我国科学家首创"纤维芯片"技术 柔性电子领域取得重大突破

(问题)长期以来,集成电路以硅基材料与平面工艺为核心路径,推动信息产业快速发展。

但随着可穿戴、智能织物、沉浸式交互等应用兴起,电子系统的形态需求正从“硬、平、定型”走向“软、立体、可变形”。

在真实应用场景中,器件往往需要贴合人体、承受反复弯折拉伸,甚至与纺织结构深度融合。

传统刚性芯片虽性能成熟,却在柔软度、可变形能力与可织性方面存在天然限制,成为柔性智能终端进一步普及的关键瓶颈之一。

(原因)柔性电子并非新概念,但“高性能与高集成”长期难以与“高柔性与可织性”兼得。

其核心挑战在于:一是柔性基底材料热稳定性和化学稳定性不及硅,难以承受高精度制造环节;二是微纳加工需要严格的平整度与对准精度,而纤维等曲面载体在制程、层间互连与可靠封装方面更为复杂;三是器件在拉伸、扭转等形变下的电学稳定性与长期寿命难以保证。

正因如此,柔性器件多停留在低密度电路或单一功能器件层面,距离“像芯片一样的大规模集成”仍有明显距离。

(影响)此次复旦大学彭慧胜、陈培宁团队围绕上述难题提出多层旋叠架构,并在弹性高分子纤维内部实现大规模集成电路,为柔性电子从“可用”迈向“可集成、可规模化”提供了新的技术范式。

据介绍,该纤维形态的集成电路在信息处理能力上达到与典型商业芯片相当的水平,同时具备柔软、可拉伸扭曲、可编织等优势。

这意味着未来电子系统不必局限于贴附在纺织品表面或依赖刚性芯片“外挂”,而是有望直接“织进材料”之中,使计算与感知能力成为纤维本体的一部分。

对脑机接口而言,柔软可变形的载体有望提升佩戴舒适性与适配性;对电子织物与智能服装而言,可织入的计算单元将提升系统集成度并降低连接复杂度;对虚拟现实等交互设备而言,柔性、轻量化的电子结构可能带来更自然的人机交互体验。

(对策)从成果路径看,团队历时5年攻关,形成了面向弹性高分子材料的系统化解决方案,探索出可在弹性高分子上直接进行光刻并实现高密度集成电路的制备路线。

这一点具有方法论意义:不仅提出结构创新,也打通了关键工艺链条,为后续扩大器件规模、提升良率和一致性奠定基础。

下一步若要走向更广泛应用,仍需在工程化方面持续突破:其一,建立面向纤维载体的标准化制程与检测体系,提升批量制造稳定性;其二,强化层间互连、封装与耐久性验证,确保在复杂形变和长期使用下性能可靠;其三,与应用端协同设计,围绕可穿戴、医疗健康、工业安全等场景形成系统级解决方案,推动从实验室原型走向产品化验证。

(前景)从产业趋势看,新型信息终端正向“无感化、可穿戴、可融合”演进,材料与器件形态的改变将影响整机架构与供应链组织方式。

“纤维芯片”若在成本、良率、可靠性上实现持续提升,未来有望在柔性计算、分布式传感网络、智能织物平台等方向形成新的技术增长点,并带动相关材料、装备、工艺与应用生态协同发展。

与此同时,这一方向也可能促使集成电路从单一硬件竞争延伸到“材料—结构—制造—应用”的系统竞争,推动柔性电子与传统半导体产业形成互补,拓展我国在前沿器件领域的创新空间。

纤维芯片的成功研发体现了我国科技工作者在集成电路领域的创新能力和国际竞争力。

这一突破并非简单的技术迭代,而是对传统芯片范式的根本性超越,展现了我国在战略性新兴产业关键技术上的自主创新成果。

随着纤维芯片从实验室走向应用场景,有理由相信,这项创新将推动柔性电子产业实现跨越式发展,为我国在新一轮科技竞争中占据战略制高点提供重要支撑。