“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)高科技領域的陣地，一定要把核心技術掌握在自己手中。”中國工程院院士、西安交通大學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，夙興夜寐，埋頭苦干，幾十年如一日致力于微納制造與先進傳感技術、精密超精密加工與測試技術及裝備等方面的研究，在高端MEMS傳感技術及核心芯片、數(shù)字化精密測量與超精密加工技術及裝備的工程科技領域取得了突出成就，在微納米技術相關基礎理論和生物檢測技術及儀器等方面開展創(chuàng)新性研究。先后獲得國家技術發(fā)明二等獎2項、國家科技進步二等獎2項，并榮獲2014年何梁何利基金科學與技術進步獎、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，開始做的那些基礎性研究非常重要”
上世紀90年代初，MEMS（微機電系統(tǒng)）和納米技術成為世界高新科技競爭的制高點。
“當時美國通過半導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)。”蔣莊德回顧說。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，他率先向學校提交了《關于立即開展納米技術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、電子等學科的交叉領域，MEMS和納米技術研究當時在國內屬于新興領域。開展這項研究，他們沒有任何基礎，基本處于無資金、無人員、無專業(yè)實驗室的“三無”狀態(tài)。當時，在科研經費緊張的情況下，學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。面對這一陌生領域，他們從最底層、最基礎的研究做起，邊學邊做，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30余年的合作。為研制MEMS器件，經常在姚團隊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，在學校支持下，團隊從中科院化學所購置了掃描隧道顯微鏡（STM）、計算機等儀器設備，終于擁有了一個50平方米的超凈實驗室。隨后，在學校的支持下建成了當時國內高校最大的3000平方米超凈實驗室。實驗室硬件建設的改善提高，令蔣莊德在MEMS和納米技術領域的研究如虎添翼。
2000年，國家“863”計劃先進制造技術領域預研項目001號“耐高溫壓力傳感器”面向全國招標，蔣莊德團隊從8家競標科研單位中脫穎而出。項目研究過程中，他們開創(chuàng)性地將硅隔離技術應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可。后來科技部的相關重點項目就交由蔣莊德團隊領銜。一些國家重點、重大項目和企業(yè)界的任務也接踵而來。
十年蓄力，一朝薄發(fā)。在突破了一系列技術難題之后，蔣莊德帶領團隊開發(fā)了具有自主知識產權的MEMS耐高溫、耐高壓、高過載、超高g值和集成傳感器等系列產品，不僅打破了國外的技術封鎖與壟斷，而且很多項目成果實現(xiàn)了產業(yè)化，廣泛應用于航空航天、兵器、船舶、石化等不同領域的數(shù)百家軍工和民用企業(yè)。
歷經20多年持之以恒的不懈攻關，蔣莊德終于在國內率先將MEMS傳感器技術推向工程應用，實現(xiàn)了從“零的突破”到高端領跑，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、十年應用、十年上規(guī)模發(fā)展”。他欣慰地說：“現(xiàn)在回過頭來看，開始做的那些基礎性研究非常重要，正是有了這些理論和技術基礎，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，蔣莊德帶領團隊，堅持面向世界科技前沿、面向經濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，不斷向科學技術的廣度和深度進軍，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、疑似排除和出院的依據(jù)。但是，一直以來，核心技術被“卡脖子”是PCR儀器國產化難以逾越的鴻溝。關鍵時刻，蔣莊德團隊在多年探索的基礎上，在國家重大科學儀器專項的支持下，攻堅克難，研制出具有自主知識產權的國產新型實時熒光定量PCR儀，并實現(xiàn)產業(yè)化生產，打破了我國此類高端儀器設備完全依賴進口的局面。團隊的“高通量多靶標核酸自動化定量檢測關鍵技術及產業(yè)化應用”項目也獲得了2020年國家科技進步獎二等獎。
據(jù)統(tǒng)計，30多年來，蔣莊德帶領團隊開展MEMS傳感器與核心芯片及其系列器件、納米計量技術與納米器件、精密超精密加工技術及裝備、精密測量技術及裝備、生物檢測技術及分子診斷科學儀器等方面的研究，先后承擔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，獲得國家技術發(fā)明二等獎3項，國家科技進步二等獎3項，省部級獎項30余項，發(fā)表論文1300余篇，授權發(fā)明專利340余項。
“做學問、搞科研切忌跟風，要經得起各種‘熱鬧’干擾”
上學至今，蔣莊德大半生的時光基本在西安交通大學度過。這所上世紀中葉響應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，弘揚傳統(tǒng)，艱苦創(chuàng)業(yè)”的西遷精神，以及“起點高、基礎厚、要求嚴、重實踐”的育人傳統(tǒng)，對蔣莊德產生了深刻影響。
特別值得一提的是，蔣莊德就讀的交大機械學科成立于1913年，底蘊深厚，“大咖”云集，先后培養(yǎng)出了錢學森在內的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、汪應洛、盧秉恒和蔣莊德等六位院士，校內外傳為佳話。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準；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先國內；屈梁生院士是我國機械故障診斷學的奠基人，也是將信息學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域的奠基人和領軍人物，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，當年學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⒅v話的頻率、聲調的高低，公式推導的步驟等各個方面，都必須達到要求，過關后才能做助教，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；老師們在學術上是嚴厲的，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，以嚴格著稱的屈先生對于學生取得的成果持贊賞、鼓勵的態(tài)度，令原本忐忑不安的學生更加堅定了獻身科學的信心……在長期的學習和執(zhí)教生涯中，這種崇德尚實、精勤育人的精神風范在蔣莊德身上打下了深深的烙印。
“做學問、搞科研切忌跟風，要經得起各種‘熱鬧’干擾。只有坐得住，才能立得穩(wěn)。”蔣莊德經常這樣給團隊師生說。秉承“傳承、創(chuàng)新、融合”的科研思路，蔣莊德高瞻遠矚又腳踏實地，帶領團隊勇闖多學科交叉融合新路，堅持不懈開展創(chuàng)新性研究。回顧30多年的科研之路，蔣莊德總結自己“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、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、先進制造等領域高溫惡劣環(huán)境下的壓力/加速度測量難題，打破了國外的技術封鎖和壟斷，并將MEMS產品推向工程應用，引領和帶動了高端MEMS傳感器技術和敏感芯片的發(fā)展。他主持研制出國內首臺1500mm大口徑非球面車磨復合機床，打破了國外的技術封鎖；主持研制出國內首臺集齒輪、齒輪加工刀具、曲軸等復雜型面和回轉軸件檢測為一體的組合式精密測量儀器，成功替代了國外產品。除此之外，蔣莊德團隊在PCR聚合酶鏈式反應生物檢測儀器方面的研究已走在世界前列，納米測量技術方面的研究也獲批了多項國家一級標準物質和二級標準物質。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域內，主動對接航空、航天、船舶、兵器等國家重點領域和重要方向，努力尋求突破，盡己所能為國家做貢獻，這是我們每一個科技工作者的責任和義務。”蔣莊德說。
“既要有‘扎下去’的科學精神，也要有‘走出去’的戰(zhàn)略眼光”
“蔣老師做事認真嚴謹，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。”團隊成員李常勝助理教授說。作為學科帶頭人，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。經常晚上十一二點了，他還帶著大家反復過材料、摳細節(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。”多年來，蔣莊德始終站在科技的最前沿，就像一名舵手，帶領著團隊在科研的汪洋大海中乘風破浪，行穩(wěn)致遠。
2014年，蔣莊德將一項國家973課題的科研任務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，最終不僅成功申請到課題，而且還以“優(yōu)秀”等級結題。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。
“科學家既要有‘扎下去’的科學精神，也要有‘走出去’的戰(zhàn)略眼光。”
蔣莊德經常鼓勵團隊師生要學習國際前沿知識，拓展學術視野，想方設法送他們出國深造。
從讀碩士時算起，韋學勇教授跟隨蔣莊德學習、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讀博士的情形，韋學勇至今歷歷在目，“當時我碩士畢業(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。”沒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，我培養(yǎng)你也是為國家培養(yǎng)人才。”
韋學勇現(xiàn)任教育部微納制造與測試技術國際聯(lián)合實驗室常務副主任。實驗室“聚全球英才而用之”，聚攏了海內外諸多頂尖人才，在國內外享有盛名。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，韋學勇順利入選國家萬人計劃領軍人才。
“回國之前很多朋友都說會有很多不適應，我也有些擔心，沒想到很快就進入了狀態(tài)。這和蔣老師無微不至的關心，以及他‘幫人就是幫己’的管理理念密不可分。”今年春天，海外優(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的團隊。康城瑋感動地說，回來后蔣老師每次看到他都要聊幾句，從科研方向的推進到結婚買房，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。
“西安地處經濟不太發(fā)達的西北，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，要想方設法給他們創(chuàng)造和諧寬松、施展才華的空間。”蔣莊德說。現(xiàn)在他所帶領的團隊已有教授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、國家萬人計劃領軍人才、國家級青年人才計劃、教育部新世紀人才等各類人才。無論從科研實力還是科研貢獻度來說，這支隊伍在西安交通大學都是屈指可數(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、結構合理的人才梯隊，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，近兩年引進的不少海外人才很快也形成了研究成果。”67歲的蔣莊德欣慰地說。如今，“當人梯”、提攜后輩早已成為他領導學科發(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。”他說。
在系統(tǒng)開展有組織的科研的同時，蔣莊德帶領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’轉化為‘產業(yè)之果’，以造福社會、造福于民。”
