我国科学家成功研制"纤维芯片" 突破传统技术路径登上《自然》主刊

面向可穿戴设备、智能纺织与沉浸式交互等新兴应用,行业长期面临一个核心矛盾:一方面,终端需要更高的计算与控制能力;另一方面,传统硅基芯片及其封装形态难以与“柔软、透气、可形变、可织造”的载体深度融合。

现实中,许多柔性系统仍需外接处理器、刚性连接器和独立供能/控制模块,导致佩戴体验、系统可靠性和应用场景受到限制。

如何在可形变材料上实现高密度集成电路,成为制约“把计算嵌入织物”的关键问题。

此次复旦大学纤维电子材料与器件研究院彭慧胜、陈培宁团队的工作,围绕上述瓶颈给出新思路:突破以硅基平面工艺为中心的传统集成范式,采用多层旋叠架构,将大规模集成电路“装进”弹性高分子纤维内部,实现兼顾计算能力与形变适应性的纤维化芯片方案。

成果于北京时间1月22日发表于《自然》主刊,体现出纤维电子与集成电路交叉方向的阶段性进展。

从原因看,之所以需要新的材料与结构路径,源于两重约束。

其一,柔性电子过去多以薄膜器件为主,虽可弯折,但在高拉伸、大扭转等复杂形变条件下,电路可靠性与器件密度提升存在困难;其二,高密度集成电路依赖光刻等成熟工艺,但将这套工艺直接迁移到弹性高分子材料上,涉及工艺窗口、形变应力、层间对准等多环节挑战。

团队历时5年攻关,形成系统解决方案,发展出在弹性高分子上直接进行光刻高密度集成电路的制备路线,为“柔性材料+高密度电路”这一组合提供了可操作的工艺路径。

从影响看,“纤维芯片”的意义不仅在于实现新器件,更在于改变系统构建方式。

报道显示,该纤维芯片信息处理能力与典型商业芯片相当,同时具备高度柔软、可拉伸扭曲、可编织等优势。

基于这一能力,电子系统可从“把芯片贴在织物上”转向“芯片本身就是织物的一部分”。

例如,依托纤维芯片可直接编织形成柔软、透气的全柔性电子织物系统,在单根纤维上实现触控显示等功能,并降低对外接处理器与复杂连接的依赖。

这一思路若进一步成熟,有望在长期受限于刚性器件的场景中打开空间,包括面向人体长期贴附的健康监测与康复辅助、面向沉浸式交互的柔性显示与触控、以及对轻量化和舒适度要求更高的智能防护与户外装备等。

从对策与路径看,科研突破向产业化延伸,关键在于工艺兼容性、规模制备与标准化。

团队所提出的制备方法强调与当前芯片产业成熟光刻制造工艺的高效兼容,并通过研制原型装置、设计标准化制备流程,初步实现规模制备。

这一取向有利于缩短从实验室到工程化的距离,也为后续建立质量一致性评价、可靠性测试体系、以及与纺织制造流程的协同提供了基础。

下一步仍需面向应用需求,系统验证在反复拉伸、汗液环境、洗涤磨损等条件下的稳定性,并在供能、通信、安全性等系统要素上形成可复制的解决方案,以满足可穿戴与医疗等领域对安全与可控的更高要求。

从前景判断看,随着脑机接口、虚拟现实、智能纺织等产业加速演进,“端侧更智能、形态更柔性、交互更自然”已成为技术迭代方向。

纤维芯片提供了把计算能力嵌入可编织载体的可能,有望推动电子器件形态从“板级集成”向“纤维级集成”延展,并带动材料、工艺、装备与标准体系协同升级。

与此同时,核心技术的持续迭代与产业链协同仍是决定其走向规模应用的关键变量,既需要科研端在器件密度、功耗与可靠性上继续突破,也需要产业端在成本控制、制造良率与场景落地上形成合力。

"纤维芯片"的问世,体现了我国科研工作者在关键领域的创新能力和执着精神。

从基础研究到工程应用,从单项突破到系统解决方案,复旦大学团队的这项成就为我国芯片产业的发展提供了新的思路。

在全球科技竞争日趋激烈的背景下,这类原创性、颠覆性的成果更显珍贵。

展望未来,随着"纤维芯片"技术的进一步完善和推广应用,必将在新兴产业中发挥越来越重要的作用,为人类社会的数字化转型贡献中国智慧。