疫情下的供應鏈問題加劇研究放緩

編譯 許林玉

“大家都因丙酮短缺而叫苦不迭。”美國國家科學基金會國家納米技術協調基礎設施供應商關系的負責人查理?威斯（Charlie Veith）表示。丙酮用于光刻領域，是新冠疫情暴發以來難以購買到的無數物品之一。威斯說，去年秋季，美國東海岸有兩所大學的納米技術實驗室因丙酮短缺而瀕臨關閉，是他出面幫助解決了問題。他已經想方設法將化學品、個人防護設備、熔融硅晶片和更多實驗室材料弄到手。

供應鏈包括采購、加工、質量控制、清潔、包裝和運輸等環節。威斯說，當供應鏈的所有環節環環相扣時，出現任何問題都會將整個供應鏈弄得一團糟。

在新冠疫情期間，研究人員與普通民眾一樣，都因供應短缺而備受打擊。歐洲一家生產實驗室儀器的公司的發言人稱：“我不知道人們是不是像囤積廁紙一樣囤積電子元件。”2021年下半年，該公司的訂單有所增加，但卻無法順利獲取電子產品和原材料。對于要求匿名的原因，她解釋道：“每家公司都面臨同樣的問題，但企業不愿承認。我們正竭盡全力爭取按時交付訂單，但由于無法獲得產品所需的部件，我們的工作仍然一籌莫展。”

交付延遲、交貨期延長以及耗材和耐用設備報價的不斷變化，都讓研究人員感受到了全球供應鏈問題帶來的影響：他們的研究受到阻礙，被迫調整優先事項。萊斯大學物理學和天文學系主任道格拉斯?納特爾森（Douglas Natelson）說：“人們努力尋找變通的辦法。但是，供應問題使每個人都壓力倍增。我最擔心的是那些剛剛走上研究之路的人。”

在美國西北大學的微/納米制造廠，研究人員只能穿上一件超大號的防護服。自新冠疫情暴發以來，設施管理人員不得不爭相尋找無塵室用品

拼湊、共享、創新、支付

在疫情期間，用于清潔環境的丁腈手套、口罩、防護服、發網、靴套等一直斷斷續續地出現短缺，至少部分是因為醫療領域對這些物品的需求。運營總監納西爾?巴西特（Nasir Basit）表示，這些物資的短缺并沒有導致美國西北大學的微/納米制造廠停工。“但我們曾為此感到恐慌。”他現在要花很多時間與不同的供應商再三確認。他說：“只要能找到的東西，我們基本上都會買下來。”斯坦福大學礦物和微化學分析實驗室管理人員戴爾?伯恩斯（Dale Burns）表示，該實驗室已經開始將最好的手套留給“可能對研究產生重大影響”的工作，并將它們重復使用于“稍微臟一點的任務”。

吉 多?帕 加 諾（Guido Pagano）于2020年初開始在萊斯大學物理學系任教。他用激光器操控被俘獲的離子和原子，并通過這種方法研究量子信息處理。在封鎖期間，由于學校停課，他的實驗室建立工作停滯了兩個多月。但他坦言，接下來的情況更糟。“經濟活動重新啟動后，供應鏈問題又開始折磨我。”

因疫情而導致鋼材到貨時間延誤，使華盛頓漢福德激光干涉儀引力波觀測站的升級工作推遲了四個月。該構造物全長300米，設有窄帶光共振腔，以提高LIGO的靈敏度

在2021年3月，帕加諾定制了一塊鋁板，螺絲孔間的間距小于標準的1英寸（1英寸約合2.54厘米），用于安裝光學元件。通常情況下，做一塊這樣的鋁板需要大約6周時間。鋁板在9月時生產出來了，但卻被承運商弄丟了，到12月他還在等。該公司將延誤歸咎于無法獲得鋁材，而且人手不夠。在此期間，帕加諾只能想出一個臨時解決辦法。

2021年10月，帕加諾訂購了一臺高功率紫外線脈沖激光器。對于這樣一臺價值10多萬美元的激光器，供應商給出的等待時間是10或11個月，而不是通常的3或4個月。帕加諾說：“我需要這種特殊的激光器來實現量子門。沒有它，我無法對量子比特進行任何相干操作。”他打算向其他研究小組借一個激光器。

任職于羅切斯特大學的杰米?卡德納斯（Jaime Cardenas）說：“在某些情況下，我們不得不花更多的錢，購買比我們所需物品更復雜的產品。”他主要研究應用于通信、傳感和量子信息的集成光子設備，需購買的材料包括固定在銅帶上的石墨烯。“這是一種標準材料，售價低廉，”他說，“但上次我們打算訂購時，供應商表示很難買到銅材。”因此，他只好購買了他能買到的材料：可溶聚合物膠帶石墨烯，其價格高出30%。由于擔心供應會繼續緊張，他多買了一些。

由于他的常規供應商無法供應熔融硅晶片，卡德納斯找到了新的貨源，但多付了50%的費用。另一個關于全球供應鏈問題的例子是，他和同事從日本訂購了一把切割鋸，但海運集裝箱在離岸時受到阻礙。如果走海運，貨物無法在資助撤回之前到達。因此，他們不得不通過空運運送一臺大型設備，這使運輸成本增加了三倍。

馬修?揚科維茨（Matthew Yankowitz）于2019年8月進入華盛頓大學工作，擔任物理學助理教授，研究具有突發磁性、超導性和拓撲性的層狀二維量子材料。在疫情暴發之前，他便收到了一臺用作公用設備的特殊冰箱，但幾個月后，芬蘭供應商的技術人員才得以進入美國把它組裝好。他從田納西州訂購的一臺低溫恒溫器和從德國訂購的一臺掃描穿隧顯微鏡也晚到了幾個月。

揚科維茨表示，耗材也可能難以買到。“在訂購之前，你不知道能買到什么，而且交貨時間可能長得驚人。”例如，在過去，將樣品和探針導線建立電連接的封裝支架“可以即訂即發”。現在的交貨時間是5個月。“我懷疑沒有人會預計這么長的到貨時間。如果沒有其他辦法，我們會拆除之前測試過的設備，并使用用過的封裝支架。”揚科維茨說道，“我們將不得不做出艱難的決定，確定應該拆除哪些工作裝置。”

小生意，大麻煩

馬里蘭大學巴爾的摩縣分校的卡洛斯?羅梅羅-塔拉馬斯（Carlos Romero-Talamás）正在監督兩個等離子體裝置的建造工作。對于離心磁鏡來說，因為6米長的鋁室和真空泵的交付時間延遲，其工作進度至少推遲了三個月。另一個裝置——用于研究塵埃等離子體的7特斯拉脈沖比特磁體——需要帶孔的金屬板進行冷卻。羅梅羅-塔拉馬斯手頭有金屬材料，但他還沒有找到制作打孔模具的公司。他說：“我已經聯系了至少十幾家供應商，但它們都不想接這筆業務，因為費用不到10萬美元，而這對他們來說似乎是小錢。”

隨著塵埃等離子體項目的停滯，羅梅羅-塔拉馬斯表示，目前他的團隊正專注于0.1特斯拉左右的實驗，并充分利用“手頭的工具”。他很擔心學生無法按時完成學業。

對于羅梅羅-塔拉馬斯及其馬里蘭大學巴爾的摩縣分校的研究團隊來說，一直很難找到供應商為他們的高磁場（7特斯拉）研究計劃定制部件，因此他們目前已經加緊推進對低磁場（0.08～0.12特斯拉）下塵埃等離子體的研究

在賓夕法尼亞大學，化學和生物分子工程系的李代延（Daeyeon Lee）團隊利用微流控設備合成生物醫學應用的材料。他們的一個項目需將mRNA封裝到用于疫苗的脂質納米顆粒中。從2021年夏天開始，他們就一直無法買到生產該設備所需的聚二甲基硅氧烷（PDMS）。李代延介紹說：“PDMS是一種常見的廉價彈性體。通常情況下，你不會想到它會用完。許多研究工作因此半途而廢。”

他的學生找到并買到了類似的彈性體，并對其進行了測試，制造臨時微流體設備。這些設備可以完成此項工作，但材料的特性不如PDMS。“新材料是否會影響性能？當我們想要發表研究成果時，肯定會出現有這樣或那樣的問題。”

李代延團隊還遇到了另一個供應鏈問題，當時學校無塵室的一個接合器發生了故障，而接合是制造硅和玻璃微流控設備的最后一步。李代延回憶說：“供應商對問題進行了診斷，但買不到修復儀器的零件。”最后，由一名博士后和一名學生將部分制造好的設備打包，驅車約320公里到賓夕法尼亞州立大學的一個工廠中完成這一流程。李代延說：“本該一小時完成的工作現在需要一個星期，而且可能會污染設備，成本更高，耗時更長。”

一場戰略游戲

一些公司宣稱，新冠疫情并未影響他們的業務或按時交付產品的能力。測試和測量設備制造商蘇黎世儀器公司銷售副總裁史蒂芬?科赫（Stephan Koch）表示：“一切盡在掌控之中，我們已經提前做好了計劃，我們的客戶也沒有感到有什么損失。至少對于一些軟件公司來說，新冠疫情也并非一無是處。“我們看到企業將更多的時間花在設計軟件上。”設計自動化公司VPI光學的美國業務發展總監克里斯?馬洛尼（Chris Maloney）說，“他們在購買產品之前會測試自己的設計。因為很難買到零部件，所以這變得更加重要。”

盡管如此，許多科技公司的訂單仍在激增。即便這些企業不愿承認面臨困境，但從顧客的話中可以看出，延誤和缺貨是普遍現象。

美國俄亥俄州湖濱低溫電子有限公司戰略采購總監黛安?布萊克（Diane Blake）說道：“我們的供應問題始于去年得克薩斯州的嚴寒冰凍。”該公司主要生產溫度和磁場監測儀器及材料表征產品，而用于生產傳感器的環氧樹脂主要來自得克薩斯州。此外，2021年3月一家日本公司發生火災，模數轉換器的交付出現延誤。馬來西亞因疫情裁員，微芯片被擱置。“我們單一來源的關鍵部件太多了。”布萊克無奈地說道。

據布萊克說，該公司的氧化鋁探針葉片的長期供應商在企業所有人感染新冠后關閉。“這些零部件是成本可能高達20萬美元的系統的組成部分。”該公司以前用鋁質管材加工零部件，但最近只能采購到實心棒材，這使得生產成本更高，耗時更長。而對于公司產品的電子元件，以前的交付周期為8～10周，但現在已經增加至52周。“到貨時間已經推到了2023年初。”

“我們正在尋找替代零部件。”布萊克說，“我們將不得不重新審視在2022年需要專注于哪些工具。這是一場戰略游戲。”

資料來源 Physics Today