十年磨一劍，礪得梅花香：趙玉龍?jiān)谖⒓{傳感世界攻堅(jiān)克難

趙玉龍專注于MEMS技術(shù)、傳感器技術(shù)及微納制造領(lǐng)域基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用方面的研究，并取得了顯著的成績(jī)。科研工作中，主持包括國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)課題、國(guó)家自然基金以及國(guó)防科工委國(guó)防基礎(chǔ)研究相關(guān)研究項(xiàng)目20余項(xiàng)。

十年磨一劍，礪得梅花香。經(jīng)過十余年的攻堅(jiān)克難，西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院趙玉龍團(tuán)隊(duì)完成的“高動(dòng)態(tài)MEMS壓阻式特種傳感器及系列產(chǎn)品”項(xiàng)目解決了發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)彈、水下兵器、燃爆、戰(zhàn)機(jī)、登月等國(guó)防、航空航天以及石化領(lǐng)域中的壓力/加速度測(cè)量難題，榮獲2017年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

自主創(chuàng)新，打破國(guó)際壁壘

我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，但非傳感器制造強(qiáng)國(guó)，特別是MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）壓阻式傳感器多以普通用途的產(chǎn)品為主。而航天航空發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器、導(dǎo)彈、水下兵器、石化、燃爆沖擊等場(chǎng)合，主要采用國(guó)外產(chǎn)品解決高沖擊、高動(dòng)態(tài)、微小尺度下的壓力/加速度測(cè)量難題，且部分產(chǎn)品對(duì)我國(guó)實(shí)施禁運(yùn)，嚴(yán)重制約了我國(guó)國(guó)防、軍工以及能源、化工等重要領(lǐng)域的科技發(fā)展，甚至威脅到國(guó)家安全。正是在此背景下，趙玉龍決心創(chuàng)造出屬于中國(guó)自己的具有高動(dòng)態(tài)、高沖擊、高過載、微型化的傳感器：“我們必須打破國(guó)外的技術(shù)封鎖和壟斷，著力研究屬于我國(guó)的高性能MEMS傳感器?！?/p>

本科畢業(yè)后，趙玉龍?jiān)谥袊?guó)船舶工業(yè)705所工作了五年，為了更加系統(tǒng)而深入地進(jìn)行科學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新，他回到交大，師從蔣莊德院士。自2000年蔣莊德院士團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)內(nèi)第一個(gè)MEMS研究科技部立項(xiàng)起，趙玉龍毅然走上了MEMS傳感器領(lǐng)域探索之路。

趙玉龍專注于MEMS技術(shù)、傳感器技術(shù)及微納制造領(lǐng)域基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用方面的研究，并取得了顯著的成績(jī)?？蒲泄ぷ髦?，主持包括國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)課題、國(guó)家自然基金以及國(guó)防科工委國(guó)防基礎(chǔ)研究相關(guān)研究項(xiàng)目20余項(xiàng)?！澳透邷貕毫鞲衅髟O(shè)計(jì)、制造關(guān)鍵技術(shù)及系列產(chǎn)品開發(fā)”獲得2005年度教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、2006年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，“?；钒踩珒?chǔ)運(yùn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)MEMS傳感器及系統(tǒng)” 獲2012年陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。研究成果以排名第二分別獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和西安市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。此外，他還獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利70余項(xiàng)。

作為團(tuán)隊(duì)的帶頭人，趙玉龍是“長(zhǎng)江學(xué)者”、“杰青”雙料教授，首批中組部“萬(wàn)人計(jì)劃”中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，“微納傳感與測(cè)試技術(shù)”長(zhǎng)江學(xué)者創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，入選了“百千萬(wàn)人才工程”，獲得了“國(guó)家突出貢獻(xiàn)專家”等榮譽(yù)稱號(hào)，談起自己所獲的成績(jī)，他仍然謙遜地說：“我還是在不斷摸索的過程中?！?/p>

攻堅(jiān)克難，造就系統(tǒng)工程

選擇出發(fā)，就從未停止，趙玉龍?jiān)贛EMS傳感器及微納制造領(lǐng)域一扎就是十幾年。2005年，他創(chuàng)新性地開展了硅隔離SOI薄膜和多層應(yīng)力匹配薄膜理論和技術(shù)研究，解決了傳感器在高溫條件下的穩(wěn)定性問題，為高動(dòng)態(tài)MEMS壓阻式傳感器的發(fā)明奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。解決了耐高溫的問題，新一輪的挑戰(zhàn)仍需面對(duì)。由于MEMS壓阻式傳感器的靈敏度和固有頻率相互制約的內(nèi)在矛盾，當(dāng)其在具有高動(dòng)態(tài)性能時(shí)，靈敏度就會(huì)下降，從而導(dǎo)致其精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性差。如何解決靈敏度和固有頻率的制約矛盾以提高傳感器測(cè)量精度，一直是MEMS壓阻式傳感器行業(yè)存在的技術(shù)難題?！斑@是一個(gè)系統(tǒng)工程，難關(guān)需要一個(gè)個(gè)攻克?！笔畮啄陙碲w玉龍一直專注于該領(lǐng)域。

傳統(tǒng)壓阻式壓力傳感器芯片多采用平膜或島膜作為力學(xué)傳遞模型，無法解決靈敏度與固有頻率的相互制約難題，高靈敏度測(cè)量時(shí)對(duì)側(cè)向干擾非常敏感。隨著研究的深入，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵問題在于傳感器芯片彈性剛度與靈敏度之間的強(qiáng)耦合關(guān)系?；诖?，提出了微納尺度下彈性復(fù)合結(jié)構(gòu)的力學(xué)耦合技術(shù)，即對(duì)傳感器芯片進(jìn)行局部剛化和局部應(yīng)力集中，避免傳統(tǒng)方法對(duì)傳感器芯片尺寸調(diào)整帶來的整體剛度上升、靈敏度下降的問題，從本征結(jié)構(gòu)上解決了傳感器固有頻率與靈敏度的制約難題。由此，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了基于局部應(yīng)力集中和局部剛化的梁-膜-島復(fù)合壓力傳感器芯片和基于敏感梁與支撐梁分離的多梁加速度傳感器芯片。

固有頻率與靈敏度相互制約的矛盾難題解決了，但是在特種環(huán)境中，針對(duì)燃爆和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火產(chǎn)生的強(qiáng)閃光，以及導(dǎo)電介質(zhì)給傳感器芯片帶來的干擾甚至功能失效難題接踵而至。“遇到問題解決問題，沒有什么克服不了的?！壁w玉龍帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)攻克了一道道難關(guān)，提出了金擴(kuò)散快速?gòu)?fù)合光生載流子以及濺射鍍膜增強(qiáng)強(qiáng)光反射的技術(shù)、內(nèi)引線與壓敏電阻條并行制造技術(shù)、基于平坦化封裝、疊層靜電鍵合及微型化封裝等頻響強(qiáng)化技術(shù)以及寬頻信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了傳感器的強(qiáng)抗干擾性、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性、高穩(wěn)定性及可靠性。

基于以上關(guān)鍵技術(shù)，趙玉龍團(tuán)隊(duì)發(fā)明了高動(dòng)態(tài)MEMS壓阻式壓力/加速度傳感器及系列產(chǎn)品，固有頻率高達(dá)1MHz，傳感器外徑最小2mm，厚度最小1.2mm，解決了高頻響、高過載等動(dòng)態(tài)干擾環(huán)境下的壓力/加速度高靈敏無擾測(cè)量等難題。

該項(xiàng)目已發(fā)表論文150余篇，SCI收錄48篇、EI收錄68篇；獲得發(fā)明專利53項(xiàng)（含美、日各1項(xiàng)、國(guó)防2項(xiàng)，其中2項(xiàng)獲得中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)）、實(shí)用新型專利17項(xiàng)；獲得計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)10項(xiàng)、集成電路布圖設(shè)計(jì)權(quán)證書4項(xiàng)；起草頒布實(shí)施的壓阻式傳感器相關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)。采用了當(dāng)代最先進(jìn)的硅－硅直接鍵合技術(shù)，提出了無應(yīng)力微封裝技術(shù)、去沖擊光干擾技術(shù)，研制出的微型微壓、微型低壓水工產(chǎn)品及微型高頻高壓產(chǎn)品的綜合技術(shù)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平；壓阻式自由場(chǎng)壓力傳感器新產(chǎn)品打破了美國(guó)PCB公司的壟斷與封鎖，可替代進(jìn)口。相關(guān)研究成果獲得陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。開發(fā)的系列特種MEMS壓力傳感器、高頻高過載加速度傳感器等產(chǎn)品，在登月工程、衛(wèi)星發(fā)射、兵器燃爆、石油開采運(yùn)輸?shù)群娇蘸教?、軍事研究以及石油化工等?guó)家標(biāo)志性科學(xué)工程及國(guó)防項(xiàng)目上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和典型應(yīng)用，打破了國(guó)外壟斷，為型號(hào)研制及高性能傳感器國(guó)產(chǎn)化做出了突出貢獻(xiàn)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

教書育人，以人文精神傳道

“術(shù)業(yè)有專攻?！壁w玉龍不論是對(duì)自己還是對(duì)學(xué)生都有著這樣的要求。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)鉆研于MEMS傳感器的攻關(guān)，保持年均獲得10項(xiàng)左右的發(fā)明專利授權(quán)，“得益于我的導(dǎo)師蔣莊德院士的培養(yǎng)，我所有的創(chuàng)新都是立足傳感器的設(shè)計(jì)、制造和加工，我只想讓自己在這個(gè)領(lǐng)域做得更好。”

學(xué)生是團(tuán)隊(duì)的參與者與助力者，對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)，趙玉龍也有著自己獨(dú)到的方式。學(xué)生入學(xué)時(shí)，趙玉龍會(huì)結(jié)合學(xué)生們的興趣幫助他們明確研究方向，指導(dǎo)他們做好自己的科研規(guī)劃，使他們?cè)诖T博研究生期間能夠有明確的目標(biāo)。他常常教導(dǎo)學(xué)生：“凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。為了目標(biāo)而努力更容易獲得成功。”

趙立波教授是該項(xiàng)目的第二獲獎(jiǎng)人，他與趙玉龍同為蔣莊德院士的學(xué)生，近年來陸續(xù)入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”“陜西省青年科技新星”“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”和西安交通大學(xué)“青年拔尖人才計(jì)劃”A類名單。談到趙玉龍，他說：“趙老師很儒雅，在科研工作中，我們有什么不同的意見都可以暢所欲言，不論是用激烈還是溫和的方式，趙老師都會(huì)很認(rèn)真地傾聽并給出反饋。”科研之外，趙玉龍也十分重視對(duì)學(xué)生人文素養(yǎng)的培養(yǎng)?！摆w老師非常喜歡讀一些人文書籍，他也會(huì)用傳統(tǒng)文化中的為人處事之道教導(dǎo)我們?！辈┦可畲逭f道。

趙玉龍對(duì)于每一位學(xué)生都有著很深的感情，“我有一個(gè)寶貝！”他邊說邊來到辦公室的書柜前，從滿是人文書籍的柜子里取出一個(gè)精致的布袋子，將里面的東西包裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)的。脫去一層層的“外衣”，才發(fā)現(xiàn)那是一本紀(jì)念冊(cè)，皮質(zhì)的封面上印著交大校徽，里面是硬牛皮紙，每一張都是統(tǒng)一格式，上面有已畢業(yè)學(xué)生的照片、科研方向、發(fā)表過的文章目錄以及學(xué)生們對(duì)未來的期望。

“現(xiàn)在有40多名學(xué)生，我希望在100名的時(shí)候，把學(xué)生們都叫回來開一場(chǎng)學(xué)術(shù)交流會(huì)，我想那將是意義非凡的一次會(huì)議?！壁w玉龍欣喜地說。