全球首颗纤维芯片问世，开启柔性电子新纪元
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，联合推出全球首款“纤维芯片”。这一突破性成果打破了传统芯片依赖硅基的制造模式，首次在弹性高分子纤维内部实现大规模集成电路集成，成功将供电、传感、显示与信号处理等功能集成于单根纤维之中，为柔性电子系统提供了全新的集成架构。
该研究以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》（“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”）为题，于1月22日发表于国际权威期刊《自然》（Nature），标志着柔性电子器件迈入新阶段，为脑机接口、可穿戴电子织物以及虚拟现实等前沿技术领域奠定了坚实的基础。
从表面到内部的架构革新
传统纤维电子器件多依赖于纤维表面的加工方式，而该团队则提出“多层旋叠架构”的创新理念。通过在纤维内部构建螺旋状的多层集成电路，团队实现了对纤维内部空间的最大化利用。
论文共同第一作者、先进材料实验室博士研究生王臻形象地描述了这一制造过程：“我们仿照‘卷寿司’的方法，先在弹性高分子基底上完成高精度的微纳加工，再将其卷曲形成纤维形态，最终构建出多层旋叠结构。”
附图为“纤维芯片”的多层旋叠架构三维重构荧光标记图像（图源：复旦大学）。
多项关键技术实现突破
在研发过程中，研究团队攻克了多个技术难点，包括高分子表面的平整化处理、抗溶剂侵蚀能力增强，以及在拉伸形变下维持电路稳定性的设计。
这款“纤维芯片”不仅保留了纤维原有的柔软性和可编织性，还实现了电阻、电容、二极管、晶体管等电子元件的高精度互联，其光刻精度已达实验室级光刻设备的极限水平。借助这一技术，未来可在单根纤维中集成发光、传感等多种模块，形成无需外部设备支持的全闭环系统，甚至具备自供能能力。
陈培宁表示，团队已成功开发原型装置，并构建了一套标准化的制备流程，初步实现了实验室级别的批量生产。测试结果显示，该“纤维芯片”能够承受半径为1毫米的弯曲和20%的拉伸形变，经过水洗或卡车碾压后，性能依旧稳定。
在电路功能方面，晶体管与各类无源元件高效互连，使其能够执行数字与模拟电路运算。此外，集成有机电化学晶体管后，该芯片还具备执行神经类计算任务的潜力。
性能潜力巨大，应用前景广阔
根据实验推算，若以当前1微米的光刻精度计算，1毫米长度的“纤维芯片”即可集成数万个晶体管，其信息处理能力已接近部分医疗植入式芯片的水平。
- 若将芯片长度扩展至1米，晶体管集成数量有望达到百万级，接近经典中央处理器（CPU）的集成度。
- 该成果为柔性电子器件的高密度集成提供了新方向，同时为可穿戴设备、电子纺织品、柔性显示等应用场景提供了更轻、更柔、更智能的解决方案。
这一突破标志着纤维电子从“功能单一”向“系统集成”的重要跨越，也为未来智能纺织品与人机交互技术的发展注入了强大动力。