新年伊始，位于懷柔科學(xué)城的高端精密加工共享服務(wù)平臺正迎來投運(yùn)前的最后一環(huán)——電力設(shè)備接入工作正在緊鑼密鼓地推進(jìn)。預(yù)計(jì)2025年年中，這些加工精度達(dá)微米級的設(shè)備就將投入生產(chǎn)，支撐國產(chǎn)化高端科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)。
高端科學(xué)儀器是開展科學(xué)研究的有力工具，它們?nèi)缤蒲腥藛T的“眼睛”，是科研活動的重要支撐。近年來，本市以懷柔綜合性國家科學(xué)中心建設(shè)為契機(jī)，推動高端儀器裝備和傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。截至2024年底，已有340家高端儀器裝備和傳感器企業(yè)在懷柔落地，一批原創(chuàng)技術(shù)和市場化產(chǎn)品涌現(xiàn)，儀器和傳感器產(chǎn)業(yè)集群加快形成。
國產(chǎn)高端科學(xué)儀器完成商業(yè)化
細(xì)如發(fā)絲、寬度僅0.5毫米的音叉，是qPlus（品質(zhì)因子增強(qiáng)）型掃描探針顯微鏡的核心部件之一，也是易耗品。此前，這款顯微鏡的整機(jī)和耗材均依賴進(jìn)口。“為什么不能自己做？”憑著一股不服輸?shù)膭蓬^兒，北京大學(xué)物理學(xué)院教授江穎帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前后花費(fèi)近10年，從零開始自主研發(fā)，搭建起國產(chǎn)qPlus型掃描探針顯微鏡樣機(jī)。
將頻移的信噪比提升兩個(gè)數(shù)量級、利用一氧化碳分子作為原子級探針、讓音叉在低溫真空環(huán)境下以皮米級的振幅穩(wěn)定工作……樣機(jī)設(shè)計(jì)完成后，江穎將相關(guān)專利轉(zhuǎn)讓給位于懷柔科學(xué)城的中科艾科米公司，由企業(yè)開展后續(xù)的成果轉(zhuǎn)化。
“一開始我們以為把研發(fā)經(jīng)驗(yàn)分享給企業(yè)團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)品很快就能成型。”讓北京大學(xué)物理學(xué)院特聘研究員田野沒想到的是，從樣機(jī)到量產(chǎn)竟又用了大半年。以線材為例，一條小小的導(dǎo)線，竟會干擾顯微鏡的信號，為了排除這個(gè)問題，他和企業(yè)團(tuán)隊(duì)耗時(shí)幾個(gè)月，反復(fù)嘗試，最終確定必須用一款有屏蔽功能的線材，才能有效過濾外機(jī)的噪音。
顯微鏡的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)還在持續(xù)優(yōu)化。“顯微鏡的前期研發(fā)，更多的是從實(shí)驗(yàn)室角度考慮，以科學(xué)問題為導(dǎo)向進(jìn)行研究。但走向產(chǎn)業(yè)化，我們就要考慮如何讓用戶更好地使用這個(gè)設(shè)備。”田野說，以顯微鏡的力傳感器為例，團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了機(jī)械式插片的裝配方式，并形成專利，大大降低了設(shè)備的使用難度，提升了適用范圍。
完成商業(yè)化轉(zhuǎn)身的首臺qPlus型掃描探針顯微鏡，已經(jīng)在懷柔科學(xué)城的輕元素量子材料交叉平臺投入使用。利用這臺設(shè)備，江穎團(tuán)隊(duì)得到了世界上第一張清晰的冰表面結(jié)構(gòu)原子級“定妝照”，并產(chǎn)出了一系列頂尖科研成果。現(xiàn)在，這款顯微鏡已經(jīng)獲得10余份訂單，隨著產(chǎn)品的陸續(xù)交付，重量級的科研成果將很快產(chǎn)出。
“北京造”儀器設(shè)備茁壯成長
走進(jìn)位于懷柔的多場低溫公司的生產(chǎn)車間，就像走進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，這里沒有加工的噪音，也沒有機(jī)油的味道，幾十名員工都在和納米級的動作較勁。車間產(chǎn)出的一兩百種運(yùn)動控制產(chǎn)品中，最小的只有指甲蓋大，卻是支撐高端科學(xué)儀器運(yùn)行的關(guān)鍵零部件。
要在原子水平開展研究，探索物質(zhì)的極限，離不開高精度的運(yùn)動控制技術(shù)支撐。
“高端設(shè)備對應(yīng)的就是高精度。通俗地講，我們是做馬達(dá)研究的，但這個(gè)馬達(dá)精度很高，在極低溫、超高真空和強(qiáng)磁場的極端環(huán)境下，每次移動都能實(shí)現(xiàn)納米級甚至亞納米級的穩(wěn)定控制。”多場低溫創(chuàng)始人叢君狀創(chuàng)業(yè)7年多，始終瞄準(zhǔn)這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域鉆研。從運(yùn)動控制到傳感器測量，再到納米級的自動化，他的目標(biāo)是“玩轉(zhuǎn)原子”。
幾名物理學(xué)博士組建的“草根團(tuán)隊(duì)”，推動我國極端環(huán)境納米運(yùn)動控制產(chǎn)品集群的技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，叢君狀特別提到了一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)——2021年。這一年，多場低溫從市區(qū)整體搬遷至懷柔科學(xué)城。“在這里，我們有了寬敞的場地，得到了融資。更重要的是，懷柔科學(xué)城為我們提供了工業(yè)界、半導(dǎo)體、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的需求對接，我們的技術(shù)有了更多應(yīng)用場景。”
從2017年接到第一筆10萬元的訂單，到2024年訂單總金額超過1億元，多場低溫取得了連續(xù)7年訂單金額翻番的成績。“把握好大方向，深耕技術(shù)打磨產(chǎn)品，在細(xì)分領(lǐng)域也能站穩(wěn)腳跟。”展望新的一年，叢君狀依然信心滿滿，預(yù)計(jì)2025年公司的訂單金額能再翻一番。
共性技術(shù)平臺賦能新設(shè)備研發(fā)
“在儀器裝備的研發(fā)階段，設(shè)計(jì)方案需要盡可能快速定型，快速打樣是這些研發(fā)團(tuán)隊(duì)的共性需求。”懷柔儀器公司董事長張鳴劍表示，為了推動這些自主研發(fā)的科學(xué)儀器盡快從實(shí)驗(yàn)室走向中試甚至產(chǎn)業(yè)化，共性技術(shù)平臺的建立必不可少。
圍繞儀器裝備和傳感器的制造、測試、驗(yàn)評等環(huán)節(jié)，懷柔儀器公司聯(lián)合專業(yè)單位打造的高端精密加工共享服務(wù)平臺、智能感知共性技術(shù)平臺、真空技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，正在懷柔科學(xué)城落地。儀器研發(fā)企業(yè)的產(chǎn)品迭代需求，不出“城”即可得到滿足。
“現(xiàn)在加工設(shè)備已經(jīng)全部進(jìn)場，再過幾個(gè)月，高端精密加工共享服務(wù)平臺就能開門迎客。”從事機(jī)械加工的三維博藝公司副總經(jīng)理?xiàng)钫紘龓ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)，加緊完成平臺建設(shè)的收尾工作。“之前企業(yè)研發(fā)儀器時(shí)，零件加工需要到外省市進(jìn)行，從圖紙溝通、對接再到進(jìn)料、交付，周期可能要拉長到1個(gè)月。在家門口做加工，1周時(shí)間就能保質(zhì)保量完成。”
一條高端儀器裝備和傳感器產(chǎn)業(yè)鏈正在形成。“方圓幾公里之內(nèi)，既有我們的合作伙伴，也有我們的客戶、分銷商，產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)系十分緊密。”叢君狀見證了懷柔科學(xué)城的建設(shè)和發(fā)展，以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的集聚。近年來，高頻系統(tǒng)全固態(tài)功率源樣機(jī)等35項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)在懷柔產(chǎn)出，穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀等20余項(xiàng)產(chǎn)品完成市場化。
未來，越來越多的“北京造”儀器將不斷涌現(xiàn)。2024年12月20日，市經(jīng)信局等五部門發(fā)布《關(guān)于支持發(fā)展高端儀器裝備和傳感器產(chǎn)業(yè)的若干政策措施實(shí)施細(xì)則（修訂版）》，鼓勵(lì)平臺型企業(yè)開展揭榜攻關(guān)、樣機(jī)研發(fā)、研究成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，將根據(jù)項(xiàng)目投入給予最高3000萬元的資金補(bǔ)助。同時(shí)，本市還將推動特色園區(qū)建設(shè)，提升公共服務(wù)平臺能力，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)培育力度，完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，推動本市高端儀器裝備和傳感器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。（記者 劉蘇雅）
