技术推动与市场需求拉动是驱动创新和产业发展的两股重要力量，在松山湖材料实验室的昼与夜、实验台与样板工厂，这两股力量的相互作用与交织时刻进行着，并以硬核产品、专利技术的形式逐步转化为新质生产力。在这一过程中，材料发挥着基石作用，伴随着工艺技术的精进，实现一次又一次样品到产品的突破与升级，而这又往往集中体现在装备制造上，装备的能力水平一定程度上代表了材料所在行业的水平。
本次特别策划继续关注从实验室里诞生的国产装备。
智能非晶丝材料制备系统
非晶智芯团队
在加热到通红的玻璃导管之下，工程师熟练地将一条晶莹剔透的细丝一端固定在转轴上，随后开始自动绕成密度一致的线圈，不一会儿一颗约重0.5g的非晶圆柱体，被均匀拉伸成直径40μm、长约30m的玻璃包裹非晶丝，比正常的头发丝还要细一半，整个过程不到1分钟。
这台采用电磁感应加热、熔融拉丝法制备工艺的自动化装备，名为智能非晶丝材料制备系统，其制备的非晶丝是GMI巨磁阻抗传感器器件的核心材料。
“它其实是一个小工厂，可以做多品种、小批量的工厂，也是一个很智能的机器人。”非晶智芯团队负责人张超研究员形容到，别看装备小，体积也就4m2，但麻雀虽小五脏俱全，拥有电磁感应加热系统、智能温控系统、真空系统、水循环系统、微位移控制系统、伺服系统、显示系统、信息存储系统等多个子系统，并嵌入有中文界面的软件系统，可以根据用户需求自行设计工艺参数，包括非晶丝的材料成分、几何尺寸、磁电性能等，直径小到7μm，大到50μm，系统都能按照既定程序完成材料制备与收纳工作，批次的稳定性达到99%，并实现了不同成分非晶材料制备全过程的数据采集、存储、分析，也为材料基因工程提供了实验基础。
在张超研究员看来，材料与装备是强纽带关系，装备的能力直接表征了材料所在的行业水平，所以在2020年加入松山湖材料实验室组建非晶智芯团队之初，他就将非晶丝制备系统的开发列入了团队的重要课题。
在东莞先进制造业的加持之下，两年时间装备实现了从图纸到3.0版的三级跳，“不仅用得好，性能好，批次稳定，还得美观”，这是他对一台装备的评价标准，“因为不只要面向国内，还要推向海外”，目前该装备在个别高校和科研院所均有运行。对于一个极弱磁传感器专用非晶丝制备系统，他很有信心，“它的整体性能在业界是最好的。”
GMI巨磁阻抗传感器是继霍尔、磁阻之后的新一代超高灵敏度磁传感器，可测量到纳特（nT）、皮特（pT）级别极其微弱的磁感应强度。基于自主研发的高阻抗变化率非晶丝材料机及其制备工艺系统，结合MEMS（微机电系统）和半导体技术，非晶智芯团队研发了国内首款GMI弱磁探测芯片，开发了目前国内性能指标最高的pT级三轴传感器模组，可分辨出地磁场百万分之一的变化，测量范围±100000nT，频响高于100KHz，融合高效分析算法，可用于海洋目标探测、透地应急磁通信、卫星姿态测量、空间精确磁定位，以及汽车、建筑、电网，心磁、脑磁、脑机接口在内的生物医学以及高精度工业仪器仪表等领域，为物联网行业提供灵敏度更高的解决方案。
目前，团队已在汽车电子、建筑安全和智慧工厂等领域推出一系列产品。其中，与东风汽车合作完成了发动机用磁敏芯片AECQ100车规认证，基于该芯片的凸轮轴、曲轴传感器通过了台架实验并进入路试搭载，完成了车身安全类磁传感器的国产化突破。
与此同时，团队致力于东莞制造业信息化和智能化转型，依托松山湖材料实验室建设了大湾区智能传感器工程中心，正在积极开展AI Sensor解决方案的研发。
基于自研的转速、电流、角度、编码器等系列智能磁传感器、超低功耗胎压传感器、线控底盘控制器等产品，借助东莞制造业产业链优势，团队研发设计了全电动ATV和高机动UTV全地形车辆载具平台，亮相第十五届珠海国际航展。期间，团队得到了东莞市委市政府相关领导的现场支持与指导。
智能软包电池制造系统
锂离子电池材料团队
今年11月，由巴西矿冶公司、中信金属股份有限公司和松山湖材料实验室共建的“先进铌基电池材料联合实验室”在实验室揭牌，这是国内首个铌基电池材料联合实验室，旨在合力推动铌在电池关键材料中的基础研究和应用推广。
作为实验室打造新能源材料与器件开放共享平台的又一范例，共建联合实验室也将进一步发挥锂离子电池材料团队的工艺和装备技术优势为电池行业服务，尤为值得一提的是智能软包电池制造系统。
设备由团队联合骨干电池装备和生产企业、科研单位自主开发。18米长的软包电池中试产线囊括了正负极片真空烘烤送料转移仓及叠片、极耳激光焊接、电芯封装、电芯注液四大单元，可实现单体电池全自动化生产，生产效率达0.3PPM（即每分钟可生产0.3个电芯），装备技术水平达到国际同期先进水平。
在控制面板上一键启动，全程10多个机械手开始作业，正负极叠片通过CCD光学对齐，极片对齐度控制在0.1mm以内，可叠总厚度12mm以内的电芯，每个环节均配有检测功能，极片有尺寸异常或电芯短路等都会被自动识别为“NG”，从而被筛选淘汰到NG料盘。
面向研发智能化，设备对全过程进行信息采集，包括制造主模块和可移动辅助模块的过程数据与物料数据的采集。开发的智能信息系统，具备数字孪生和数据分析功能，结合物联网标识技术，可将成品电池绑定测试数据、物料数据和过程数据，形成多批次数据分析功能，快速收敛材料与工艺配方、过程的最优匹配关系，同时追溯问题点，从而缩短新产品的研发周期。
适配性强是该装备的一大亮点，可兼容不同尺寸、不同材料的软包电池生产。电芯尺寸范围长220-330mm、宽80-120mm，厚度层数根据铝塑膜冲坑最大深度可调≤12mm。整个生产过程是在氩气环境下，能有效避免正负极等各种材料与水、氧接触反应，从而兼容金属锂/钠电池、锂/钠离子电池等多种正负极材料体系的动力和储能电池的材料验证、工艺验证。
正如黄学杰研究员在之前的采访中所说，“我们不是要成为电池厂的竞争者，我们是通过新技术推广工作，服务于行业，希望赋能所有的电池厂。”下线的批量电池已向数家企业送样，团队根据企业反馈报告持续优化产品。同时借助中试线兼容度强的优势，为高校、科研院所和电池上下游企业开展材料与工艺试验、验证提供开放共享服务，目前已有近10家单位预约开展不同材料、规格的电池研究。
32Ah级4.5V镍锰酸锂动力电池
在中试线基础上，团队与行业伙伴合作推进的新一代动力和储能电池正在走向市场，革新材料技术正服务于动力和储能电池行业的产品迭代升级。
Fast3D形貌量测设备
高效晶硅电池团队
在一个直径80cm的SiC涂层的晶圆载盘上，一道激光正在来回扫描，它将要对载盘上三十余个晶圆槽进行精度达1μm级别的三维立体形貌测量，快速检测并找到超细微裂纹、杂质晶粒、凸起等缺陷。这个过程将传统的测量方式的时间从12小时缩至25分钟，所借助的装备就是高效晶硅电池团队基于快速大面积定量成像技术开发的Fast3D形貌量测设备。
高速兼具高精度高稳定性是设备最显著的特点。它是由一个3D高精度激光传感器，通过三维激光扫描，搭载高精度光学传感器和精密防抖运动平台，结合自动化操作软件设计和先进算法进行数据处理，实现了形貌数据的三维可视化与分析定位。其速度是同等精度下三坐标设备的8—10倍，尤其适合大行程和多测量参数的项目；而全光非接触式无损检测手段，又特别适用于洁净度要求高的半导体产品。
3D立体形貌分析
扫描过程中如何获取完整且高精度的数据，如何进行无损高精度大尺寸数据拼接是设备的技术难点所在。为此，2年时间里，中国科学院物理研究所/松山湖材料实验室杜小龙研究员带领团队共研究了14种算法及相应设备优化配置，总结生成了一套大尺寸线扫拼接算法，可有效消除拼接纹理，高精度真实还原被测物翘曲形貌和数据测量。为直观观测数据，团队还研制了一套数据Mapping映射算法，实现多种平面和数据的不同颜色映射，从而精准观察到粗糙度分布和翘曲分布，同时基于深度分布的三维XYZ数据，实现图形自动选点计算平面度。
轮廓曲线分析
该设备主要应用于半导体制造、工业PCB、碳化硅涂层器件等行业领域的品质管控和工艺分析。可测量产品及其指定区域的平面度、尺寸、高度差、位置度、同心度、面面夹角、轮廓线、2D测量等参量，还可加装二维影像仪、接触式探针等可选配件，进行复合式测量，一键建表，一键导出。在测量基础上，设备还可快速检测并标记涂层件的细微凸起、颗粒物、裂纹、杂质等异常点，满足如半导体衬底与外延片的高要求制备。此外，团队还可进行模块化定制开发，目前已交付数台设备给到半导体零部件生产商，助力工艺研发与品控。
团队孵化的产业化公司——广东中科普瑞科技有限公司已列入国家高新技术企业，拥有数十项专利技术，已成功向市场推出多类产品和解决方案：基于快速大面积定量成像技术开发的检测设备、硅片面反射率测量仪、非接触式方阻测量仪、光伏湿法化学辅助添加剂及其电池工艺解决方案等。主要应用于光伏行业及半导体行业，除此之外也能满足高校及科研市场的需要。（团队和公司介绍：http://www.sinoprime.com.cn/）
