你能否想象,未来的衣服有望直接播放视频,智能手套触感堪比人体皮肤,甚或一根细如发丝的纤维能完成脑电信号的探测与处理……这些并非“科幻场景”。
1月22日凌晨,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/陈培宁团队相关研究成果发表于《自然》(Nature)主刊。该团队突破传统芯片集成电路硅基研究范式,率先通过设计多层旋叠架构,在弹性高分子纤维内实现了大规模集成电路,标志着“纤维芯片”从概念变为现实,我国原始创新和关键核心技术攻关获得重要进展。
10余年来,该研究团队从纤维太阳能电池、纤维锂电池起步,已研发出30余种新型纤维器件,部分成果已初步实现产业应用。

纤维电池织物

发光纤维织物
“传统芯片是硬质、片状的,能不能把它做成柔软的纤维?”1月25日,团队成员陈培宁谈及研发初衷。
“就像手机、电脑离不开芯片,将不同功能纤维器件形成完整的系统,具备信息交互功能,必须有自己的‘大脑’——能够处理信息的芯片模块。然而,长期以来,纤维系统的集成普遍依赖连接硬质芯片电路板,这与纤维本身柔软、透气、可编织的特点格格不入。因此,必须把信息处理模块也做成纤维形态。”陈培宁介绍。

“纤维芯片”概念图
以此为初衷,彭慧胜/陈培宁团队创造性地提出“纤维芯片”的概念,从2020年起,在研发织物显示器件的同时,同步启动“纤维芯片”科研攻关。
“在弹性高分子上做高密度集成电路,好比在坑坑洼洼的软泥地上盖高楼,还要让高楼经得起拉伸扭曲。”陈培宁道出研发中的关键挑战。
经过5年攻关,团队先后攻克了弹性高分子表面平整化、耐溶剂侵蚀、形变下电路层稳定等多个难题,实现了电阻、电容、二极管、晶体管等电子元件的高精度互连,光刻精度达到了实验室级光刻机最高水平。
这款“纤维芯片”有望拓开更为广阔的“应用蓝海”。“它不仅具有多种信息处理功能,还保持了纤维高度柔软、可拉伸扭曲、可编织的本征特性。一根头发丝般的纤维,就能集成传感、处理、刺激反馈等闭环功能。”陈培宁说,这项研究成果有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实、人形机器人、具身智能等新兴产业变革发展提供有力支撑。

团队合影
据悉,陈培宁是一名濮阳籍青年科学家。他1987年出生于华龙区孟轲乡,高中先后就读于濮阳外国语学校和油田第三高级中学,2016年复旦大学博士毕业后,赴加拿大多伦多大学从事博士后研究,目前为复旦大学长聘教授、国家级人才计划获得者,长期从事新型柔性电子材料、器件和人机交互应用研究工作,曾获中国化学会青年化学奖等学术奖励,部分研究成果获评“中国科学十大进展”、国际纯粹与应用化学联合会“化学领域十大新兴技术”等。(来源:《濮阳日报》微信公众号)