我国科学家在纤维内实现高密度集成电路 柔性电子技术取得重大突破

长期以来,如何让“像线一样柔软”的纤维具备“像芯片一样计算”的能力,是柔性电子与可穿戴技术发展中的关键难题之一;传统电子系统多依赖硅基刚性材料,性能突出但形态受限;而纤维材料可弯折、可编织、可贴合人体或复杂曲面,若能实现稳定的电路集成,将为智能纺织、健康监测、人机交互等场景带来新的技术底座。受制于材料弹性、结构曲率以及加工工艺等因素,过去纤维上实现高密度电路往往停留在表面涂覆、简单器件拼装等阶段,难以满足规模化、高集成与复杂运算需求。 此次复旦大学彭慧胜、陈培宁团队的突破,核心在于改变了“只在纤维表面做文章”的路径依赖,转而向纤维内部空间要集成度。团队设计多层旋叠架构,在纤维内部构建多层集成电路,并形成螺旋式旋叠结构,从结构层面提高空间利用效率,为复杂电路互连提供基础。,团队发展出一条可在弹性高分子材料上直接开展光刻的高密度集成电路制备路线,解决了柔软基底难以承受传统微纳加工流程、器件精细加工与材料形变相互制约等问题。换言之,既要“精密加工”,又要“柔软可弯”,这对工艺窗口与结构设计提出双重挑战,而多层旋叠架构与制备路线共同构成了可行解。 从结果看,团队已在实验室实现“纤维芯片”的初步规模制备。所制备芯片中,晶体管等电子元件集成密度达到每厘米10万个,并可通过晶体管与其他元件的高效互连实现数字、模拟电路运算等功能。这意味着纤维不再只是传感或导电的“被动载体”,而开始具备一定信息处理能力,能够在纤维该新形态上承载更复杂的电子系统。业内专家认为,该制备路线在赋予纤维信息处理能力的同时保持其柔软特性,为纤维电子系统集成开辟新路径,也可能对集成电路形态与工艺创新带来启示。 从影响层面看,“纤维芯片”的价值不仅在于单个器件指标,更在于其可能重塑应用形态与产业链组织方式。一上,纤维可与纺织工艺天然兼容,具备可编织、可缝合、可大面积铺设等特点,若与传感、供能、通信等模块协同,有望形成“织物级系统”,推动可穿戴设备从“戴身上”走向“穿在身上”。另一上,医疗康养、运动监测、工业安全等场景,纤维形态更易实现长时间、低负担的连续监测,且可通过布设多点实现更高维度的数据采集与现场处理,降低对外部设备的依赖。此外,对集成电路领域来说,这一方向提示人们:在传统平面芯片之外,面向新材料、新形态的三维集成与微纳制造仍有广阔空间,有望孕育新的技术路线与产品类别。 同时也应看到,从实验室样品走向稳定可靠、低成本制造仍需跨越多道关口。纤维芯片要进入真实应用,必须在器件一致性、良率控制、长期可靠性、抗疲劳与抗环境干扰各上接受系统检验;复杂编织、清洗、拉伸等使用条件下,电路互连与封装保护如何保持稳定,是工程化必须回答的问题。此外,纤维电子系统往往涉及材料、微纳加工、纺织制造、系统设计等多学科交叉,需要形成标准化的测试评估体系与生产工艺规范,推动从“能做出来”走向“可规模制造、可稳定应用”。在对策层面,下一阶段可在关键工艺窗口拓宽、低温制程与可持续封装方案、与纺织产业链的协同设计等上加快布局,同时鼓励产学研联合验证典型应用场景,通过示范工程倒逼技术成熟。 面向前景,随着柔性电子、可穿戴计算和物联网的持续发展,“纤维芯片”有望成为连接材料创新与系统应用的新支点。若能实现更高集成度、更低功耗以及与通信、供能模块的一体化,未来或可在智能服装、连续生命体征监测、复杂环境作业防护、柔性人机交互等领域形成可复制的解决方案。更重要的是,这类探索表明,基础研究与工程技术的结合可以开辟新的器件形态与制造范式,为我国在新型电子器件与先进制造方向积累先发优势。

复旦大学团队的这项突破证明,科技创新往往需要跳出固有思维模式。他们通过重新思考纤维电子的实现路径,成功将不可能变为可能。随着技术完善,纤维芯片有望为柔性电子产业带来革命性变革,创造更多应用可能。此案例也启示我们——在科技攻关中——思维创新有时比技术堆砌更为关键。