“纤维芯片”或成连接信息世界和物理世界的关键技术

中国科学家们这次突破了传统做法,成功地在弹性纤维上做了大规模的集成电路。集成电路一直是信息时代的核心,以前大家都只用坚硬的硅材料来做载体。现在可穿戴设备、生物医疗植入体还有智能织物这些新东西发展得这么快,对电子系统的要求也越来越高了,必须要能弯曲、拉伸还得适应复杂环境。简单把刚性芯片和柔性纤维拼起来肯定不行,这成了限制进一步发展的瓶颈。面对这个世界性难题,复旦大学高分子科学系的彭慧胜教授和陈培宁副研究员带着他们的团队想了一个全新的路子。他们没有在硅基微缩化上面继续走老路,而是开始重新思考材料结构。他们决定直接在一根弹性纤维里面做完整的集成电路。 团队花了很长时间研究积累和攻关,终于做出来三十多种功能不一样的“纤维器件”,什么发电的、储能的、发光显示的都有。这让他们觉得光有这些还不够,要想做成复杂的智能系统,必须解决多功能器件之间怎么连起来、怎么交流信息的问题。其实核心就是要在柔软的材料上做高密度的电路连接。 他们花了五年时间专心搞研究,最后解决了关键问题。他们想出了一个叫“多层旋叠”的三维架构设计,就像给纤维搭了个立体的电路板。通过精密设计和光刻这些技术,直接在高分子纤维上把晶体管、存储单元这些东西做进去了。一根细细软软的纤维里竟然能塞下完整的电路功能。 实验结果显示这种“纤维芯片”在弯曲拉伸甚至缠绕时都还能保持稳定工作。而且他们这套做法跟现在半导体产业用的设备完全兼容,这大大降低了成本和工业化难度。他们还做了原型装置来验证规模化生产的可行性。 这个成果说明我国在柔性电子学这块走到了世界前列。以前电子系统都是一块块硬邦邦的芯片拼装起来的,以后可能变成“织造”出来的柔性系统。“纤维芯片”可以和衣服、人体组织无缝融合,既舒适又隐蔽。它能为脑机接口提供更好的生物相容性载体,也能为虚拟现实创造新界面。 从最初想到做“纤维器件”到现在做出“纤维芯片”,复旦团队完成了从源头想法到核心技术的大跨越。这不仅是交叉学科的新成果,也展示了中国科研力量在突破前沿技术时的决心和实力。随着工程化应用的推进,“纤维芯片”可能会变成连接信息世界和物理世界的关键技术。