想象一下，未来我们穿的衣服不仅可以保暖，还可以处理手机、电脑等信息。虚拟现实手套重量轻、透气性好，让医生在远程手术时能够拥有与现场手术一样的“触感”……这些看似科幻的场景，是通过一项名为“纤维尖端”的独特成就而成为可能的。 “纤维条”被织入织物中。本文所有照片均由复旦大学提供。 1月22日一早，复旦大学彭惠生、陈培宁团队的最新研究成果“基于Spin-Laminate多层架构的光纤集成电路”发表在本期国际顶尖学术期刊《自然》上。一个研究小组成功地在软聚合物纤维内制造了大规模集成电路，创造了世界上第一个“纤维芯片”。这意味着，“芯片”首次亮相将从“硬块”走向“软纤维”，为未来智能面料、脑机接口、虚拟现实等新兴产业提供新的技术支撑。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、上海市科委的支持。复旦大学高分子学院纤维材料与电子器件研究所、先进材料研究院教授彭慧生、陈培宁为论文通讯作者，博士生王震、陈科，博士后石翔为共同通讯作者。卷起的“纤维碎片”“纤维碎片”不再坚硬，团队用头发状的纤维“建造了高楼”。过去几十年来，芯片一直是电子设备的核心，但它们的形状通常是刚性的、块状的，需要连接到电路板，并且不适合安装在电子设备中。人体的软组织或有弹性的衣服。复旦大学团队深耕“纺织电子材料与器件”领域多年，主导开发了在服装上储存能量并发光的纺织电池和织物显示器。然而，光纤设备要真正“智能”，信息处理能力至关重要，而传统的硬芯片与软光纤系统不兼容。 “纤维系统是一个外部硬片，如果它贴在你的衣服上，就像把硬板缝在你的衣服上一样，不舒服也不稳定。”文章通讯作者陈培宁教授说。为了实现这一目标，他们决定在现场挑战诸如“硬骨头”和“无人区”等感知问题。换句话说，是否有可能直接在光纤内部创建一个“芯片”？在纤维中产生“碎片”是非常困难的。纤维表面是弯曲的并且面积有限。 H我们怎样才能集成足够的晶体管？研究团队超越传统思维，提出了多层螺旋堆叠架构。这意味着电路在纤维内逐层构建，就像卷起的地毯一样，以最大限度地利用内部空间。多层电路的内部结构图在技术上是困难的。传统的芯片是在平坦的硅片上进行光刻加工的，纤维表面在微观上是“倾斜的”，就像在软泥上建造摩天大楼一样。研究团队发现，该技术独特的等离子蚀刻可以将光纤的表面粗糙度降低至1纳米以下，有效满足光刻的要求。在光纤表面沉积一层名为“聚对二甲苯”的保护膜，以抵抗光刻过程中的溶剂腐蚀，并在光纤弯曲时保护电路免受损坏。 “我们开发的制备方法与当前的制备方法有效兼容陈培宁表示，经过五年的研究和十几年的积累，团队终于将高密度晶体管融入到弹性聚合物纤维中，每厘米纤维可集成10万个晶体管，其信息处理能力可与一些市售的植入式医疗芯片相媲美。在打结、清洗、滚装卡车后，性能仍保持稳定，可望“纤维碎片”不仅比传统碎片更坚固，而且具有类似于服装纤维的独特“柔软度”，实验表明，它可以弯曲到1毫米，甚至可以拉伸和打结，经过水洗和高温和低温测试后，即使被重达10吨以上的卡车碾压，它仍然保持稳定。结节图卡车行驶稳定性测试这意味着“纤维片”可以像普通线一样编织成织物，从而创造出真正“完全柔性”的电子织物。该团队将电源、传感、显示和信息处理功能同时集成到一根光纤中，无需外部硬芯片或电池即可实现触摸照明和图案可视化等交互效果。复旦大学科研团队的这项工作为光纤电子系统集成提供了新途径，在脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴领域呈现出独特的应用前景。脑机接口应用的原理图和物理图。目前，市售的脑机接口电极一般需要外部处理设备。利用“纤维芯片”可以创建比人类头发丝还要细的柔性电子系统。一次植入大脑后，它将能够实时检测和处理神经信号。它还有望实现封闭的“感知-处理-刺激”电路。 “未来，我们将能够更精确地监测大脑中的化学和电信号，为治疗帕金森病和癫痫等脑部疾病提供新工具，”该论文的主要作者王震说。 “我们希望未来服装可以成为你的手机或电脑。”陈培宁介绍了团队目前正在进行的研究工作，将“纤维芯片”与其他功能性纤维器件集成，获得可以实现动态显示和交互的“智能服装”。这种“智能服装”具有与普通服装相同的穿着体验，但具有通信和信息处理功能。现有的虚拟现实触觉手套主要依靠外部硬模块，体积庞大且不准确。基于“纤维芯片”的触摸手套如下与普通手套一样薄，但集成了大量传感单元，可以准确检测与各种物体的接触。它可以被编辑。它在远程手术、虚拟培训等领域具有巨大潜力。 “光纤芯片”目前还处于实验阶段，实际应用正在进行中。 “我们并不是要取代现有的硅基芯片，但我们想在这个领域提供一些新的想法，”彭惠生说。目前，芯片行业正在加大对“纳米级”工艺技术研发的投入。 “光纤芯片”在材料、结构和应用场景等方面均不同于传统芯片，有潜力开创我国芯片产业发展的新轨迹。研究团队表示，“光纤芯片”仍处于实验阶段，还有大量工作要做。未来我们将通过多盘融合和创新进一步整合和提升性能n.iplinarias，我们将推动实际应用。将“纤维碎片”编织成织物的背后，是团队跨越近10年的坚韧。起初，彭克胜以为把硬薯片软化会很有趣，但自己尝试后却表示：站起来“很难”。团队成员的配合和努力对于这项工作的完成至关重要。 “爱心和好奇心是克服困难的动力。”博士生王震说。这项研究涉及材料的合成和制备、电子器件的构建、电路设计和生物应用的集成，需要化学、信息、电子和医学等多个领域的研究方法。团队依托的纤维电子器件与材料研究所近期组建了跨学科研究团队，建立了涵盖化学领域的全链条研究平台。合成、器件构建、光刻微纳制造和中试概念验证，为本研究提供了强有力的支持。此外，得益于复旦大学的跨学科优势，本研究还得到了分子与高分子工程国家重点实验室、集成电路与微纳电子学院、生物医学工程技术创新学院、电子显微镜中心、中山医院团队的全力配合。从纤维电池到纤维显示器，再到如今的“纤维芯片”，复旦大学团队正逐步推进“智能织物”从概念到现实。这一达到“自然”巅峰的成果，不仅是技术进步，更是未来人机交互新场景的展示。本报记者 韩晓龙
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