復旦團隊研制世界首款纖維芯片 可織入衣物 無懼卡車碾壓

日前，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）主刊正式發表復旦大學彭慧勝教授與陳培寧研究員團隊的最新研究成果《基于多層旋疊架構的纖維集成電路》。該研究成功在柔軟高分子纖維內部構建出具備信息處理能力的大規模集成電路，被學界稱為全球首款“纖維芯片”，標志著集成電路從傳統平面硅基范式向三維柔性纖維形態邁出關鍵一步。

傳統集成電路依賴平整的硅晶圓襯底，而纖維材料具有曲面結構、表面積有限，且所用彈性高分子難以耐受光刻工藝中的極性溶劑，同時需在拉伸、彎曲、扭轉等復雜形變下維持電路穩定性——這些因素長期制約著柔性電子系統的集成化發展。針對上述挑戰，復旦團隊摒棄僅利用纖維表面的傳統思路，創新提出“多層旋疊架構”：通過在纖維內部構建螺旋式堆疊的多層電路，最大化利用其內部空間，并實現晶體管、電阻、電容等元件的高密度互連。

經過近五年攻關，團隊系統解決了三大技術瓶頸：一是采用等離子刻蝕技術將高分子表面粗糙度降至1納米以下，滿足光刻精度要求；二是在基底上沉積致密聚對二甲苯膜層，有效抵御溶劑侵蝕；三是通過“硬-軟模量異質結構”設計，顯著緩解形變引起的應變集中，確保電路在動態使用中穩定運行。目前，“纖維芯片”的晶體管集成密度已達10萬個/厘米，光刻精度達到實驗室級設備上限。

實測表明，該芯片可承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變、反復水洗乃至卡車碾壓，性能無明顯衰減。功能上，它不僅能執行基礎數字與模擬運算，還可集成有機電化學晶體管以支持神經形態計算。按當前1微米工藝推算，1毫米長的纖維可集成約1萬個晶體管，信息處理能力媲美部分醫用植入芯片；若延伸至1米長度，晶體管數量有望突破百萬級，接近經典CPU水平。

應用場景方面，“纖維芯片”為多個前沿領域提供新路徑。在腦機接口中，其超細直徑（可小于50微米）與類腦組織柔性的特性，支持構建“傳感—處理—刺激”一體化閉環系統，有望提升神經信號采集信噪比與實時干預能力。在電子織物領域，芯片可直接編織入衣物，實現無需外接處理器的動態顯示、健康監測甚至視頻播放功能。在虛擬現實與遠程醫療中，基于該芯片的智能觸覺手套可高精度模擬物體力學反饋，適用于手術組織硬度感知等精細操作。

值得注意的是，該制備工藝與現有半導體光刻產線兼容，已初步驗證規模化制造可行性。復旦大學表示，團隊正推進自主知識產權布局，并尋求與上下游產業合作，加速技術轉化。此項成果不僅拓展了集成電路的物理形態邊界，也為柔性電子、可穿戴系統及人機融合技術開辟了全新集成范式。