人才视界⑤|许智:科研创新从仪器创新开始 ——实验室创新样板工厂高端科研设备产业化团队

2020-09-09
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一个火柴盒大小、外壳包覆金属的小方块,通过电压控制能够实现纳米级别的精密位移,可以用于对精密度要求超高的科学实验、精密制造和半导体工业等领域。日前,在松山湖材料实验室高端科研设备产业化团队的实验室内,团队负责人许智展示了该团队拥有核心技术的压电驱动纳米位移台。

 

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随着微电子、纳米科技和人工智能等领域的进一步发展,精密定位不仅在实验室用途广泛,工业界的应用也越来越多。该团队在以往研究基础上,发展出一系列具有自主知识产权的超精密定位产品,填补了国产空白。

 

从实验物理学家到“硬件创业者”

 

“这是我们的主要产品之一,过去常规的驱动定位是利用电机控制,但我们采用的是称为压电陶瓷的材料,给电之后产生微小形变,利用这微米级的微小形变让台子发生位移。”许智介绍道,该团队研发的压电驱动纳米位移台一方面位移范围大,另一方面定位精度可以达到零点几个纳米,与普通微米级别定位精度相差近万倍。

 

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与材料实验室其他主攻材料研究的创新团队不同,高端科研设备产业化团队的创业方向则在于“设备”。在该团队的实验室内,小到一手可握的小零件,大到一人高的“大家伙”,各种不同设备都陈列其间,仿佛一间小型加工厂。

“如果说其他团队研究的是如何炒菜,那我们的研究就是怎么做一口锅。”许智解释道,当下国内在尖端科研仪器的研制方面相对落后,很多尖端设备都需要进口。然而,仪器设备对科研的重要性不亚于“一口好锅”。

在他看来,仪器是科研的重要基础,特别是对物理学家来说,科研的创新是从仪器创新开始的,有好的仪器才能做出好的结果。最先进的结果,通常是在最先进的仪器上做出来的。而最初走上“硬件研究”这条道路,与他的学习经历密切相关。

“过去做纳米材料研究,先用显微镜观察材料的原子结构,把这个材料放到另外的设备上测量材料性质,这是非原位的研究。”许智回忆道,2000年左右他还是一名研究生,导师提出了在观察原子结构的同时进行测量的构想,从而把材料结构和性能完全关联起来。

立项之后,他就跟着导师开始相关工作,开发出了当时世界上的第一台原子级别的观察与测量联用的系统。这成为了许智“硬件创业”的一个起点。

 

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松山湖材料实验室成立之后,许智全职来到了松山湖,开始专门研究起高端科研设备的产业化。“材料实验室创立创新样板工厂,专注于科研成果转化。我们就意识到在实验室的这些技术,不光可以自己用,还应该把它产业化,推广给国内外其他研究单位来用,提升国内整体的仪器水平和科研水平。”

具体到当下的工作,该团队主要聚焦材料生长、材料表征和材料检测三个方面。“我们的材料生长设备,生长的材料质量比别人家都好,这是我们核心竞争力,也是在实验室多年积累的结果。”许智介绍,材料表征则属于观测范畴,通过扫描探针显微镜等设备,可以把材料表面原子结构展现出来。此外利用该团队研发的设备,还可以进行原子层级的测量,研究材料不同条件下的性能特征。

 

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目前,在创新样板工厂,该团队致力于推动从实验室样机到成熟产品的转变,提升产品的稳定性、易用性和质量的一致性,让产品逐步走向市场。

不过,科研仪器市场不同于普通消费市场,具有自身特点。“比如手机公司一年可以卖几千万台,但我面向研究单位卖仪器就不会卖到那么多。”许智表示,科研设备行业的突出特点是技术门槛高、产品附加值高,同时固定资产投入相对较低,不需要建设大规模生产线,一个团队20个人就能完成很多事情。

 

成功将4项发明专利实现产业转化

 

实际上,技术往往存在很大的溢出效应,研制科研设备所得的技术在其他领域也有意想不到的功用。在实验室,他向记者展示了一种特制的探针,尖端细至仅有一个原子。“这根针可以像手一样在这个材料表面‘摸’,用原子来‘摸’原子,操作精度得非常高。通过探测针和样品之间微弱的电流变化,来判断接触状态,从而找出材料表面的原子排布。”

 

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得益于在微小电流等弱信号探测方面的丰富经验,该团队开始拓展更广阔的民用市场。近期,该团队正准备围绕疫情防控中存在的核酸检测需求,启动快速核酸检测项目。

“为了控制疫情,在武汉、北京等地都做了大量核酸检测。但目前采用的方法较慢,今天检测明天才有结果,另外筛查时一次好几百万的检测量,为了降低成本,有时采取混合筛查手段,可能存在漏检的问题。”许智介绍,该团队即将推出的快速核酸检测技术,采用石墨烯生物传感芯片,通过电学检测,成本低、速度快、灵敏度高,只需5分钟就能出结果。

 

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这些技术,则都是基于该团队之前的技术积累。一是该团队研发的材料生长设备能生长规模化的、均匀的石墨烯材料;二是基于该团队具备弱信号检测方面的经验和能力。“因为病毒的量非常少,它所能探测到电子信号比较微弱,这恰恰和我们做原子成像的经验是相通的。”

许智认为,相关技术的突破并不仅仅用于目前的科研设备,而是通过积累逐渐形成一定的技术储备,遇到新的需求就可以很快实现转移和转化。

依托材料实验室创新样板工厂,该团队正快速推进产品产业化应用。目前,精密仪器团队已有自主知识产权专利4项,申请审查中专利1项,拟申请专利5项。团队在实验室孵化的初创公司成立1年多,目前已签订和即将签订的合同额近千万元。

“松山湖处于大湾区核心地区,环境也很好。材料实验室无论是在给予的创业扶持,还是在住房、待遇等生活保障等方面都很到位。”许智表示,东莞在加工配套和潜在客户对接方面,都对团队工作开展提供了比较好的条件,目前公司刚刚扩充了市场销售方面的人员,接下来会将一部分工作重点转向市场拓展,力争跨过从科研到市场之间的“死亡谷”。

 

撰稿:综合事务管理部 × 南方日报

 

撰稿:未知