纤维器件领域正经历一场静默的革命。过去数十年间,这些可编织的柔性材料已突破传统功能边界,在能源存储、生物传感、信息显示等领域展现出独特优势。然而,一个长期困扰行业发展的矛盾始终存在:纤维系统必须依赖硬质芯片实现信息处理,这与材料本身追求的柔软、可变形特性形成根本冲突。如今,这一技术瓶颈被复旦大学研究团队打破——他们首次在弹性高分子纤维内部构建出大规模集成电路,创造了兼具商业芯片处理能力与纤维材料柔韧特性的新型器件。
研究团队创新性地提出多层旋叠架构,通过在纤维内部构建螺旋式立体电路,成功解决了曲面结构下电子元件集成密度低的难题。实验数据显示,1毫米长的纤维芯片可集成1万个晶体管,信息处理能力达到植入式医疗设备芯片水平;当长度扩展至1米时,晶体管数量将突破百万级,超越经典计算机中央处理器的集成规模。这种突破性设计使纤维芯片在保持直径仅0.1毫米的细度下,仍能实现复杂逻辑运算功能。
制备工艺的突破同样具有里程碑意义。研究团队开发出适用于弹性基底的光刻技术,通过等离子刻蚀将基底表面粗糙度控制在1纳米以内,达到商业光刻标准。更关键的是,他们设计的聚对二甲苯纳米保护层,既能抵御光刻溶剂侵蚀,又能形成独特的"硬-软"异质结构,使电路层在纤维变形时承受的应变降低80%。这种创新工艺与现有芯片制造流程高度兼容,为规模化生产奠定了基础。
实验室测试验证了纤维芯片的卓越性能。样品在承受1毫米弯曲半径、30%拉伸形变和180°/厘米扭转的极端条件下,仍能稳定执行异或门、锁存器等基础运算。更令人瞩目的是其环境适应性——经历水洗、高温烘烤和卡车碾压等严苛测试后,电路功能保持完整。这种特性使纤维芯片在可穿戴设备、电子织物等领域展现出巨大应用潜力。
在医疗领域,研究团队已开发出集成神经运算功能的有机电化学晶体管纤维芯片。这种材料能够模拟生物神经信号处理机制,为脑机接口技术提供新的解决方案。虚拟现实应用则更具颠覆性:基于纤维芯片的智能触觉手套可编织高密度传感阵列,其触感分辨率达到人类皮肤感知阈值的3倍,在远程手术中能精确感知组织硬度差异,解决传统硬质传感器贴合度不足的难题。
这项突破性成果已形成完整的技术体系。研究团队不仅建立了从材料设计到制备工艺的全链条专利布局,更开发出标准化生产流程,使纤维芯片的电子元件集成密度达到10万个/平方厘米。该技术架构的普适性得到验证——通过调整材料配方,可实现数字电路、模拟电路及生物信号处理电路的集成制造。










