基于专利和论文的我国石墨烯技术领域分析学术资讯

来源：科情智库

摘要：本文利用Innography专利数据库及Web of Science论文数据库检索系统，对我国石墨烯技术进行专利布局和论文统计分析，深入研究了我国石墨烯领域的基础研究和应用研究情况。研究表明：我国石墨烯技术当前处于快速成长阶段，主要技术领域集中于石墨烯及其化合物的制备、石墨烯电池及石墨烯半导体器件等方面，技术创新主体以科研院所和大学为主导，企业研发能力有待提升。我国在石墨烯领域的专利布局以国内为主体，专利质量不高，整体实力偏弱，高影响力学术论文占比也不高，应加强石墨烯专利海外布局，加大资金投入力度和研发力度，使我国石墨烯技术向产业化方向快速发展。

关键词：石墨烯技术；专利布局；论文；技术领域；创新主体

石墨烯是从石墨材料中剥离出来的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯材料因具有优异的光电学、热力学、机械性能和溶解性能等，且合成原料价格低廉，使得其在众多领域具有传统材料无法企及的应用价值，被称为“新世纪材料之王”。英国科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年成功从石墨材料中分离出石墨烯，并于2010年一同荣获了诺贝尔物理学奖，自此各国掀起了石墨烯相关领域的研究热潮。

与科技创新全过程相关的科技信息，如学术论文库、专利库，都是极其重要的科技情报数据源。通过专利布局和论文统计分析，可以挖掘隐含在其中的经济与技术信息，为相关领域的政策、规划制定提供决策依据，为科研院所、企业等在相关领域的研究及产业布局提供重要参考。尽管我国在石墨烯技术领域起步不早，但石墨烯专利申请量及论文发表量已经遥遥领先于其他国家，是近几年石墨烯技术发展最快的国家之一，具有广阔的石墨烯市场前景。

本文利用Innography专利数据库检索得到2004—2019年间我国石墨烯专利申请量共计57832件（同族扩展），利用Web of Science论文数据库检索获得2004—2019年间我国石墨烯领域学术论文发表量共计43736篇。基于专利布局和论文产出成果，从多个角度深入分析了我国石墨烯技术的基础研究和应用研究情况。检索日期为2020年1月20日，一般专利的公开会有18个月的滞后期，2018年以后的专利申请数据尚未全部公开，仅供参考。

01论文及专利年度变化情况

从图1可以看出，我国每年的石墨烯领域论文发表量及专利申请量均呈现不断增长趋势。2004—2008年，专利申请量及论文发表量均较少，为我国石墨烯技术缓慢发展的初期阶段。2009—2014年，论文发表量高于专利申请量，且两者增幅明显，我国石墨烯技术基础研究和应用研究均快速发展。2015—2019年，专利申请量高于论文发表量，专利申请量增幅更加显著，表明我国近几年已经开始不断重视石墨烯技术的应用研究，石墨烯产业化步伐不断加快。

技术生命周期一般会经历导入期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段。利用技术生命周期S曲线数学模型方法绘制出我国石墨烯技术累计论文发表量及专利申请量年度变化图，如图2所示。可以看出，我国石墨烯技术在2004—2008年间处于导入期，石墨烯相关研究进展缓慢。2009年至今，我国石墨烯技术处于快速成长期，在石墨烯中上游制备和下游应用不断取得突破，市值也逐渐增大。表明我国近些年相继出台的相关政策规划对我国石墨烯领域的产业化进程起到了显著的推动作用，预计未来几年石墨烯技术还将持续快速发展。

02技术论文统计分析

2.1 论文学科、出版物来源及高被引情况

对我国石墨烯领域的论文学科类别、出版物来源、高被引情况进行统计。从表1可以看出，我国石墨烯领域论文主要集中在化学、材料科学和物理学等偏基础研究的学科方向。Rsc Advances、Carbon、Electrochimica Acta和Acs Applied Materials & Interfaces在期刊分布上位居前列。Rsc Advances创刊于2011年，由Royal Society of Chemistry出版社出版，主要以化学学科为主题。Carbon创刊于1963年，由Elsevier出版社出版，主要以物理化学、材料科学为主题。此外，我国贡献了石墨烯领域44.6%的学术论文，其中高被引论文占全球高被引论文的50.8%。但这些论文仅占我国论文总数的4.0%，表明虽然我国石墨烯领域的论文发表量遥遥领先，但高影响力学术成果占比仍有待提升。

2.2 论文发表机构

图3为我国石墨烯领域论文发表量排名前20的机构。可以看出，中国科学院的论文发表量遥遥领先于其他机构，表明中国科学院是我国石墨烯技术基础研究领域实力最强的机构，其次是清华大学等各个高校。

03专利布局分析

3.1 专利申请区域及专利强度

由图4可知，我国石墨烯领域专利申请主要来源于中国，其次是美国、韩国、日本等。可以看出，我国石墨烯技术专利在国外布局较少，专利权利人缺乏国际专利布局意识。从我国石墨烯技术专利强度分布可以看出（见图5），我国石墨烯专利的专利强度不高，石墨烯技术实力和专利质量仍有待提高。

3.2 专利技术领域分布

对专利数据进行IPC分类，得到排名前10的石墨烯专利技术领域（见表2）。可以看出，我国石墨烯专利技术领域重点关注石墨烯电池电极的制造（如H01M4、H01M10等），其次是石墨烯及其化合物的制备（如C01B31、C08L23等），此外还有石墨烯半导体等电子设备的制造（如H01L31等）。目前我国已逐渐加大石墨烯在电极材料、半导体等电子器件领域的研发力度，但仍未实现其大规模应用，需要进一步加大资金投入和研发力度。

3.3 主要专利发明人

从表3可以看出，排名前10的石墨烯技术专利发明人主要来自海洋王照明科技股份有限公司、成都新柯力化工科技公司以及中科院，三者在石墨烯领域具有较强的研发能力。此外，高超任职于浙江大学，同时担任杭州高烯科技有限公司和浙江碳谷上希材料科技有限公司的首席石墨烯科学家；刘兆平任职于中科院宁波材料技术与工程研究所，同时担任宁波墨西科技有限公司首席科学家，且为宁波石墨烯创新中心有限公司法人；史浩飞任职于中科院重庆绿色智能技术研究院，同时担任重庆墨希科技有限公司首席科学家。可以看出，我国高校及科研院所在石墨烯领域已经开始不断与企业展开合作，并孵化出石墨烯相关研究领域的企业。我国应不断鼓励产学研协同发展，促进石墨烯技术向产业化发展。

04专利主要申请机构分析

从图6可以看出，中科院的专利申请量也遥遥领先，表明中科院是目前我国石墨烯技术领域不断发展的中坚力量。此外，海洋王照明科技股份有限公司和成都新柯力化工科技公司是我国石墨烯技术创新能力较强的企业。本文选取中科院、海洋王照明科技股份有限公司和成都新柯力化工科技公司三个专利权人为代表进行重点分析。

4.1 专利申请量年度变化情况

从图7可以看出，中科院的专利申请量在2015年之前增幅显著，2017年开始呈下降趋势，这可能是中科院到了石墨烯关键应用技术急需突破的瓶颈期，如果不断加强与企业合作力度，积极促进石墨烯技术成果转化，突破关键技术瓶颈，未来在该领域的研究有望再次快速发展。海洋王照明科技股份有限公司自2010年开始进行专利申请，在2012年达到专利量顶峰，自2013年显著下降以后未再进行专利申请。成都新柯力化工科技公司自2014年开始进行专利申请，在2016年达到申请量顶峰，于2017年开始下降。可以看出，这两个企业在该领域的发展起步较晚，虽然专利申请量在企业中相对领先，但后期专利申请基本中断，企业石墨烯技术未能持续发展。

4.2 主要专利技术领域

由表4可知，三个专利权人专利申请的重中之重是以C01B（非金属元素及其化合物）和H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组）为主的石墨烯及其化合物的制备以及石墨烯电池电极技术领域。此外，中国科学院的专利申请还集中在以H01L（半导体器件及其他类目中不包括的电固体器件）和B01J（化学或物理方法，例如催化作用、胶体化学及其有关设备）为代表的石墨烯半导体器件、石墨烯制备等领域。海洋王照明科技股份有限公司的专利申请还集中在以H01G（电容器及电解型的电容器、整流器、检波器、开关器件、光敏器件或热敏器件）和B82Y（纳米结构的特定用途或应用、纳米结构的测量或分析及纳米结构的制造或处理）为代表的石墨烯电容器、石墨烯碳纳米材料等领域。成都新柯力化工科技公司的专利申请还集中在以C08L（高分子化合物的组合物）和C09D（涂料组合物，例如色漆、清漆或天然漆；填充浆料；化学涂料或油墨的去除剂；油墨；改正液；木材着色剂；用于着色或印刷的浆料或固体）为代表的石墨烯相关高分子化合物、石墨烯涂料等领域。

4.3 专利引证分析

由表5可知，中科院和成都新柯力化工科技有限公司的专利引证申请人和被引证申请人主要来自其自身，表明二者在石墨烯领域具有较强的研发能力。但除自身外，二者的被引证申请人占比均较少，表明二者的石墨烯技术影响力不高，专利质量有待提升。中科院排名前10的引证申请人和被引证申请人主要为科研机构和高校，表明其重点关注科研机构和高校，需不断推进与企业间的合作。海洋王照明科技股份有限公司的专利引证申请人和被引证申请人中，中科院占比均较大，二者相互引证次数相对频繁，表明二者在该领域具有合作关系。