基于SCI數據的納米金剛石研究態勢分析

曾碩勛,張雪燕,張龍

(1.甘肅省科技情報研究所,甘肅蘭州 730000;2.甘肅省科技評價監測重點實驗室,甘肅蘭州 730000; 3.董志中學,甘肅慶陽 745000)

基于SCI數據的納米金剛石研究態勢分析

曾碩勛1,2,張雪燕3,張龍1,2

(1.甘肅省科技情報研究所,甘肅蘭州 730000;2.甘肅省科技評價監測重點實驗室,甘肅蘭州 730000; 3.董志中學,甘肅慶陽 745000)

采用合著分析法和共詞分析法,以SCI數據為基礎,借助TDA,Ucinet,NetDraw等可視化工具,通過國內外納米金剛石的發文數、科研機構、國際合作、高引論文、研究主題的文獻分析,以期把握納米金剛石發展的國際態勢,并為我國納米金剛石研究發展提供參考借鑒。

SCI;納米金剛石;合著分析;共詞分析;研究態勢

0 引言

納米金剛石優越的物理特性已在拋光、磨料、磨具、潤滑、磁性記錄、醫學[1-3]等眾多領域得到應用,隨著納米金剛石制備技術的提高,應用廣度和深度的遞進,以及理論和實驗室研究的國際廣泛關注,納米金剛石制備精細度更高,并產生眾多極致性的納米金剛石特性,如由多層,甚至單層碳原子組成的石墨烯,其導熱、導電、透光性等都幾乎到達理論極限[4-6]。正是基于納米金剛石材料的超凡特性,十分可觀的理論和現實應用前景,以及憧憬無限的社會經濟價值,不少國家將納米金剛石的制備和應用作為一項重大科研戰略。

SCI(Science Citation Index)數據庫是由美國科學信息研究所創辦出版的引文數據庫,是國際公認的進行科學統計與科學評價的三大檢索系統之一,而且是被認為最具權威性的數據庫。為此,從SCI數據庫中進行納米金剛石的文獻檢索,可以窺見國內外納米金剛石的研究熱點和發展趨勢,有利于我們把握科研方向,避免閉門造車,與此同時,從文獻角度分析國內外納米金剛石的研究發展趨勢,有利于我們尋找科研合作伙伴,形成國際合作團隊,共同攻克科研難題,為納米金剛石研究和應用機構的多方位決策提供參考。

1 分析內容

納米金剛石主要指具有納米級微小,而又具有金剛石硬度的一類物質。據此,尋找相關檢索詞(包括石墨烯、納米級立方氮化硼,碳納米管,具有金剛石特性的富勒烯等),在SCI數據庫中進行檢索。檢索文獻類型:(Article or Proceedings Paper or Review);檢索數據庫:Science Citation Index Expanded(SCIEXPANDED);出版年:(1900-2014);檢索時間為:北京時間,2014年12年8日,15:40;共檢索到相關文獻172,030篇。

通過閱讀論文題名判斷與“納米金剛石”主題是否相關,結合TDA(Thomson data analyzer)數據清洗和分析工具,分別對其中的機構名稱、作者關鍵詞和作者姓名三個字段進行規范,保留了高度契合主題的115859篇文章。為盡可能分析SCI數據庫中較有影響力的文獻,同時考慮方便數據分析軟件的處理能和分析結果客觀真實一致,設置被引閥值為100,進行過濾,最終,將契合度較高的3755篇文獻全部納入研究范圍。

2 分析方法與工具

2.1 合著分析(Co-Authorship Analysis)

合著分析是一種研究多名學者合作發表論文現象的計量分析方法。合著有時又稱合作。合著分析的原理是:當2名或更多的學者姓名共同出現在論文作者字段中時,假定他們之間存在著合作關聯,共現頻率越高則認為合作程度越密切。與此同理,可以獲得機構合作、國際合作等其他合作關系[7-8]。為了更加直觀的展現合著關系,關聯圖節點大小代表標簽對象的發文數量;兩個節點間的鏈接粗細反映合作次數多少;節點顏色、位置和距離暫未賦予特定意義。

2.2 共詞分析(Co-Word Analysis)

共詞分析是一種研究詞語共現現象的計量分析方法,其原理是:具有概念內涵的兩個詞語在指定范圍內多次地共同出現,則假定它們之間存在著某種主題關聯,共現頻率越高則認為主題關聯越緊密。本報告將詞共現范圍限定在每篇論文的作者關鍵詞字段,將這些共現關系加以匯總,并以知識圖譜的形式加以展現[9],[10]。為了更加直觀地展現學科內的研究熱點,將關鍵詞的文檔詞頻大小設定為節點大小;兩個節點間的鏈接粗細展示共現次數多少;節點顏色、位置和距離暫未賦予特定意義。

2.3 主要工具

考慮到納米金剛石相關檢索詞在SCI數據庫中獲得的文獻量大,需要進行必要的去除重復文獻,提出在納米金剛石研究領域有重要價值的文獻。同時,提升研究分析的可視化和直觀性,文章主要采用TDA(Thomson Data Analyzer),Ucinet,NetDraw以及Excel四個處理工具。

3 結果與分析

3.1 發文數量

圖1顯示從1991年始,納米金剛石領域發文國家TOP5總體呈現發文增長態勢,尤其是美國自2003年起,均保持了納米金剛石領域的強大科研投入和學術產出,在此領域保持了全球領頭羊態勢,其他國家保持了大致相同的態勢,說明了納米金剛石領域仍然處在科研熱點中。由于文獻被引高峰往往出現在刊出兩年以后[11],因此有圖1顯示情況。

表1顯示了納米金剛石技術領域SCI論文的國別分布TOP10,美國論文數量遙遙領先,約為top10中其他9國總和,中、日、韓、新加坡進入前十,其他為歐美國家,中國論文總數領先于其他前8國家。但從均篇被引情況看,亞洲國家真實學術科研水平浮出了水面,中國更是墊底,美國發文總量大,應該存在良莠不齊,但其均篇被引仍處在第4位,可見其整體學術科研水平的強大。

圖1 納米金剛石領域發文國家TOP5Fig.1 The top5 countries for the number of published papers on nano diamond

表1 納米金剛石技術領域SCI論文的國別分布TOP10Tab.1 The top10 countries for SCI papers on nano diamond

3.2 科研機構

圖表顯示全球研究納米金剛石TOP的科研機構,中科院,清華大學上榜,分列2、6位,英國劍橋大學第7,其余TOP10全為美國科研機構。對比之下,中科院和清華大學發文量與其他TOP10科研機構幾無差距,然而,從單篇最高被引和均篇被引看,兩個科研機構差距甚大,表明在納米金剛石研究領域,我國科研機構的前沿研究較為欠缺。

3.3 國際合作

SCI論文中體現出的國際合作情況見圖2(合作論文數量少于5篇的國家在圖中不顯示)。美國的合作國家遍布全球,與中國、英國、韓國、英國、法國、日本等國家合作強度比較大。此外,英國、德國、法國也展示了全球合作的強烈態勢。而中國盡管發文量僅次于美國,但與其他國家的合作交流密切程度還十分有限,主要與美國、英國、新加坡、澳大利亞、日本合作,除與美國合作較多,與其他四國合作次數也很有限。

表2 納米金剛石技術領域SCI論文的科研機構分布TOP10Tab.2 The top10 institutions for SCI papers on nano diamond

各機構間的合作情況見圖3(機構合作次數少于5次的節點不顯示)。由圖中可知,納米金剛石領域的機構合作具有較為明顯的小范圍國別或區域特性,中國機構的合作對象主要是國內機構(清華、北大、中科院、哈工大、中國納米科學中心),且合作次數有限。國外機構如波士頓大學(Boston Univ,美國),米尼奧大學(Univ Minho,葡萄牙)和西班牙皇家科學理事會(CSIC)之間;法國國家科學研究院(CNRS),倫敦大學(Univ London,英國),的里亞斯特大學(Univ Trieste,意大利)之間;劍橋大學(Univ Cambiridge,英國),俄羅斯科學院(Russian Acad Sci),曼切斯特大學(Univ Manchester,英國),內梅亨大學(Radboud Univ Nijmegen,荷蘭)之間等均在納米金剛石技術領域,展現了科研的國際合作的活躍性和普遍性。

圖2 納米金剛石技術領域SCI論文的國際合作情況(＞5)Fig.2 The international cooperation status for nano diamond SCI papers(＞5)

圖3 納米金剛石領域SCI論文的機構合作情況(＞5)Fig.3 The institutional cooperation status for nano diamond SCI papers(＞5)

3.4 高引論文

高被引論文往往被認為是領域內研究重要技術的突破,是一個學科領域的重要基石,因此高被引代表科研工作者,科研機構,以及國家在這個領域的突出貢獻,同時也發映出學科發展的主導方向。表3展示了俄羅斯、英國、美國在納米金剛石領域的突出貢獻和重要地位,美國在納米金剛石領域的領航能力再次凸顯。從表3題名看,10篇最高被引文獻中,6篇涉及石墨烯的研究,可見石墨烯是納米金剛石領域的主要學科方向。

表3 納米金剛石領域SCI論文被引頻次TOP10Tab.3 The top10 most cited SCI papers on nano diamond

3.5 研究主題

關鍵詞共現關聯見圖4(共現關聯少于3次的節點不顯示)。由圖中可以看出,碳納米管(Carbon nanotubes)、石墨烯(Graphene)是納米金剛石領域關注和研究的核心主題;與這些核心主題密切相關的還有納米粒子(Nanoparticles)、納米技術(nanotechnology)、納米材料(nanomaterials)、碳(carbon)等主題。其中,納米粒子、機械性能、納米復合材料、生物傳感與碳納米管的關聯性最為緊密;納米復合材料、激光拉曼光譜、電化學與石墨烯關聯性最為密切。

由圖中可知,納米金剛石的研究形成了5個核心聚類,以碳納米管為核心的相關研究,關聯主題有生物傳感(Biosensor)、機械性能(Mechanical properties)、富勒烯(fullerene、fullerene tube)、聚合物(polymer)、石墨(graphite)、給藥(drug delivery)、碳納米纖維(carbon nanofibers)、納米結構(nano structures)、納米復合材料(nano composites)、二氧化鈦(Titanium dioxide)等;以石墨烯為核心的相關研究,關聯主題有碳(carbon)、納米復合材料(nano composites)、電催化(electrocatalysis)、電化學(electrochemistry)、燃料電池(fuel cell)、拉曼光譜(raman sectroscopy)、超級電容器(supercapacitor)、光催化(photocatalysis)等;以納米粒子(nanoparicles)為核心的關聯主題有納米技術(nanotechnology)、納米材料(nanomaterials)、毒性(toxicity)、毒理學(toxicology)等;陽極氧化(anodization)和鋰離子(lithiumion)展現了納米金剛石在電容(電池)領域相對獨立的研究。

圖4 納米金剛石領域SCI論文的主題共現關聯(＞3)Fig.4 The theme co-occurrence association of SCI papers on nano diamond(＞3)

由此可見,碳納米管是納米金剛石領域的絕對研究主題,與碳主題關聯度相對較小,表現為圍繞碳納米管的拓展應用研究為主導。石墨烯是納米金剛石領域的第二大研究主題,與碳主題關聯性較大,而與其他密切關聯的主題較少,表現為石墨烯的生產制備研究仍然占據重要位置,拓展應用研究正在蓬勃發展。

4 結論與討論

通過對納米金剛石的SCI數據庫分析,得出以下結論。(1)納米金剛石領域仍然處在全球科研熱點中,其中石墨烯態勢最盛;(2)納米金剛石研究兩大核心為碳納米管和石墨烯,當前碳納米管以拓展應用研究為主導,石墨烯的生產制備研究仍然占據重要位置,拓展應用研究正在蓬勃發展;(3)美國全面領先全球,亞洲總體落后歐美,中國研究總量僅次于美國,但在納米金剛石領域的真實科研水平難望其項背。

納米金剛石無以倫比的特性吸引了眾多科研工作者,其研究與應用無疑將持續很長一段時間,科研創新和相關文獻仍在不斷涌現,文章難以全面把握到位,文中可能存在以下不足之處:(1)SCI數據庫檢索不全面,漏檢新興主題;(2)數據處理不恰當,尤其是涉及中文作者同名或簡寫形式時,TDA處理難免出現錯和漏;(3)限于篇幅的原因,圖譜展示和相關分析難以全面展示,如納米金剛石研究的國家之間比較,科學交叉等,將試圖在后續跟進。

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Analysis of the Research Trend of Nano Diamond Based on the SCI Data

ZENG Shuo-xun1,2,ZHANG Xue-yan3,ZHANG Long1,2
(1.Institute of Sciences and Technology Information of Gansu,Lanzhou,Gansu 730000,China;
2.Key Laboratory of Scientific&Technical Evaluation and Monitoring of Gansu,Lanzhou,Gansu 730000,China;
3.Dongzhi Junior High School,Qingyang,Gansu 745000,China)

In order to understand the international development trend of nano diamond and to provide a reference for the research and development of nano diamond of our country,a documentary analysis of the number of articles about nano diamond published worldwide, the scientific research institution,the international cooperation,the most cited papers and research topic has been conducted through methods of co-authorship analysis and co-term analysis based on the SCI data and with the help of visual tools such as TDA,Ucinet,Net-Draw,etc.

SCI;nano diamond;co-authorship analysis;co-term analysis;research trend

G352.1;TQ164

A

1673-1433(2015)04-0037-06

2015-06-02

曾碩勛(1981-),男,江西興國人,碩士,研究方向:區域經濟,科技情報資源,E-mail:zsx@gsinfo.net.cn;張雪燕(1985-),女,甘肅慶陽人,學士,研究方向:英語科技文獻翻譯。E-mail:876096238@QQ.com

國家自然科學基金:蘭州新區高技術產業發展機理研究——基于技術生態適應性視覺(編號:71363003),甘肅省技術研究與開發專項計劃基金(編號:1004 TCYA014)成果之一

張龍(1980-),男,甘肅蘭州人,學士,副研究員,研究方向:科技信息情報,計算機,E-mail:zsx1013zsx@163.com.

曾碩勛,張雪燕,張龍.基于SCI數據的納米金剛石研究態勢分析[J].超硬材料工程,2015,27(4):37-42.