新年伊始，位于懷柔科學城的高端精密加工共享服務平臺正迎來投運前的最后一環(huán)——電力設備接入工作正在緊鑼密鼓地推進。預計2025年年中，這些加工精度達微米級的設備就將投入生產，支撐國產化高端科學儀器設備研發(fā)。
高端科學儀器是開展科學研究的有力工具，它們如同科研人員的“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中心建設為契機，推動高端儀器裝備和傳感器產業(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)技術和市場化產品涌現(xiàn)，儀器和傳感器產業(yè)集群加快形成。
國產高端科學儀器完成商業(yè)化
細如發(fā)絲、寬度僅0.5毫米的音叉，是qPlus（品質因子增強）型掃描探針顯微鏡的核心部件之一，也是易耗品。此前，這款顯微鏡的整機和耗材均依賴進口。“為什么不能自己做？”憑著一股不服輸?shù)膭蓬^兒，北京大學物理學院教授江穎帶領團隊前后花費近10年，從零開始自主研發(fā)，搭建起國產qPlus型掃描探針顯微鏡樣機。
將頻移的信噪比提升兩個數(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……樣機設計完成后，江穎將相關專利轉讓給位于懷柔科學城的中科艾科米公司，由企業(yè)開展后續(xù)的成果轉化。
“一開始我們以為把研發(fā)經(jīng)驗分享給企業(yè)團隊，產品很快就能成型。”讓北京大學物理學院特聘研究員田野沒想到的是，從樣機到量產竟又用了大半年。以線材為例，一條小小的導線，竟會干擾顯微鏡的信號，為了排除這個問題，他和企業(yè)團隊耗時幾個月，反復嘗試，最終確定必須用一款有屏蔽功能的線材，才能有效過濾外機的噪音。
顯微鏡的設計細節(jié)還在持續(xù)優(yōu)化。“顯微鏡的前期研發(fā)，更多的是從實驗室角度考慮，以科學問題為導向進行研究。但走向產業(yè)化，我們就要考慮如何讓用戶更好地使用這個設備。”田野說，以顯微鏡的力傳感器為例，團隊重新設計了機械式插片的裝配方式，并形成專利，大大降低了設備的使用難度，提升了適用范圍。
完成商業(yè)化轉身的首臺qPlus型掃描探針顯微鏡，已經(jīng)在懷柔科學城的輕元素量子材料交叉平臺投入使用。利用這臺設備，江穎團隊得到了世界上第一張清晰的冰表面結構原子級“定妝照”，并產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，隨著產品的陸續(xù)交付，重量級的科研成果將很快產出。
“北京造”儀器設備茁壯成長
走進位于懷柔的多場低溫公司的生產車間，就像走進了實驗室，這里沒有加工的噪音，也沒有機油的味道，幾十名員工都在和納米級的動作較勁。車間產出的一兩百種運動控制產品中，最小的只有指甲蓋大，卻是支撐高端科學儀器運行的關鍵零部件。
要在原子水平開展研究，探索物質的極限，離不開高精度的運動控制技術支撐。
“高端設備對應的就是高精度。通俗地講，我們是做馬達研究的，但這個馬達精度很高，在極低溫、超高真空和強磁場的極端環(huán)境下，每次移動都能實現(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，始終瞄準這個細分領域鉆研。從運動控制到傳感器測量，再到納米級的自動化，他的目標是“玩轉原子”。
幾名物理學博士組建的“草根團隊”，推動我國極端環(huán)境納米運動控制產品集群的技術達到國際領先水平，叢君狀特別提到了一個轉折點——2021年。這一年，多場低溫從市區(qū)整體搬遷至懷柔科學城。“在這里，我們有了寬敞的場地，得到了融資。更重要的是，懷柔科學城為我們提供了工業(yè)界、半導體、生物醫(yī)藥等領域的需求對接，我們的技術有了更多應用場景。”
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，深耕技術打磨產品，在細分領域也能站穩(wěn)腳跟。”展望新的一年，叢君狀依然信心滿滿，預計2025年公司的訂單金額能再翻一番。
共性技術平臺賦能新設備研發(fā)
“在儀器裝備的研發(fā)階段，設計方案需要盡可能快速定型，快速打樣是這些研發(fā)團隊的共性需求。”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)的科學儀器盡快從實驗室走向中試甚至產業(yè)化，共性技術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平臺、智能感知共性技術平臺、真空技術聯(lián)合實驗室，正在懷柔科學城落地。儀器研發(fā)企業(yè)的產品迭代需求，不出“城”即可得到滿足。
“現(xiàn)在加工設備已經(jīng)全部進場，再過幾個月，高端精密加工共享服務平臺就能開門迎客。”從事機械加工的三維博藝公司副總經(jīng)理楊占國正帶領團隊，加緊完成平臺建設的收尾工作。“之前企業(yè)研發(fā)儀器時，零件加工需要到外省市進行，從圖紙溝通、對接再到進料、交付，周期可能要拉長到1個月。在家門口做加工，1周時間就能保質保量完成。”
一條高端儀器裝備和傳感器產業(yè)鏈正在形成。“方圓幾公里之內，既有我們的合作伙伴，也有我們的客戶、分銷商，產業(yè)鏈上下游關系十分緊密。”叢君狀見證了懷柔科學城的建設和發(fā)展，以及相關產業(yè)鏈的集聚。近年來，高頻系統(tǒng)全固態(tài)功率源樣機等35項原創(chuàng)技術在懷柔產出，穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀等20余項產品完成市場化。
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)濟和信息化局等五部門發(fā)布《關于支持發(fā)展高端儀器裝備和傳感器產業(yè)的若干政策措施實施細則（修訂版）》，鼓勵平臺型企業(yè)開展揭榜攻關、樣機研發(fā)、研究成果轉化和產業(yè)化，將根據(jù)項目投入給予最高3000萬元的資金補助。同時，本市還將推動特色園區(qū)建設，提升公共服務平臺能力，加強產業(yè)培育力度，完善產業(yè)生態(tài)建設，推動本市高端儀器裝備和傳感器產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
