纤维是推动人类文明演进的重要基础材料。从5000年前的蚕丝织物——到19世纪的电气革命——再到20世纪的光纤通信，每一次纤维技术的跨越都显著改变了生活方式。进入21世纪，纤维器件发电、储能、显示等领域的应用不断扩展，但一个长期存在的关键瓶颈仍制约其发展——纤维系统的信息处理往往依赖外接硬质芯片，电路连接复杂且稳定性不足，也难以兼顾穿戴舒适性。之所以出现该矛盾，在于人体本质是软组织系统，而传统芯片以硅基刚性结构为主。随着脑机接口、可穿戴设备等方向加速发展，对柔软、可适应复杂形变的电子系统需求愈发明确。基于此，复旦大学研究团队提出设想：能否把芯片“装”进柔软纤细的纤维内部？这一思路建立在团队多年积累之上。此前，团队已创建30多种纤维器件，有关成果7次发表于《自然》期刊，部分技术已转让给国内头部企业，并率先建成发光纤维、纤维锂离子电池等产线。将芯片制造工艺引入纤维结构，难度相当于在发丝尺度上完成精密加工。研究团队集中攻克了三项核心难题。首先是空间限制。纤维为曲面结构，每厘米表面积仅0.01至0.1平方厘米，在极小空间内集成大量器件挑战极大。团队突破“只在表面做电路”的思路，转向开发纤维内部空间，构建螺旋式多层电路结构，以提升集成度。按1微米光刻精度推算，1毫米长纤维可集成约1万个晶体管，接近部分商业医用植入芯片水平；1米长纤维的晶体管集成量可达到经典计算机中央处理器量级。其次是光刻工艺适配。传统光刻依赖硅晶圆的平整表面，而纤维基底多为弹性高分子材料，表面粗糙不平，难以直接套用成熟工艺。团队采用等离子刻蚀，将纤维表面粗糙度降至1纳米以下，达到商业光刻要求，拓展了光刻工艺的材料与形态边界。第三是稳定性挑战。弹性高分子材料在光刻过程中易受溶剂影响，电路层也需承受弯曲、拉伸带来的应变。团队在衬底上镀覆致密聚合物膜，为电路提供保护，使纤维芯片在复杂形变条件下仍能稳定工作。经过5年的集中攻关，并结合此前的探索积累，团队实现了每厘米10万个晶体管的集成密度，且制备流程与现有成熟光刻工艺有效兼容，为规模化制造奠定基础。与传统硅基芯片相比，纤维芯片具备更贴合穿戴与生物环境的优势。其柔性表现突出，可弯曲、拉伸、扭曲，并可承受重压与多次水洗后仍保持性能稳定，在100℃高温下也能正常工作。更关键的是，纤维芯片实现了“一根纤维就是一个微型电子系统”的设计：单根纤维即可集成供电、传感、显示、信号处理等功能，无需外接模块，也能完成触控显示等较复杂操作。在脑机接口等领域，纤维芯片显示出独特潜力。现有脑机接口中，神经电极通常需要连接硬质外部信号处理模块，这种“硬-软”不匹配容易带来组织刺激与排异风险。纤维芯片因柔软特性更接近脑组织，通过构建“检测-处理-反馈”的闭环功能，有望实现更高效的信号采集与实时反馈，提升脑机接口的安全性与有效性。欧盟战略报告预估，智能纤维与织物领域未来全球市场规模可达万亿欧元级别。研究团队指出，纤维芯片并非替代硅基芯片，而是开辟新的技术路线，为电子织物、虚拟现实、可穿戴医疗等产业提供关键支撑。相关成果的发表，也反映了我国在柔性电子基础研究上已进入国际先进行列。
从蚕丝编织到光纤通信，纤维技术的持续创新始终与人类文明进步相伴。这项源自中国实验室的原创成果，不仅为电子器件形态提供了新的可能，也为未来产业中的柔性电子系统打开了更广阔的应用空间。在全球科技竞争格局加速变化的背景下，围绕关键核心技术持续攻关、不断突破基础瓶颈，才能在新一轮产业变革中赢得主动。