全球首款纤维芯片实现技术突破
近日，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与陈培宁团队取得重大进展，成功研发出全球首款“纤维芯片”。这项成果打破了传统硅基芯片的设计范式，首次在弹性高分子纤维内部实现大规模集成电路的集成，将供电、传感、显示与信号处理等多功能融合于一根纤维之中，为柔性电子系统提供了全新的集成方式。
相关研究成果于1月22日以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》（“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”）为题发表在《自然》（Nature）期刊上。该突破有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等前沿应用领域提供坚实的技术支撑。
研究团队提出了一种全新的设计思路——“多层旋叠架构”。不同于以往仅利用纤维表面的传统方式，该架构通过在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋状叠层结构，从而更高效地利用有限的空间资源。先进材料实验室博士研究生王臻解释称：“我们采用了类似‘卷寿司’的方法，先在弹性基材上完成高精度微纳加工，再将其卷曲成纤维形态，形成旋叠结构。”
图片展示的是“纤维芯片”的多层旋叠架构三维重构荧光图像（图源：复旦大学）。
研发过程中，团队攻克了包括高分子表面平整化、抗溶剂侵蚀以及形变下电路稳定性等多项技术难点。该款纤维芯片不仅保留了纤维柔软、可编织的特性，还实现了电阻、电容、二极管与晶体管等基本电子元件的高精度互连，其光刻精度达到实验室级设备的最高水平。这一进展意味着，未来可以将发光、传感等模块直接嵌入单根纤维，构建无需外接设备的闭环系统，甚至有望实现能量自供。
陈培宁表示，团队已成功研制出原型装置，并建立了一套标准化制备流程，初步实现了纤维芯片的实验室规模制备。实验数据显示，该纤维芯片能够承受半径仅为1毫米的弯曲以及20%的拉伸形变，即便经过水洗或卡车碾压，其性能依然保持稳定。通过晶体管与电容、电阻等元件的高效连接，“纤维芯片”可执行数字和模拟电路的运算功能。当集成有机电化学晶体管后，还可实现神经信号处理等高级计算任务。
据实验测算，在当前实验室级1微米的光刻精度下，长度仅为1毫米的纤维芯片即可集成数万个晶体管，其信息处理能力已可与部分医疗植入式芯片相媲美。若将纤维长度扩展至1米，晶体管数量有望达到百万级别，其集成度可与经典计算机中央处理器（CPU）相当。