“一個國家、一個民族，要想在世界上真正立足并贏得國際社會的尊重，必須占據(jù)高科技領(lǐng)域的陣地，一定要把核心技術(shù)掌握在自己手中?！敝袊こ淘涸菏?、西安交通大學(xué)精密工程研究所所長蔣莊德說。
多年來，蔣莊德心懷“制造強國”目標(biāo)，夙興夜寐，埋頭苦干，幾十年如一日致力于微納制造與先進(jìn)傳感技術(shù)、精密和超精密加工與測試技術(shù)及裝備等方面的研究，在高端MEMS傳感技術(shù)及核心芯片、數(shù)字化精密測量與超精密加工技術(shù)及裝備的工程科技領(lǐng)域取得了突出成就，在微納米技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)理論和生物檢測技術(shù)及儀器等方面開展創(chuàng)新性研究。他先后獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項、國家科技進(jìn)步獎二等獎2項，并榮獲2014年何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎、2017年首屆全國創(chuàng)新爭先獎和2020年第十三屆光華工程科技獎。
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本期推出 中國工程院院士、西安交通大學(xué)教授 蔣莊德
“一個國家、一個民族，要想在世界上真正立足并贏得國際社會的尊重，必須占據(jù)高科技領(lǐng)域的陣地，一定要把核心技術(shù)掌握在自己手中?！敝袊こ淘涸菏俊⑽靼步煌ù髮W(xué)精密工程研究所所長蔣莊德說。
多年來，蔣莊德心懷“制造強國”目標(biāo)，夙興夜寐，埋頭苦干，幾十年如一日致力于微納制造與先進(jìn)傳感技術(shù)、精密超精密加工與測試技術(shù)及裝備等方面的研究，在高端MEMS傳感技術(shù)及核心芯片、數(shù)字化精密測量與超精密加工技術(shù)及裝備的工程科技領(lǐng)域取得了突出成就，在微納米技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)理論和生物檢測技術(shù)及儀器等方面開展創(chuàng)新性研究。先后獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎2項、國家科技進(jìn)步二等獎2項，并榮獲2014年何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎、2017年首屆全國創(chuàng)新爭先獎，2020年第十三屆光華工程科技獎。
“現(xiàn)在回過頭來看，開始做的那些基礎(chǔ)性研究非常重要”
上世紀(jì)90年代初，MEMS（微機電系統(tǒng)）和納米技術(shù)成為世界高新科技競爭的制高點。
“當(dāng)時美國通過半導(dǎo)體工藝做出硅基的靜電式微電機，這是一個劃時代的變革，給了我很大的震動。傳統(tǒng)制造模式中，機電產(chǎn)品由分離式器件組裝而成，存在一定的加工周期，而通過半導(dǎo)體工藝，可以一次性、大批量地制備出微型機械、電子器件和系統(tǒng)?！笔Y莊德回顧說。正是敏銳地意識到了這一發(fā)展趨勢以及其廣闊的前景，1993年，他率先向?qū)W校提交了《關(guān)于立即開展納米技術(shù)和微型機械研究的報告》，請求盡快開展這方面研究。
作為機械、電子等學(xué)科的交叉領(lǐng)域，MEMS和納米技術(shù)研究當(dāng)時在國內(nèi)屬于新興領(lǐng)域。開展這項研究，他們沒有任何基礎(chǔ)，基本處于無資金、無人員、無專業(yè)實驗室的“三無”狀態(tài)。當(dāng)時，在科研經(jīng)費緊張的情況下，學(xué)校撥了兩萬塊錢作為啟動資金，支持蔣莊德開展探索性研究。
那是一段難忘的艱苦歲月。蔣莊德花了8000多元從微電子企業(yè)購置了五臺二手設(shè)備，把辦公室窗戶用黑布一蒙，搭了一個簡易暗室，帶著幾個研究生就干起來了。面對這一陌生領(lǐng)域，他們從最底層、最基礎(chǔ)的研究做起，邊學(xué)邊做，每天除了上課就泡在實驗室，在非常有限的條件下，一遍遍反復(fù)實驗。也是從那時候開始，蔣莊德開始了和姚熹院士團隊長達(dá)30余年的合作。為研制MEMS器件，經(jīng)常在姚團隊30平方米的超凈實驗室一做就是一兩個月，最終成功研制出分度圓直徑為300微米的硅基漸開線齒輪和陣列式硅微傳感器。
隨著研究前景的日漸明晰，蔣莊德獲得了越來越多的支持：國家自然科學(xué)基金、國防青年基金、國家重點實驗室基金、教育部博士點基金……1995年，在學(xué)校支持下，團隊從中科院化學(xué)所購置了掃描隧道顯微鏡（STM）、計算機等儀器設(shè)備，終于擁有了一個50平方米的超凈實驗室。隨后，在學(xué)校的支持下建成了當(dāng)時國內(nèi)高校最大的3000平方米超凈實驗室。實驗室硬件建設(shè)的改善提高，令蔣莊德在MEMS和納米技術(shù)領(lǐng)域的研究如虎添翼。
2000年，國家“863”計劃先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域預(yù)研項目001號“耐高溫壓力傳感器”面向全國招標(biāo)，蔣莊德團隊從8家競標(biāo)科研單位中脫穎而出。項目研究過程中，他們開創(chuàng)性地將硅隔離技術(shù)應(yīng)用到高溫壓力傳感器的制備上，成功突破了高溫下漏電流對傳感器性能的破壞等難題。一年后，項目順利通過驗收，并獲得科技部高度認(rèn)可。后來科技部的相關(guān)重點項目就交由蔣莊德團隊領(lǐng)銜。一些國家重點、重大項目和企業(yè)界的任務(wù)也接踵而來。
十年蓄力，一朝薄發(fā)。在突破了一系列技術(shù)難題之后，蔣莊德帶領(lǐng)團隊開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的MEMS耐高溫、耐高壓、高過載、超高g值和集成傳感器等系列產(chǎn)品，不僅打破了國外的技術(shù)封鎖與壟斷，而且很多項目成果實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，廣泛應(yīng)用于航空航天、兵器、船舶、石化等不同領(lǐng)域的數(shù)百家軍工和民用企業(yè)。
歷經(jīng)20多年持之以恒的不懈攻關(guān)，蔣莊德終于在國內(nèi)率先將MEMS傳感器技術(shù)推向工程應(yīng)用，實現(xiàn)了從“零的突破”到高端領(lǐng)跑，從而踏上了發(fā)展的快車道。他將這段歷程形象概括為“十年基礎(chǔ)、十年應(yīng)用、十年上規(guī)模發(fā)展”。他欣慰地說：“現(xiàn)在回過頭來看，開始做的那些基礎(chǔ)性研究非常重要，正是有了這些理論和技術(shù)基礎(chǔ)，才有了后面的快速發(fā)展?！?
憑著這種咬定青山不放松的韌勁和奮斗精神，多年來，蔣莊德帶領(lǐng)團隊，堅持面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，不斷向科學(xué)技術(shù)的廣度和深度進(jìn)軍，科研工作卓有成效。
2019年底，新冠肺炎疫情爆發(fā)。實時熒光PCR核酸檢測被世界衛(wèi)生組織和多個國家確定為新冠肺炎病例確認(rèn)、疑似排除和出院的依據(jù)。但是，一直以來，核心技術(shù)被“卡脖子”是PCR儀器國產(chǎn)化難以逾越的鴻溝。關(guān)鍵時刻，蔣莊德團隊在多年探索的基礎(chǔ)上，在國家重大科學(xué)儀器專項的支持下，攻堅克難，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)新型實時熒光定量PCR儀，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，打破了我國此類高端儀器設(shè)備完全依賴進(jìn)口的局面。團隊的“高通量多靶標(biāo)核酸自動化定量檢測關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”項目也獲得了2020年國家科技進(jìn)步獎二等獎。
據(jù)統(tǒng)計，30多年來，蔣莊德帶領(lǐng)團隊開展MEMS傳感器與核心芯片及其系列器件、納米計量技術(shù)與納米器件、精密超精密加工技術(shù)及裝備、精密測量技術(shù)及裝備、生物檢測技術(shù)及分子診斷科學(xué)儀器等方面的研究，先后承擔(dān)國家和國防各類重大重點項目及其它省部委科研項目數(shù)百項，獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎3項，國家科技進(jìn)步二等獎3項，省部級獎項30余項，發(fā)表論文1300余篇，授權(quán)發(fā)明專利340余項。
“做學(xué)問、搞科研切忌跟風(fēng)，要經(jīng)得起各種‘熱鬧’干擾”
上學(xué)至今，蔣莊德大半生的時光基本在西安交通大學(xué)度過。這所上世紀(jì)中葉響應(yīng)祖國號召從上海西遷而來的著名高校，60年來扎根西部，赤誠報國，所形成的“胸懷大局，無私奉獻(xiàn)，弘揚傳統(tǒng)，艱苦創(chuàng)業(yè)”的西遷精神，以及“起點高、基礎(chǔ)厚、要求嚴(yán)、重實踐”的育人傳統(tǒng)，對蔣莊德產(chǎn)生了深刻影響。
特別值得一提的是，蔣莊德就讀的交大機械學(xué)科成立于1913年，底蘊深厚，“大咖”云集，先后培養(yǎng)出了錢學(xué)森在內(nèi)的30多位兩院院士。西遷以來僅在機械系從教的就有周惠久、謝友柏、屈梁生、汪應(yīng)洛、盧秉恒和蔣莊德等六位院士，校內(nèi)外傳為佳話。其中，屈梁生、盧秉恒和蔣莊德三位院士更是出自同一教研室，曾在一起親密工作多年。
提起曾經(jīng)的老師和同事，蔣莊德語氣分外敬重，一一娓娓道來：董樹信教授主要研究表面粗糙度，起草制定了機械加工表面粗糙度國家標(biāo)準(zhǔn)；趙卓賢教授在機械加工表面形狀和位置誤差方面的研究領(lǐng)先國內(nèi)；屈梁生院士是我國機械故障診斷學(xué)的奠基人，也是將信息學(xué)理論引入機械故障診斷研究的第一人；盧秉恒院士作為我國增材制造領(lǐng)域的奠基人和領(lǐng)軍人物，與蔣莊德曾同在一個課題組、同住一棟樓，還一同在濟南第一機床廠開發(fā)超精密車床，一起呆了三年，多年來相互鞭策，情誼深厚……
尤其令蔣莊德印象深刻的是，當(dāng)年學(xué)校對青年教師上講臺的要求很高：先要在教研室、大班課多次試講，接受教研室?guī)孜焕辖處熞槐楸榈摹按蚰ァ保ò鍟?、講話的頻率、聲調(diào)的高低，公式推導(dǎo)的步驟等各個方面，都必須達(dá)到要求，過關(guān)后才能做助教，再鍛煉一段時間方能正式登臺授課；自西遷以來，凡進(jìn)入精密度量實驗室，“穿白大褂，先打掃干凈衛(wèi)生，戴上白手套，再開始做實驗”的規(guī)矩成為所有新老教師的行動自覺，沒有一個人搞特殊；老師們在學(xué)術(shù)上是嚴(yán)厲的，但提攜后輩則溫煦如春，不遺余力，蔣莊德還清楚地記得，當(dāng)年他邀請屈梁生院士做自己首個博士生答辯委員會主席，以嚴(yán)格著稱的屈先生對于學(xué)生取得的成果持贊賞、鼓勵的態(tài)度，令原本忐忑不安的學(xué)生更加堅定了獻(xiàn)身科學(xué)的信心……在長期的學(xué)習(xí)和執(zhí)教生涯中，這種崇德尚實、精勤育人的精神風(fēng)范在蔣莊德身上打下了深深的烙印。
“做學(xué)問、搞科研切忌跟風(fēng)，要經(jīng)得起各種‘熱鬧’干擾。只有坐得住，才能立得穩(wěn)?！笔Y莊德經(jīng)常這樣給團隊師生說。秉承“傳承、創(chuàng)新、融合”的科研思路，蔣莊德高瞻遠(yuǎn)矚又腳踏實地，帶領(lǐng)團隊勇闖多學(xué)科交叉融合新路，堅持不懈開展創(chuàng)新性研究?；仡?0多年的科研之路，蔣莊德總結(jié)自己“抓住了微納精密這一主要方向，帶出了一支隊伍，建立了一個平臺。”
蔣莊德團隊主要以微型機電子系統(tǒng)和納米技術(shù)、精密超精密加工這兩個方向的研究為主。他主持研制的耐高溫壓力傳感器及系列MEMS器件，解決了航空航天、軍工、石化、先進(jìn)制造等領(lǐng)域高溫惡劣環(huán)境下的壓力/加速度測量難題，打破了國外的技術(shù)封鎖和壟斷，并將MEMS產(chǎn)品推向工程應(yīng)用，引領(lǐng)和帶動了高端MEMS傳感器技術(shù)和敏感芯片的發(fā)展。他主持研制出國內(nèi)首臺1500mm大口徑非球面車磨復(fù)合機床，打破了國外的技術(shù)封鎖；主持研制出國內(nèi)首臺集齒輪、齒輪加工刀具、曲軸等復(fù)雜型面和回轉(zhuǎn)軸件檢測為一體的組合式精密測量儀器，成功替代了國外產(chǎn)品。除此之外，蔣莊德團隊在PCR聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生物檢測儀器方面的研究已走在世界前列，納米測量技術(shù)方面的研究也獲批了多項國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。近年來開始涉足的量子傳感、太赫茲、柔性電子等方向的部分研究也取得了較快進(jìn)展。
“歷史告訴我們，落后、弱小、被動就要挨打。我們要在自己的研究領(lǐng)域內(nèi)，主動對接航空、航天、船舶、兵器等國家重點領(lǐng)域和重要方向，努力尋求突破，盡己所能為國家做貢獻(xiàn)，這是我們每一個科技工作者的責(zé)任和義務(wù)。”蔣莊德說。
“既要有‘扎下去’的科學(xué)精神，也要有‘走出去’的戰(zhàn)略眼光”
“蔣老師做事認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，精益求精，對重點項目的材料常常要求‘一個字不能多，一個字不能少’，言傳身教令人感動?！眻F隊成員李常勝助理教授說。作為學(xué)科帶頭人，蔣莊德非常注重在重大項目中鍛煉、培養(yǎng)青年人。如前段時間申報國家自然科學(xué)基金重大項目，他就把超精密加工團隊所有年輕教師都召集起來，集聚智慧協(xié)力攻堅。經(jīng)常晚上十一二點了，他還帶著大家反復(fù)過材料、摳細(xì)節(jié)，直到無懈可擊。
“畫好了道，你們只管甩開膀子往前跑，不要有壓力和顧慮?！倍嗄陙?，蔣莊德始終站在科技的最前沿，就像一名舵手，帶領(lǐng)著團隊在科研的汪洋大海中乘風(fēng)破浪，行穩(wěn)致遠(yuǎn)。
2014年，蔣莊德將一項國家973課題的科研任務(wù)交給了還是講師的田邊。項目申請階段，田邊遇到了瓶頸，久攻不下，擔(dān)心自己把事情搞黃了，就找蔣莊德請求換人。
“沒想到蔣老師鼓勵我不要怕，他說有時候困難恰恰可能是要突破的前奏，而一旦突破，肯定是有創(chuàng)新，會對未來發(fā)展產(chǎn)生重要影響。他的話給了我莫大的鼓勵和信心。”蔣莊德的熱忱鼓勵，令田邊心潮澎湃，他振作精神，發(fā)憤攻關(guān)，最終不僅成功申請到課題，而且還以“優(yōu)秀”等級結(jié)題。此后田邊的科研一直圍繞著高溫薄膜傳感器堅持做下來，以出色成績獲得了國家級人才計劃。
“科學(xué)家既要有‘扎下去’的科學(xué)精神，也要有‘走出去’的戰(zhàn)略眼光?！笔Y莊德經(jīng)常鼓勵團隊師生要學(xué)習(xí)國際前沿知識，拓展學(xué)術(shù)視野，想方設(shè)法送他們出國深造。
從讀碩士時算起，韋學(xué)勇教授跟隨蔣莊德學(xué)習(xí)、工作已整整20年。提起2005年蔣老師推薦他去英國伯明翰大學(xué)讀博士的情形，韋學(xué)勇至今歷歷在目，“當(dāng)時我碩士畢業(yè)已在上海英特爾公司上班。我說老師您推薦我出去，我將來不一定會回咱團隊來，我家在江蘇，還是想留上海工作?！睕]想到蔣莊德不假思索地說：“沒事，不管你將來在哪工作，都是給國家做貢獻(xiàn)，我培養(yǎng)你也是為國家培養(yǎng)人才?！?
韋學(xué)勇現(xiàn)任教育部微納制造與測試技術(shù)國際聯(lián)合實驗室常務(wù)副主任。實驗室“聚全球英才而用之”，聚攏了海內(nèi)外諸多頂尖人才，在國內(nèi)外享有盛名。蔣莊德“扶上馬送一程”，創(chuàng)造各種機會和平臺支持他專注做研究。2022年，韋學(xué)勇順利入選國家萬人計劃領(lǐng)軍人才。
“回國之前很多朋友都說會有很多不適應(yīng)，我也有些擔(dān)心，沒想到很快就進(jìn)入了狀態(tài)。這和蔣老師無微不至的關(guān)心，以及他‘幫人就是幫己’的管理理念密不可分?！苯衲甏禾欤Ｍ鈨?yōu)青康城瑋離開工作了9年的愛爾蘭，回國加入了蔣莊德帶領(lǐng)的團隊?？党乾|感動地說，回來后蔣老師每次看到他都要聊幾句，從科研方向的推進(jìn)到結(jié)婚買房，無不牽掛在心頭。而團隊中來自五湖四海的70多位同事，在遇到問題總能擰成一股繩合力解困，相處得非常融洽。
“西安地處經(jīng)濟不太發(fā)達(dá)的西北，怎樣才能吸引來海外優(yōu)秀人才？就得靠平臺、研究方向和研究團隊，要想方設(shè)法給他們創(chuàng)造和諧寬松、施展才華的空間。”蔣莊德說?，F(xiàn)在他所帶領(lǐng)的團隊已有教授16人，副教授/副研究員23人。其中包括國家特聘教授、教育部獎勵計劃特聘教授、國家級人才計劃、國家杰青、國家萬人計劃領(lǐng)軍人才、國家級青年人才計劃、教育部新世紀(jì)人才等各類人才。無論從科研實力還是科研貢獻(xiàn)度來說，這支隊伍在西安交通大學(xué)都是屈指可數(shù)。在蔣莊德多年的精心引育之下，團隊目前已基本形成了50歲、40歲、30歲三個年齡層次、結(jié)構(gòu)合理的人才梯隊，既有自己培養(yǎng)的，也有從美國、英國、澳大利亞、日本、法國、德國等國引進(jìn)的優(yōu)秀人才。
“團隊四五十歲的都在挑大梁，帶隊在一線沖鋒陷陣，近兩年引進(jìn)的不少海外人才很快也形成了研究成果?！?7歲的蔣莊德欣慰地說。如今，“當(dāng)人梯”、提攜后輩早已成為他領(lǐng)導(dǎo)學(xué)科發(fā)展的重中之重，是他殫精竭慮的一項很重要的工作。“現(xiàn)在重點是培養(yǎng)30多歲的青年人，確保團隊可持續(xù)發(fā)展?！彼f。
在系統(tǒng)開展有組織的科研的同時，蔣莊德帶領(lǐng)團隊還堅持把論文寫在祖國的大地上。在多年來深化與北京、山東、江蘇以及陜西省寶雞市等地企業(yè)合作的基礎(chǔ)上，他們在近期又緊鑼密鼓地加快與浙江、廣東以及陜西西安等地的科研合作，與眾多科研單位和企業(yè)進(jìn)行緊密聯(lián)系。蔣莊德堅定地說：“我們作為科技工作者，既要腳踏實地做好自己的工作，勇于攀登科技發(fā)展高峰，推動自主創(chuàng)新實現(xiàn)新突破。同時，也要努力讓自己的科技創(chuàng)新成果走出實驗室，將更多的‘科技之花’轉(zhuǎn)化為‘產(chǎn)業(yè)之果’，以造福社會、造福于民?！?
《大先生·小課堂》鏈接院士和普通人、高深學(xué)術(shù)與日常生活，聽大先生講述中小學(xué)生都聽得懂、喜歡看的不一樣的“科普”故事。一起來看中國工程院院士、西安交通大學(xué)教授蔣莊德講微納制造技術(shù)。
