在一根比头发丝还细的纤维里构建起高密度集成电路？这一大胆设想如今成为现实。
复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系彭慧胜/陈培宁团队，在国际上率先研制出“纤维芯片”，其信息处理能力与一些经典商业芯片相当，且具有高度柔软、适应拉伸扭曲等复杂形变、可编织等独特优势，有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等未来产业提供关键支撑。北京时间1月22日零时，这项突破传统硅基芯片范式的原创成果，发表于国际权威学术期刊《自然》。
【柔性时代呼唤“纤维芯片”】
纤维，是推动人类文明进步的关键材料。5000年前，蚕丝编织开启织物文明；19世纪，金属纤维催生电气革命；20世纪60年代，石英纤维开辟光纤通信时代。
最近几十年，纤维器件更是以发电、储能、显示等功能深刻改变人们的生活方式。但长期以来，纤维系统只能通过外接硬质芯片实现信息处理，不仅电路连接复杂不稳定，而且穿戴舒适性差。
“人体是软组织，未来的脑机接口等新兴领域需要适配柔软的电子系统。”彭慧胜表示。沿着这个方向，研究团队跳出传统芯片硅基研究范式，提出设想：能不能把芯片“装”进柔软纤细的纤维里？
看似“天马行空”的想法，源自长期深耕的底气。此前，研究团队突破电子器件传统“三明治”结构范式，在国际上率先提出“纤维器件”新概念，至今已创建30多种纤维器件，相关成果7次登上《自然》，部分技术转让给国内头部企业，率先建成发光纤维、纤维锂离子电池等产线，初步实现在汽车、服装等领域的应用。
但要实现纤维器件的更大规模化应用，必须攻克“芯片”这个核心难题。
【如同在头发丝里“雕花”】
把芯片做进纤维里，难度如同在头发丝里“雕花”。
第一个难关，是空间限制。纤维是曲面结构，且每厘米的表面积仅0.01-0.1平方厘米，要集成大量电子元件几乎不可能。团队另辟蹊径，不局限于纤维表面，而是向内部空间要潜力，构建螺旋式多层电路，最大化利用纤维内部空间——按实验室1微米光刻精度推算，1毫米长的纤维目前可集成1万个晶体管，与一些商业医用植入芯片相当；1米长纤维的晶体管集成量，可达到经典计算机中央处理器水平。
第二个难关，是光刻适配。传统芯片依赖硅晶圆的平整表面，而构成纤维基底的弹性高分子材料表面像“崎岖山地”，无法直接光刻。团队用等离子刻蚀技术将其表面粗糙度降至1纳米以下，达到商业光刻要求，打破了“芯片只能刻在硅片上”的传统认知。
第三个难关，是稳定性挑战。弹性高分子不耐光刻过程中溶剂侵蚀，电路层也扛不住纤维弯曲、拉伸的应变。于是，团队在衬底上镀了一层致密聚合物膜——像给电路穿上了“坚硬盔甲”，让纤维芯片在复杂变形下仍能稳定工作。
历时5年集中攻关，再加上此前数年的探索积累，团队最终实现了每厘米10万个晶体管的集成密度。更关键的是，其制备工艺与现有成熟光刻工艺有效兼容，为规模化制造打下基础。
【“量身定制”的优势】
欧盟战略报告预估，智能纤维和织物领域未来全球市场规模将达万亿欧元级别。“我们不是要取代硅基芯片，而是希望能尝试一个新的路径。”陈培宁表示。
与传统芯片相比，纤维芯片的优势堪称“量身定制”。
它柔性极佳，能弯曲、拉伸、扭曲，甚至经得住十几吨卡车碾压，按工业标准水洗数十次后性能依然稳定，在100℃高温下也能正常工作。
它能实现“一根纤维就是一个微型电子系统”，在单根纤维上就可集成供电、传感、显示、信号处理等功能，比如无需外接模块就能完成触控显示。
在脑机接口等关键领域，纤维芯片更展现出独特价值。目前的脑机接口技术中，神经电极普遍需要连接硬质的外部信号处理模块。而纤维芯片凭借与脑组织相当的柔软特性，通过构建“检测-处理-反馈”的闭环功能，有望实现更高效的信号检测和实时干预，为脑科学研究和脑神经疾病诊断治疗提供新工具。
此外，无需外接处理器，基于纤维芯片就能编织柔软、透气的电子织物，未来衣服可能变身“智能显示屏”，实现动态像素显示；在远程医疗机器人手术等场景中，纤维芯片还可制成智能触觉手套，精准模拟不同物体的力学触感，提升人机交互体验。
【交叉学科育出复合型人才】
论文共同第一作者、博士研究生王臻，本是高分子材料专业出身，刚接触这一课题时对集成电路几乎一无所知，“但空白也意味着没有框架限制，我们可以大胆想象。”
另一位第一作者陈珂，最初想着要赶紧毕业，却在拆解难题过程中发现了之前从未有过的乐趣。
值得一提的是，复旦大学的交叉学科土壤和浓厚氛围，让学生跳出单一专业的框架。2023年复旦成立纤维电子材料与器件研究院，有效整合了化学、材料、信息、医学等多学科力量，搭建起“化学合成—器件构建—微纳集成—中试验证”全链条研究平台。在这里，不同专业的师生可以充分互动交流，不经意间也许就擦出创新火花。
视频采制：赖鑫琳
在一根比头发丝还细的纤维里构建起高密度集成电路？这一大胆设想如今成为现实。
复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系彭慧胜/陈培宁团队，在国际上率先研制出“纤维芯片”，其信息处理能力与一些经典商业芯片相当，且具有高度柔软、适应拉伸扭曲等复杂形变、可编织等独特优势，有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等未来产业提供关键支撑。北京时间1月22日零时，这项突破传统硅基芯片范式的原创成果，发表于国际权威学术期刊《自然》。
【柔性时代呼唤“纤维芯片”】
纤维，是推动人类文明进步的关键材料。5000年前，蚕丝编织开启织物文明；19世纪，金属纤维催生电气革命；20世纪60年代，石英纤维开辟光纤通信时代。
最近几十年，纤维器件更是以发电、储能、显示等功能深刻改变人们的生活方式。但长期以来，纤维系统只能通过外接硬质芯片实现信息处理，不仅电路连接复杂不稳定，而且穿戴舒适性差。
“人体是软组织，未来的脑机接口等新兴领域需要适配柔软的电子系统。”彭慧胜表示。沿着这个方向，研究团队跳出传统芯片硅基研究范式，提出设想：能不能把芯片“装”进柔软纤细的纤维里？
看似“天马行空”的想法，源自长期深耕的底气。此前，研究团队突破电子器件传统“三明治”结构范式，在国际上率先提出“纤维器件”新概念，至今已创建30多种纤维器件，相关成果7次登上《自然》，部分技术转让给国内头部企业，率先建成发光纤维、纤维锂离子电池等产线，初步实现在汽车、服装等领域的应用。
但要实现纤维器件的更大规模化应用，必须攻克“芯片”这个核心难题。
【如同在头发丝里“雕花”】
把芯片做进纤维里，难度如同在头发丝里“雕花”。
第一个难关，是空间限制。纤维是曲面结构，且每厘米的表面积仅0.01-0.1平方厘米，要集成大量电子元件几乎不可能。团队另辟蹊径，不局限于纤维表面，而是向内部空间要潜力，构建螺旋式多层电路，最大化利用纤维内部空间——按实验室1微米光刻精度推算，1毫米长的纤维目前可集成1万个晶体管，与一些商业医用植入芯片相当；1米长纤维的晶体管集成量，可达到经典计算机中央处理器水平。
第二个难关，是光刻适配。传统芯片依赖硅晶圆的平整表面，而构成纤维基底的弹性高分子材料表面像“崎岖山地”，无法直接光刻。团队用等离子刻蚀技术将其表面粗糙度降至1纳米以下，达到商业光刻要求，打破了“芯片只能刻在硅片上”的传统认知。
第三个难关，是稳定性挑战。弹性高分子不耐光刻过程中溶剂侵蚀，电路层也扛不住纤维弯曲、拉伸的应变。于是，团队在衬底上镀了一层致密聚合物膜——像给电路穿上了“坚硬盔甲”，让纤维芯片在复杂变形下仍能稳定工作。
历时5年集中攻关，再加上此前数年的探索积累，团队最终实现了每厘米10万个晶体管的集成密度。更关键的是，其制备工艺与现有成熟光刻工艺有效兼容，为规模化制造打下基础。
【“量身定制”的优势】
欧盟战略报告预估，智能纤维和织物领域未来全球市场规模将达万亿欧元级别。“我们不是要取代硅基芯片，而是希望能尝试一个新的路径。”陈培宁表示。
与传统芯片相比，纤维芯片的优势堪称“量身定制”。
它柔性极佳，能弯曲、拉伸、扭曲，甚至经得住十几吨卡车碾压，按工业标准水洗数十次后性能依然稳定，在100℃高温下也能正常工作。
它能实现“一根纤维就是一个微型电子系统”，在单根纤维上就可集成供电、传感、显示、信号处理等功能，比如无需外接模块就能完成触控显示。
在脑机接口等关键领域，纤维芯片更展现出独特价值。目前的脑机接口技术中，神经电极普遍需要连接硬质的外部信号处理模块。而纤维芯片凭借与脑组织相当的柔软特性，通过构建“检测-处理-反馈”的闭环功能，有望实现更高效的信号检测和实时干预，为脑科学研究和脑神经疾病诊断治疗提供新工具。
此外，无需外接处理器，基于纤维芯片就能编织柔软、透气的电子织物，未来衣服可能变身“智能显示屏”，实现动态像素显示；在远程医疗机器人手术等场景中，纤维芯片还可制成智能触觉手套，精准模拟不同物体的力学触感，提升人机交互体验。
【交叉学科育出复合型人才】
论文共同第一作者、博士研究生王臻，本是高分子材料专业出身，刚接触这一课题时对集成电路几乎一无所知，“但空白也意味着没有框架限制，我们可以大胆想象。”
另一位第一作者陈珂，最初想着要赶紧毕业，却在拆解难题过程中发现了之前从未有过的乐趣。
值得一提的是，复旦大学的交叉学科土壤和浓厚氛围，让学生跳出单一专业的框架。2023年复旦成立纤维电子材料与器件研究院，有效整合了化学、材料、信息、医学等多学科力量，搭建起“化学合成—器件构建—微纳集成—中试验证”全链条研究平台。在这里，不同专业的师生可以充分互动交流，不经意间也许就擦出创新火花。
视频采制：赖鑫琳
诺贝尔化学奖获得者阿龙・切哈诺沃：做研究保持好奇心很重要 中新网宁波3月17日电(林波)对于学生而言，如何找到研究的信心和价值，让他们有继续下去的动力？ “做研究保持好奇心很重要。”3月17日，2004年诺贝尔化学 记者3月21日获悉，由中国科学院自动化研究所和中国科学院香港创新研究院联合研发的医疗领域AI多模态大模型——CARES Copilot 1.0日前在香港正式发布，现已面向香港神经外科医生开放使 21世纪经济报道记者 冯恋阁 王俊 广州、北京报道2013年播出的科幻电视剧《黑镜》第二季中有这样一个故事——女主角玛莎在男友艾什被车祸夺走生命之后，长久无法走出分离的痛苦，最终选 3月22日，在2024低碳建筑产业论坛上，北京首例负碳示范建筑——首程时代中心负碳示范建筑正式亮相。活动现场，中国建筑节能协会、北京绿色交易所分别授予首程时代中心负碳示范建筑“零 3月24日，记者从中国农业科学院获悉，该院蔬菜花卉研究所甘蓝类蔬菜遗传育种创新团队，开发了快速创制细胞质雄性不育系的新方法——“一步法”。相关研究日前发表在国际期刊《自然&midd 美国佐治亚理工学院机械工程师开发了一种控制机器人外骨骼的通用方法。无需专门训练、特别校准，对复杂算法进行调整后，用户穿上外骨骼就可以直接行走。研究成果3月20日发表在《科学·机 。本文链接：脑机接口下一个突破口？复旦“纤维芯片”成果登上《自然》http://www.sushuapos.com/show-2-14969-0.html
声明：本网站为非营利性网站，本网页内容由互联网博主自发贡献，不代表本站观点，本站不承担任何法律责任。天上不会到馅饼，请大家谨防诈骗！若有侵权等问题请及时与本网联系，我们将在第一时间删除处理。