复旦大学突破纤维芯片研发 在柔性高分子纤维内实现大规模集成电路

问题:柔性纤维器件与硬质芯片之间的结构矛盾长期存在。近年来,纤维形态器件在发电、储能、显示、感知等不断取得进展,但在系统层面仍卡在关键环节:多数纤维功能仍要依赖外接块状硬芯片完成计算与控制。形态不匹配使纤维系统在弯折、拉伸、扭转等复杂形变下的可靠性与舒适性受限,也提高了穿戴与织物化集成的工程难度,影响从实验室走向规模应用。 原因:要让纤维电子真正“像纤维一样工作”,关键是把信息处理与交互能力嵌入纤维本体。纤维具备细长、柔软、可大面积编织的优势,但传统硅基集成电路依赖刚性衬底和平面工艺,难以直接迁移到弹性高分子材料中。材料与工艺体系的不一致,是纤维电子从“单点功能”迈向“系统集成”的核心障碍。基于此,复旦团队将研究聚焦在“能否在柔软纤维内部实现高密度集成电路”该关键问题上,通过结构设计与工艺路线协同,尝试突破既有路径限制。 影响:多层旋叠架构为纤维内部的“立体集成”打开了新空间。团队设计多层旋叠结构,在弹性高分子纤维内实现大规模集成电路,让“计算与控制”从外接硬芯片逐步转向纤维内部承载,为纤维电子从器件走向系统提供了可验证的技术路径。其价值不仅体现在指标提升,更在于缓解长期制约落地的形态矛盾:当纤维本体具备电路集成能力,电子织物有望在不明显增加硬质部件的前提下实现更强交互、更高可靠性与更好的穿戴体验,推动医疗健康监测、运动训练、工业安全防护等场景从“外置可穿戴”走向“织物即终端”。 对策:兼容成熟光刻工艺并建立标准化流程,是从科研成果走向产业化的关键。该成果的另一亮点,是在弹性高分子材料上直接进行光刻制备高密度集成电路,并与现有芯片制造中的成熟光刻工艺保持较高兼容性。面向工程化挑战,团队研制原型装置并设计标准化制备流程,初步具备规模制备能力,为后续提升良率、降低成本与导入供应链打下基础。下一步从产业视角看,还需在材料稳定性、器件寿命、批量一致性、封装互连等环节持续攻关,并完善测试与评价体系,形成可比对、可复现、可量产的行业标准,推动“纤维芯片”进入应用端的验证周期。 前景:面向脑机接口、虚拟现实等新赛道,“纤维芯片”或成为关键的基础能力之一。随着人机交互、沉浸式体验与健康医疗等领域加速发展,终端形态正从“硬件设备”走向“无感化、织物化、贴身化”。能够随人体运动变形且具备信息处理能力的纤维电子系统,有望在神经信号采集与调控、长时连续生命体征监测、智能服装交互、柔性显示、触觉反馈等方向拓展应用边界。若在规模化制造与系统集成上持续突破,纤维电子有望从“可穿戴配件”升级为“基础设施式的计算与感知载体”,为对应的产业提供新的技术底座与产品形态。

从实验室的分子设计到生产线的工艺验证,中国科学家用五年时间推动柔性电子关键环节取得突破;这项进展不仅为破解“卡脖子”难题提供了新的技术思路,也提示我们:在前沿探索中,只有打破学科边界、重构技术路径,才能更顺畅地实现从基础研究到产业变革的跨越。当一根细如发丝的纤维开始承载智能时代的算力与交互能力,中国科技也在编织更具自主性的未来图景。