫做聚对二甲苯的高分子材料，通过沉积工艺形成“硬-软异质结构”，确保电路层的稳定。

“我们的制备方法可以与现有光刻工艺兼容，初步实现‘纤维芯片’的实验室级规模化制备。”——陈培宁

实验推算显示，长度为1毫米的“纤维芯片”可集成数万个晶体管，其信息处理能力可与一些医疗植入式芯片相当。未来若“纤维芯片”长度扩展至1米，其集成晶体管数量有望提升至百万级别。

柔性“芯纤”的未来应用

“一根头发丝粗细的纤维，就能集成传感、处理、刺激反馈等闭环功能。”陈培宁表示，这项研究成果有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等多个领域提供有力支撑。

在脑机接口领域，“纤维芯片”有望破解传统设备瓶颈，为脑科学研究和脑神经疾病治疗提供新的工具。基于“纤维芯片”，可在超细纤维上集成高密度传感—刺激电极阵列与信号预处理电路。

在电子织物方面，“纤维芯片”能让普通衣物变身“交互屏”。单根纤维可集成高密度像素点阵列，未来或许袖口就能显示导航，运动时衣服可实时显示生理健康数据。

在虚拟现实领域，基于“纤维芯片”的智能触觉手套兼具全柔性与透气性，能更精准模拟不同物体的力学触感。这项技术突破融合了多学科智慧，得到了复旦大学多个团队的支持。

展望未来，团队希望通过材料与工艺的优化，提升芯片良率和集成度，推动“纤维芯片”在更多领域实现高质量应用。“长远来看，我们希望有一天，基于‘纤维芯片’的电子织物，能像手机、电脑一样进行高效的信息交互。”陈培宁说。