庄敬自强 德隆望尊——记中国工程院院士蒋庄德

2021-03-12 16:20:11 来源:西部大开发杂志
  蒋庄德,我国高端MEMS智能传感技术的开拓者和带头人,机械制造及自动化专家,西安交通大学教授、博士生导师。教育部科学技术委员会副主任兼战略研究指导委员会主任,教育部“微纳制造与测试技术”国际联合实验室主任,国务院学位委员会学科评议组成员,中国机械工程学会副理事长,中国微米纳米技术学会副理事长,陕西省科协主席。曾任十一、十二届全国人大常委,西安交通大学副校长。英国伯明翰大学名誉教授,澳大利亚新南威尔士大学客座教授。担任nature出版集团的唯一工程类杂志《Microsystems & Nanoengineering》编辑、中国工程院院刊之一《Frontiers of Mechanical Engineering》副主编、国际期刊《International Journal of Nanomanufacturing》主编等。
  
  关于蒋庄德,权威媒体是这样介绍的:长期从事微纳制造与先进传感技术、精密超精密加工与测试技术及装备等方面的研究,在高端MEMS传感技术及系列器件、数字化精密测量与超精密加工技术与装备的工程科技领域取得了突出成就,在微纳米技术相关基础理论和生物检测技术及仪器等方面开展了创新性研究。其中主持国家863重点项目3项(耐高温微型压力传感器实用化开发、面向石化等重要行业的MEMS压力传感器的制造技术与实用化研究、MEMS多传感器及阵列传感器研究);国际自然科学基金重点项目1项(测试计量技术和理论研究)和面上项目4项;其他国家和省部级项目十余项。这里的关键词就是传感器。
  
  传感器是国内外公认的具有广阔发展前途的高技术产业,它的应用已经渗透到工业生产、环境保护、节能减排、航空航天、海洋探测、汽车、舰船、医学诊断、生物工程、现代军事、文物保护、灾害预测预防等人类活动的所有重要领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。MEMS传感器即微机电系统,是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展,已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术,具有广阔的应用前景。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时,在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。
  
  蒋庄德为什么会锚定传感器?还得从上世纪90年代说起。
  
  两万元起步 勇攀科学高峰
  
  用科学的态度对待科学,用真理的精神追求真理,所有科技工作者都会遵循这一定律。1977年,22岁的蒋庄德从西安交大机械制造专业毕业后留校任教。和许多热爱祖国、忠于信仰的知识分子一样,“为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平”的理想,也是蒋庄德终身奋斗的目标。为了在事业上取得更大的成就,蒋庄德又在西安交通大学机械制造专业攻读了工学硕士学位,在英国伯明翰大学机械工程专业取得博士学位,为他日后从事科研奠定了坚实的基础。
  
  上世纪90年代初,MEMS和纳米技术成为世界高新科技竞争的制高点。美国早就声称世界已经进入传感器时代,日本也随声附和:“支配了传感器技术,就能够支配新时代”!
  
  凭着敏锐的意识和科学的预见,当时已经在西安交大留校任教的蒋庄德,强烈的感受到了这一领域未来所蕴藏的巨大潜力。1993年,他率先向学校提交了《关于立即开展纳米技术和微型机械研究的报告》,开始了“筚路蓝缕,以启山林”的征程。作为机械、电子等学科的交叉领域,MEMS和纳米技术研究当时在国内属于新兴领域,西安交大基本处于无资金、无队伍、无专业实验室的状态。蒋庄德的赤诚与执着,加上有关领导的重视,学校提供了两万元作为启动资金,支持蒋庄德开展全新的探索性研究。“一个幼嫩的花蕾比一颗成熟的果实包含着更多的真理”。满怀希望的人能从暗夜触摸到黎明的曙光,从一片荒芜中感知到葳蕤芳菲的气象。蒋庄德从骊山微电子公司买了一批二手设备,自己动手在实验室搭了一个简易暗室,推板车,安设备,亲历亲为;走流程,排工艺,再接再厉。在那段时间里,蒋庄德被未知而崇高的目标激励着,被随时遇到的挑战兴奋着,除了上课就泡在实验室里,满脑子都是数据、公式、定律、原理。一次次组合、测试,一遍遍解析、探求,他深知:在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。所以,条件再艰苦,他不计较;希望再渺茫,他不气馁;征程再遥远,他不畏惧。在他的精神感召下,几位研究生主动“投奔”到这个团队,组建起第一个科研小组。集思广益,群策群力,大家在完全陌生的领域以知识开路,以胆略拓展,含明做镜,蕴智成囊。慢慢地,晨光熹微,春柳摇曳。接下来,山重水复,柳暗花明。在姚熹院士“赞助”的实验室里奋战了几个月之后,终于成功地研制出分度圆直径为300微米的硅基渐开线齿轮和阵列式硅微传感器。
  
  良好的开端极大地鼓舞了蒋庄德和他的同伴们,随着研究前景的日益明晰,尤其是传感器作为国之重器越来越引起重视,蒋庄德也获得了越来越多的支持:国家自然科学基金、国防青年基金、教育部博士点基金、国家重点实验室基金……人生的高光时刻,随着他的一系列处于国内、国际领先的成果频频闪现——
  
  在微纳制造与先进传感技术领域,他主持研制的耐高温压力传感器、超高g值加速度传感器、高动态MEMS压阻式特种传感器及系列产品,解决了航空航天、军工、兵器、船舶、石化、先进制造等领域高温恶劣环境下的压力/加速度测量难题,满足了微小尺度下高动态压力/加速度的快速响应测试需求,打破了国外的技术封锁和垄断,并将微机电系统产品推向工程应用,引领和带动了高端微机电系统传感器技术的发展;
  
  在超精密加工技术及装备领域,针对激光核聚变装置、卫星用光学系统、大型天文望远镜等国家重大工程及国防尖端技术对高精度大口径光学非球面元件(Φ400mm以上)的极大需求,他主持研制出了国内首台1500mm大口径非球面车磨复合机床,填补了国内空白,打破了国外技术封锁,对提升我国相关领域核心竞争力和创新能力具有重要意义;
  
  在微纳米测试与计量技术领域,他主持并开展了纳米样板制备和比对溯源理论与技术研究,为我国纳米计量标准的建立奠定了基础。同时,他在国际上首次提出了基于原子层沉积(ALD)技术的纳米台阶样板制备方法,成功研制了国内首批25nm单台阶样板和国际上首批纳米多台阶样板,填补了这方面的空白。
  
  蒋庄德先后荣获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖1项,其他省部级奖励9项,并获首届全国创新争先奖、何梁何利科学与技术进步奖等。2013年当选中国工程院院士。由于贡献卓著,德隆望尊,近年来,他还担任了全国人大常委、全国人大环境与资源保护委员会委员、陕西省科学技术协会主席、民盟中央常委、民盟陕西省委副主委以及西安交通大学委员会主委。
  
  传道授业解惑  “放”“管”相辅相成
  
  作为西安交大的博导、教授,蒋庄德的主要工作是站讲台,带学生。他回想自己当年站讲台正式上课前的试讲,被老师们挑了一堆毛病后反复完善教案,反复琢磨教法,努力提高教学效果。他的同学、同事、同道都是这样“修理”出来的,“加工”出来的。这些砥砺磨炼和耳濡目染,将求真求实、淡泊名利的传统精神,彻彻底底地“种”到了蒋庄德身上。更重要的是,这种做法收到了令人震奋、震惊、震撼的效果——一门六院士:周惠久、谢友柏、汪应洛、屈梁生、卢秉恒、蒋庄德,都是从西安交大机械学科教师中产生的院士。这种现象,无论放眼古今,还是极目中外,绝对凤毛麟角,值得称道!
  
  蒋庄德经常告诫他的研究生:做科学研究,首先,要勇于面对艰难险阻,坚定理想信念。自己当初搞科研,经费短缺,人才匮乏,设备是二手的,场地是租赁的。只有经历了“咬定青山不放松,任尔东西南北风”的坚守与锤炼,才能领略“直挂云帆济沧海”“而今迈步从头越”的自信与雄强。其次,做学问既要有“扎下去”的科学精神,也要有“走出去”的战略眼光。切忌跟风和浮躁,要不受各种“热闹”干扰。只有坐得住,才能立得稳。这一点,既是世界观,也是方法论。第三,要重视应用型研究和知识成果的转化。他提出了“重视基础研究,以微型器件和系统为突破口,面向工程应用”的发展思路,在MEMS微传感器和微执行器、微纳米测试计量技术的方向,逐渐形成了自己的研究特点与优势。比如,蒋庄德团队开发的棉条检测FP传感器,突破了纺织质量的检测与控制的难题,填补了该技术的国内空白,其性能指标和总体水平均达到国际先进水平,获陕西省科技进步一等奖;他们开发的系列传感器产品,有效地解决了石油化工、航空航天、汽车工业等领域高温环境下压力测量的技术难题,打破了国外同类产品对我国传感器市场的垄断,并成功地实现了产业化;他们研制的“微机械力学性能测试仪”满足了国内对MEMS材料力学性能研究不断增长的需求,为机械、航空航天、医学、通信等领域的微小构件及小体积材料研究提供了重要的测试手段,并为MEMS材料的微机械力学性能研究提供了有力保障,研究成果获2004年教育部科技进步一等奖。多年来,从讲师、副教授到教授,从院长到院士,他从未放松教学和对青年教师的培养。如今蒋庄德团队已是教育部长江学者创新团队,并获批教育部和国家外专局111引智基地及教育部国际合作联合实验室。他培养毕业的博士和硕士生已超过百人,包括国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、中组部“万人计划”科技创新领军人才、中组部青年千人、全国百篇优博获得者、陕西省三秦学者和科技新星及教育部新世纪优秀人才等。由他领衔承担的“973”计划、“863”计划、国家重大科技专项、国家重大仪器专项、国际合作重点项目、国家自然科学基金重点项目及其它国家和省部委科研项目已达百余项。其中,获得国家技术发明二等奖2项,国家科技进步二等奖2项,省部级奖项10项。发表文章800余篇,授权发明专利230余项。
  
  “画好了道,你们只管往前跑。甩开膀子,别有压力和顾虑。”这是蒋庄德的自信,也是蒋庄德的自豪。
  
  肩负神圣职责 力推国之重器
  
  以实践的观点面向问题,以创新的理论引领实践,这是蒋庄德几十年来一直践行的观点。担任陕西省科技协会主席后,他以强烈的使命感,力推国之重器。
  
  “陕西科教资源富集,科研基础雄厚。陕西应该把信息化的优势和制造业‘高地’优势结合起来,加快推动制造业的发展。在这个过程中,我们强调的就是要掌握核心技术……”在第二个“全国科技工作者日”活动中,蒋庄德切中肯綮,谈了自己的想法和计划。此后,他在报刊上撰写文章,在全国各地演讲,反复强调“核心技术要掌握在自己手中”:“一个国家、一个民族,要想在世界上真正立足并赢得国际社会的尊敬,必须在高科技领域占据一席之地。”“中兴事件暴露了中国通信产业‘缺芯少魂’的问题。掌握核心技术才有话语权,国之重器不立足于自身,容易动摇发展的根基。”蒋庄德呼吁,核心技术是国之重器,在别人的墙基上砌房子,再大再漂亮也可能经不起风雨,甚至会不堪一击。而核心技术受制于人是我们最大的隐患。以往那种“轻研发、重应用的拿来主义”虽能获取短期利润,却难以真正掌握核心技术。我国创新链需要大批人才,这样从创新链到产业链才能形成完整的科研产业布局,并在今后的发展当中,更好的协同努力。作为科研人员,应该冷静、科学、客观的观察,去找到问题的根本,提出确实有利于国家、有利于世界经济发展的一些正确的对应策略。虽然近年来我国繁荣进步发展,但一些高尖端的产业还是有待提高的空间,希望大家能吸取足够的教训,确实提高高科技行业的整体水平。虽然任重道远,但众志成城必定能够发挥制度优势,集中力量办大事。蒋庄德院士以美国先进制造伙伴计划和德国工业4.0为例,阐述面对发展的新趋势,世界主要国家都在依靠创新增强经济发展内生动力,抢占制造业高端,抢占未来经济与科技发展的主动权。
  
  “美国、欧盟、德国等国家在制造业方面的举措给我们的启示是:新一轮工业革命是信息技术和制造业的深度融合,是以制造业数字化网络化智能化为核心。”蒋庄德说,信息技术和制造技术深度融合是新一轮工业革命的核心,是制造业创新驱动、转型升级的制高点、突破口和主攻方向,是贯穿“中国制造2025”的主线。此外,蒋庄德院士还以3D打印为例子,表示数字化网络化智能化都是制造业创新的重要途径。信息网络技术与传统制造业相互渗透,深度融合,引发理念和战略的重大转变。“大国重器”牵涉国脉国运,关系民族盛衰。因此,核心技术、关键技术,必须靠自己拼搏。
  
  科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂。“一个国家是否强大不能单就经济总量大小而定,一个民族是否强盛也不能单凭人口规模、领土幅员多寡而定。近代史上,我国落后挨打的根子之一就是科技落后。”蒋庄德说,习近平总书记这段话,既是历史告诉我们的真理,也是鞭策科技工作者的动力。(文/王遂社 吕培涛  黄明)
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