陈林森:引领微纳光制造走向世界
发布时间:2021-12-01   动态浏览次数:

  习总书记号召:“广大科技工作者要把论文写在祖国的大地上,把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。”陈林森,以一个平凡人的六十年岁月,写就了我国微纳光制造领域不平凡的奋斗史。作为我国最早从事全息数字化与微纳光制造工程研究的专家,陈林森以“咬定青山不放松”的韧劲,坚持30 年深耕科研一线, 在基础研究与工程应用上协同创新,终让他在专业领域厚积薄发、成绩斐然。在大面积微纳制造这一重大难题上,陈林森系统提出并实现了“微纳光制造”在基础技术、先进算法、核心工艺和重大装备的创新途径,打破了我国纳米制造装备长期对外依赖的局面,有效提升了我国相关产业自主创新能力,为大面积信息光电子创新应用开辟新途径,为解决国家重大工程和产业发展卡脖子问题,建立可持续信息光电子的原始创新能力,做出了突出贡献。为实现成果转化,推动纳米产业发展,陈林森积极创办苏州苏大维格科技集团股份有限公司(简称苏大维格),打造出“模块化、知识密集、可升级和快速配置”的微纳光制造创新平台,通过持全链条创新, 跨学科多领域交叉,形成了系列卓越产品, 创建出一支国内为数不多的微纳光学领域的高水平创新创业团队,并于2012 年在深交所创业板上市,成为我国产学研合作成功的典范。1978 年,国家恢复高考第二年,全国610 万人报考,彼时17 岁的陈林森凭借聪慧勤奋幸运成为被录取的40.2 万分之一, 懵懂中选择的“物理系”亦隐约为人生航线锚定了方向。毕业后,陈林森回到自己的家乡江苏省大丰县,成为了新丰中学一名人民教师,但他的事业起点还要从一年后算起。对青年时的陈林森来说,大学四年的探索与学习才是开启科学认知的开始,面对内心强烈的求知欲和自我期待,一年后,他毫不犹豫选择去苏州大学激光研究室攻读光学专业硕士。而这三年,也真正开启了陈林森的科研之路,奠定了他日后扎根全息数字化与微纳光制造工程研究领域的基础。攻读硕士学位期间,陈林森完成多项科研成果,在他攻读硕士学位的第二年,就参加了苏州大学拳头产品——激光研究所模压全息制版技术的科研攻关。求学期间他一刻不曾懈怠,凭借各科优异的成绩获得留校任教机会。1996年,陈林森以高级访问学者的身份来到卡内基梅隆大学电子与计算机系学习,这是计算机光学数字研究领域的国际一流大学。在这里陈林森学习了更为先进的技术及理念,也为之后科研之路奠定了基石。在国外访问交流期间,美国大学完善的科研平台,灵活的人才培养制度,完善的产学研体系,以及产业界对科技研发巨额的不懈投入和对科技人才的重视,给他留下了极为震撼的印象。回国后,陈林森任苏州大学信息光学工程研究所所长和博士生导师。他深深体会到了与国外科技水平的差距,特别是在装备平台和机制体制方面,认识到一定要打破科技创新的壁垒,有所突破。他几年内带领团队先后研发了全息母版制作技术、整套真彩色模压全息制版技术,推出我国第一张动态合成模压全息图。在全息数字化、衍射光学元件方面,为解决卡脖子难题和推进全息成果的产业化,做出了重要贡献。他提出了“全息数字化概念”,巧妙地提出“位相光栅干涉光学头”,利用像素化光斑做瞬态干涉光刻,攻克了在普通工业环境下“全息图像制版”的国际难题,研制成功“数码激光全息制备系统”HoloMaker,在国内外普及应用,推动了全息产业的形成和快速发展,使得中国在全息光学领域走到国际前列。为此,我国光学泰斗王大珩院士主持了项目验收,评价其为国际领先水平。“数码全息制版系统与生产技术”获1999 年江苏省科技进步奖一等奖,2001 年度国家科技进步二等奖。至今,该工作进展,仍是全息产业关键制版技术。创新是当今世界引领发展的第一动力。然而,我国在相当多的行业领域,关键技术仍有很高的对外依存度,中国需要打破国外的技术垄断,就必须提升自主创新的能力。同时重大科技创新活动往往具有高度系统性和复杂性,需要高效的组织动员体系和统筹协调的科技资源配置模式。陈林森敏锐地注意到了创新的超前性以及创新与产业发展的适应性,怀抱着科技报国的理想和个人的科技梦想,主动承担了国家赋予的责任和使命,积极探索科技创新与高校产学研的创新运行机制。2001年,凭借十几年大学教学和科研经历所打下的坚实基础,他带领苏州大学光电学院一批以青年人才为主的科技创新团队,以“宽幅激光3D图像光刻直写系统”核心技术组建了苏大维格数码光学有限公司,从事激光图像制作技术、系统和转移材料的研发与规模化生产,从一个高校的课题组,逐步发展成为具有自主创新能力的高新技术企业。公司成立以来,始终以“自主创新,不做跟随者”为核心价值观,将原创技术作为安身立命之本。创立的起初三年非常困难:需要资金、需要凝聚人才、需要开拓市场、需要规范管理。天道酬勤,在陈林森的带领下,通过机制体制创新,开展需求牵引的基础技术和应用协同研究,建立一体化设计全链条研究机制,系统性地打通了基础研究与工程化评价的协同组织模式,逐步走上了快速发展之路。通过国家战略需求牵引,他带领团队在纳米光变色晶体、卷对卷纳米压印技术、大面积像素化干涉光刻,衍射光学器件的研究方面,做出了突破性工作:2001年 -2007年,提出了“ 光子晶体结构各向异色光变色”方案,自主研制的整版纳米拼版系统,制备了整版(600mm×800mm)纳米光栅深纹结构模板。2004年开始,应用于我国二代身份证、驾驶证等法律证卡的物理视读防伪,至今仍发挥重要社会效益。国际上1998 年提出光子晶体理论,2002 年提出光子禁带。本项目首创了人工纳米结构光子晶体膜,利用其各向异性变色效应,实现了国家级的规模化应用,产生了广泛行业影响,得到同行专家的高度评价。2002年起,领衔承担国家863 计划804主题项目,承担大口径衍射光学元件的关键技术研究至今,承担了我国在该方面的重大研制任务。推动建立了我国最大口径的全息曝光系统、建立了我国最大规模的数字光全息干涉光刻系统。该项工作,使得我国掌握了大口径衍射元件的关键工艺,解决了卡脖子难题,使我国的衍射器件的研制水平跻身国际先进行列,成为国内唯一、国际少数有能力制备米级全息光栅或元件的单位。2002年 -2009年,在纳米压印关键技术研究方面,提出一系列解决方案。2003年率先在国际上实现卷对卷纳米压印的工业化应用。“卷对卷纳米套准压印光刻系统” 研制成功,标志着柔性光电子材料/器件的制造,从2D表面结构向 2D/3D多功能结构迈进了一大步,获得国内外同行专家(中国科协主席万钢教授,美国密西根大学郭灵杰教授,美国国家工程院院士、现香港大学张翔教授等)高度评价。因而“卷对卷纳米压印关键技术与应用”获2011年度江苏省科技奖一等奖,陈林森荣获“建国60 年全国印刷业百名技术标兵称号”。2003年 -2007年,发明了“基于SLM亚波长干涉光刻方法”,实现了42吋(当时国际最大幅面)亚波长激光干涉光刻系统。庄松林院士主持了成果验收。该成果为大面积纳米压印模具制备提供了有效手段,应用于“结构色”纳米印刷。该工作得到NSF,国家 863 计划重点项目、江苏省重大成果转化专项资助。“宽幅微纳图形化制造技术与产业应用”获2011年度国家科技进步二等奖。习总书记指出:“科学研究既要追求知识和真理,也要服务于经济社会发展和广大人民群众。”2012年6月28日,伴随着深圳证券交易所清澈回荡的开市钟声,苏大维格在 A 股创业板正式挂牌上市。这意味着陈林森带领苏大维格走过了积累起步和创新平台协同的时期,迈入了产业规模化的新阶段。通过10 年的发展积淀,他带领团队从关键核心技术攻关到重大目标产品培育,打造了自主可控的技术创新体系和可持续发展能力 , 成为了国内微纳光学技术应用的开拓者,以及国内外领先的微纳光学产品制造和技术服务商。苏大维格上市后,陈林森带领团队依旧沉得住气,潜心攻克微纳制造产业链基础问题和关键技术、高端装备研究,及柔性光电子材料 /器件的理论设计与制备, 建长板,补短板,稳步提升微纳光制造平台的综合能力。国际上,激光光刻直写设备是光掩模制备的主要工具,尤其在高世代TFT- Array 掩模的平面图形,面积可达米级(瑞典MICRONIC),单价高于1.5亿元/套,制备一个线万人民币;然而,这种激光直写设备并不适用于微纳3D形貌结构和深纹图形制备。已有的蓝光405nm 直接成像光刻(DIL)适合光刻分辨率较低的图形,也不适用于3D 微结构的灰度光刻。因此,面向柔性光电子材料与器件制备需求,必须攻克大面积3D 形貌的微结构的高效、高精度制备,采用更新的技术方法和工艺,来解决海量数据高效率转化、高精度数据迭代与叠加曝光,高速率飞行直写技术的难题。2020年7月底,全球首台大型紫外3D 直写光刻设备iGrapher3000(110吋幅面,2500mm×1500mm),在苏大维格下线并投入工业运行。iGrapher3000 主要用于在大幅面基板上制备3D 形貌的微纳结构,为新颖材料和光电子功能器件提供了先进手段。陈林森带领团队历时15年,攻克了基于“结构模型”-“图形数据处理”-“并行扫描曝光”模式的一系列3D直写光刻技术难关。突破了高分辨率3D数据分层处理和数据流上载技术,解决了光学头在大幅面基片上高速扫描时的聚焦稳定性问题,达到大面积任意微纳3D 形貌可控制备的技术效果。完成了多个型号直写光刻设备研制,完整掌握了超大幅面微纳光刻的关键技术,解决了卡脖子问题。该成果已在清华大学等高校、中科院和中电科研究所、中外企业等逾百家国内外单位应用,用于柔性光电子与器件前瞻性研究和产品创新。应邀发表于Adma(综述28 页)、ACS nano等,得到国家863计划重大项目、国家重大科学仪器设备的资助,成果填补了我国大型光刻直写设备行业空白。2016年,作为863计划先进制造领域的标志性成果,参加“国家十二五科技创新成就展”。“面向柔性光电子的微纳制造关键技术与应用”获2019 年度国家科技进步二等奖。此外,陈林森还带领团队发明了“透明导电膜的微纳制造方法”,提出了基于纳米压印与纳米导电材料填充的柔性电路的制造方法,在柔性衬底表面压印深槽结构并填充纳米导电材料,来实现透明导电膜。基于纳米压印增材制造解决方案,使精密电路制造不需用金属蚀刻工艺,没有环境污染问题,终结了数十年来,柔性印刷电路的铜蚀刻历史,实现了绿色制造的变革性技术。产品导电率0.1欧/方-5欧/方,透明度88%,弯折次数20 万次、线 吋,信耐性和性能一致性,均为国际领先指标。在透明可折叠超级电容器、高性能OLED发光、透明屏蔽膜和电致变色器件等方面的一系列高质量研究发表于EES(IF30), ACS nano.,Plasma,O.E等期刊。该工作得到NSF,国家国际科技合作计划的资助。相关专利被国内外著名企业引证数百余次。2015 年,建立国际上首条大尺寸柔性导电膜的工程化产线 吋套准型大尺寸导电膜制造产线 吋高性能触控膜AD-film 形成批量供货能力,智慧交互终端面向消费电子领域的产业应用生态将逐渐形成,大屏触控交互体验和应用会更加丰富,带来更大的国内外市场开拓机会。将促进大尺寸TV 终端,从娱乐用途的“看”,向交互功能的“用”、到“提供生产力”的新场景发展。百余年来,数字图像都是以“像素”为单位来表达的,无论油墨印刷还是屏幕显示都是如此。因此,至今在立体图像印刷或立体3D 显示上,在世界范围内,未取得实质进展。陈林森提出以“微纳结构形貌”表达图像,定义了“微纳结构形貌”表达多维图像(立体浮雕、动感和光学纹理)的计算机文档格式和海量处理与设计的算法,开发了多维图像的设计与处理软件,具备各种效果与质感的光学3D 图像的设计能力;自主开发了将海量数据转化成微纳结构的3D 光刻软件和制版系统,独创了微纳结构形貌的数据处理算法和3D 导航飞行光刻直写技术, 支持整版多维图像(立体浮雕图形、动态图像、光学纹理)3D 制版,制版效率与幅面全球领先;自主研制了卷对卷微纳转印技术与系统,突破了微纳结构的图像转移工艺与材料瓶颈,实现了微纳结构材料- 光学3D 印材的规模量产,转印制程无排放,绿色环保,将对图像工程与印刷业的技术进步产生深远影响。5G来临后,在可支持高容量数据传输的下一代移动终端3D 显示方面,纳米3D印刷涉及的立体图像核心技术,将为移动终端的裸眼3D 显示研究和工程化,提供理论方法、数据设计和3D 制版的技术支撑。尤其,为基于向量光场和LCD的裸眼3D 显示屏设计与制造提供了基础技术,将大大推进3D 显示产业研发的进程。陈林森带领团队始终坚持原创方法与核心技术研究,三获国家科技进步奖,在微纳光制造领域核心关键技术与高端装备方向取得的突破,为产业变革并突破经典技术极限提供了新路径,为我国从根本上打破技术封锁和讹诈提供了新的“机会窗口”,为更多技术领域向并跑、领跑转变提供了赶超跨越的“新赛道”。长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。未来,陈林森将带领团队,秉承自主创新精神,加强产学研深度合作,加快原创性高技术成果转化和产业对接的步伐,推进产业链创新建设,全力解决我国战略性产业关键设备、关键器件、关键材料的自主可控问题,协同产业链快速建立国内大循环,实现国内国际双循环,为建成世界科技强国不懈奋斗。