全球納米科技前三強機構三螺旋創新網絡分析

欒春娟 尹娜娜

摘要：探索全球納米科技論文前三強機構的三螺旋創新網絡，對促進我國納米科技的發展和納米科技成果的轉化，具有重要的理論意義和現實意義。選擇了全球納米科技論文產出的前三強機構，中國科學院、法國國家科學研究中心和美國能源部，運用CiteSpace和VOSviewer等信息可視化軟件，探測了全球納米科技前三強機構的三螺旋創新網絡和這三個機構的高產合作機構，以及其中產業參與的子網絡。分析結果揭示了前三強機構納米科技三螺旋創新網絡的共性與差異。美國國家實驗室引領美國納米科技發展的實踐、法國更多高產機構參與納米科技創新發展的實踐，對我國納米科技的三螺旋創新發展提供了重要的借鑒思路。

關鍵詞：納米科技；三螺旋；創新網絡

中圖分類號：G306； N18 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2018.02.006

0 引言

比較全球納米科技領域前三強機構的三螺旋創新網絡，對促進我國納米科技的發展和納米科技成果的轉化，具有重要的理論意義和現實意義。納米科技是一門交叉性很強的綜合學科[1-3]，是現代科學技術發展的重要新興領域，也是世界主要國家搶占全球科學技術制高點的重點支持發展領域[4， 5]。國內外學者對納米科技領域的發展及其對社會的影響等主題，也給予了極大的關注。

關于三螺旋相關主題的研究。自從2000年Etzkowitz和Leydesdorff提出了“大學-產業-政府”[6]三螺旋創新理論以來，該理論引起國內外學者的普遍關注和探討。國內外學者關于三螺旋創新相關主題的研究，主要集中于以下幾個方面。第一，關于三螺旋理論的研究。Yang與Holgaard等[7]分析了三螺旋理論框架對生態創新動力發展模型的影響。劉有升和陳篤彬提出[8]，加強高校與政府、產業之間的多重聯動與資源協同，對于加快培養高校創業型人才具有重要的促進作用，他們基于三螺旋理論，構建了政產學參與度、師生創業相關能力、創業型人才培養績效以及政產學協同情境影響的概念模型，并通過大規模問卷調查的數據進行了驗證。其研究成果拓展了三螺旋理論的研究范圍，深化了高校創業型人才培養的理論研究。第二，關于三螺旋創新模型的研究。Villarreal與Calvo[9]運用案例研究方法，提出了從三螺旋創新模型到開放創新模型的發展和演進。Leydesdorff和Deakin[10]分析了三螺旋創新模型在智慧城市建設和發展中的作用。Rodrigues與Melo認為[11]，三螺旋創新模型可以應用于激勵地方的創新政策制定和創新發展。劉宇和康健等[12]以三螺旋模型為框架，解構了產業共性技術協同創新的結構要素，分析了三螺旋各階段的動力因素，探討了三螺旋不同階段各協同主體的協作規律及資源利用狀況，繪制出產業共性技術協同創新三螺旋立體空間結構和動力模型，并將其應用于三個城市生物醫藥產業共性技術協同創新的比較分析。王煒和羅守貴認為[13]，三重螺旋模型被廣泛地應用于分析產學研三者互動演化關系。他們基于企業微觀數據，將三螺旋理論運用于區位、產業類型和聯系兩者的產業垂直空間關聯這三者之間的互動分析，定量地從時間演化角度分析了代表上海區位-產業類型-產業垂直關聯的三維協同信息的耦合度變化，揭示了近年來上海產業結構升級和區域空間結構調整過程中產業空間系統演化的過程。第三，三螺旋創新機制研究。Ivanova和Leydesdorff認為[14]，在大學產業政府關系的三螺旋發展中，旋轉對稱的數學建模和創新系統的轉變，可以幫助我們更好理解三螺旋創新機制并預測未來。Johnson提出[15]，三螺旋創新發展中的組織職能和激勵機制對大學、產業和政府之間的合作發揮著重要作用。鄒波和郭峰等提出[16]，實施協同創新是我國完善國家創新體系的重大戰略部署。他們通過對三螺旋理論的深入研究，揭示了三螺旋“協同創新”的內在機制。并在理論分析的基礎上，進行了實踐探索研究。此外，學者們還研究了三螺旋創新能力評價[17]、青年創業者的三螺旋創新模式選擇[18]、國外大學科技園的三螺旋創新研究[19]等。

國內外學者關于納米科技相關主題的研究，主要集中于以下幾個方面。第一，關于全球納米科技發展前瞻的研究。Soriano與Zougagh[20]分析了納米科技的未來發展趨勢，探討了納米科技發展的社會責任和可靠性。張超星和邊文越等[21]調研了世界主要國家發布的35份納米科技戰略計劃和報告，并分析了各國發展納米科技發展前瞻或部署的共性、主要國家在納米科技戰略部署上的特色和側重，以及全球納米科技的主要研究方向。第二，納米科技創新網絡研究。Necoechea-Mondragon與Pineda-Dominguez[22]研究了墨西哥納米科技創新網絡，指出開放創新和技術轉移對墨西哥納米科技創新網絡的發展具有重要意義。劉云和蔣海軍等對納米科技國際合作創新網絡進行了分析[23]，主要得到如下結論：中國在納米國際科技合作網絡中的地位越來越重要；法國和南非在網絡中發揮了橋梁和中介作用；更多的國家著力通過國際合作推進本國納米科技的發展。第三，納米科技領域的知識流動研究。Liu和Jiang[24]比較了中美知識擴散模式對納米科技創新網絡發展的影響。彭繼東和譚宗穎應用期刊引文網絡分析方法，從學科整體和期刊個體兩個層面，分析了納米科技學科領域的知識交流[25]。此外，學者們還研究了納米科技的倫理問題[26-28]、納米科技在國家科技發展過程中的引領作用[29， 30]、納米科技對區域經濟發展的標桿作用[31]等。

已有的研究成果是本研究工作的重要基礎。我們尚未發現關于全球納米科技前三強機構的三螺旋創新網絡相關的研究成果。本研究擬從宏觀和微觀兩個層面，分析世界納米科技前三強機構，即中國科學院、法國國家科學研究中心和美國能源部，納米科技三螺旋創新網絡結構，以期為我國納米科技三螺旋創新網絡的建設和發展提供決策支撐。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本研究數據來源于《科學引文索引》（Science Citation Index， SCI）數據庫的“納米科技”學科領域。我們檢索并下載了SCI數據庫中web of science學科分類（web of science category）中的“納米科技”（Nanoscience Nanotechnology）學科領域前三強機構，即中國科學院（Chinese Academy of Sciences，CAS）、法國國家科學研究中心（Centre National de la RechercheScientifique，CNRS）和美國能源部（United States Department of Energy，DOE），于1945～2017年間發表的全部論文（article），數據檢索和下載的日期為2017年12月16日（表1）。前三強機構的論文產出都在1萬篇以上，其中中國科學院的納米科技論文產出最高，共計18411篇，占全球納米科技全部論文的5.193%；法國國家科學研究中心和美國能源部的納米科技論文產出分別為11436篇和11285篇，占比分別為3.226%和3.183%。

表1 全球納米科技前三強機構論文數量及其比例

序號 前三強機構 數量 比例

1 Chinese Academy of Sciences，CAS 中國科學院 18411 5.193%

2 Centre National de la RechercheScientifique，CNRS 法國國家科學研究中心 11436 3.226%

3 United States Department of Energy，DOE 美國能源部 11285 3.183%

全球納米科技前三強機構，即中國科學院CAS、法國國家科學研究中心CNRS和美國能源部DOE，他們的納米科技論文年度發展趨勢如圖1所示。圖1顯示，從整體上看，前三強機構納米科技論文的發展大致可以分為三個階段：第一階段（1975年～1996年）為起步階段；第二階段（1997年～2005年）為初期發展階段；第三階段（2006年～2017年）為快速發展階段。

圖1 全球納米科技前三強機構論文年度發展趨勢（1975年～2017年）

在前兩個發展階段，前三強機構的發展趨勢非常相近似，只是起步略有差別，DOE的第一篇納米科技論文發表于1975年，CNRS和CAS的第一篇分別發表于1982年和1983年。第三階段，即2006年之后，CAS納米科技論文的增長速度明顯加快，與CNRS和DOE的差距越拉越大；而CNRS和DOE二者的發展趨勢仍然是非常接近的。

1.2 研究方法

本研究中的全球納米科技前三強機構的整體網絡繪制，我們采用了陳超美博士開發的、基于JAVA平臺的CiteSpace應用軟件[32， 33]，分析對象數據之間的鏈接強度選擇默認鏈接強度，即夾角余弦距離（Cosine），見公式（1）。其中x，y為任意兩個節點，Cx為與x相連的節點所組成的向量，向量每一維度所表示的值為兩個結點共現的次數。

CiteSpace軟件是一種適于多元、分時、動態的復雜網絡分析的新一代信息可視化技術，目前已被國際上科學計量學與科學技術政策研究者廣泛使用，正成為科學計量學普遍應用的新手段。我們利用該信息可視化技術手段，繪制納米科技前三強機構的整體創新網絡，形象揭示前三強機構創新網絡結構，發現數據中隱藏的規律和模式[34]，使決策者更容易地觀察、瀏覽和理解信息，從而為制定納米科技發展決策提供支撐。

納米前三強機構產業子網絡的探測，我們采用荷蘭萊頓大學科學技術研究中心（Centre for Science and Technology Studies）信息可視化軟件VOSviewer進行。選擇關聯強度（Association Strength）算法，見公式（2）。繪制代表產業的公司與其他機構合作的子網絡，揭示前三強機構納米科技發展過程中的大學-產業-政府合作發展關系。

公式（2）中SA（Cij， Si， Sj）表示項目i和項目j的相似度，Cij為項目i和j的共同出現頻次，Si和Sj為項目i和j各自出現的頻次。VOSviewer平臺開發者Van Eck與Waltman通過大量的實證研究和比較分析[35， 36]，認為總體來看存在著兩種重要的相似性測度理論與方法，即集論測度（Set-Theoretic Measures）和概率測度（Probabilistic Measures）；關聯強度（Association Strength）則屬于概率測度方法；在科學計量學共現分析研究中，選擇關聯強度的測度指標更合適。

2 納米科技前三強機構三螺旋創新網絡

2.1 中國科學院

我們選取1983～2017年間CAS發表的全部納米科技論文數據18411篇，利用文獻題錄中的機構（institution）欄目，探測中國科學院納米科技三螺旋整體網絡。確定了網絡節點為機構之后，將每個時間分區（slice）劃分為8年，同時選擇每一時區顯示最高產的50個機構，運行CiteSpace，生成圖2所示的 “中國科學院納米科技機構三螺旋整體圖譜（1983～2017年）”。圖譜中代表學科的節點越大，表示該機構納米科技論文產出越高。需要指出的是，繪制圖2時，我們將節點的閾值調整為0，否則即使閾值為1的情況下，中科院的節點也顯得太大，掩蓋住了其他絕大部分節點。

圖2顯示，中國科學院納米科技機構三螺旋整體網絡圖譜中，中國科學院是最大、最核心的節點；其他的絕大多數節點是大學，比如中國科學院大學、北京大學、清華大學、中國科學技術大學等；國家納米科學中心也是一個重要的節點；此外，還有域外合作機構，比如，佐治亞理工學院、南陽理工學院和香港科技大學等。表2列出了中國科學院納米科技論文高產機構或與中國科學院合作的高產機構的論文產出數量及比例，我們選擇的是比例高于5%的機構，視其為高產機構。

表2顯示，中國科學院大學是中國科學院納米科技論文的高產機構兼合作機構。中國科學院大學建于1978年，其前身為中國科學院研究生院，2012年經教育部批準更名為中國科學院大學。其與中國科學院直屬研究機構在管理體制、師資隊伍、培養體系、科研工作等方面高度融合，是一所以研究生教育為主的獨具特色的高等學校。鑒于這樣一種特殊身份，中國科學院大學相對于中國科學院來說，既是一個高產機構，又是一個合作機構。其他的高產（合作）機構中，有四個是中國科學院的研究所：中國科學院化學研究所、長春應用化學研究所、物理研究所和金屬研究所；一個是國家納米科學中心；另外一個是北京大學。

就中國科學院的納米科技三螺旋創新網絡而言，圖2與表2中的學術機構，中國科學院及其研究所和一批大學，扮演著三螺旋創新網絡中的大學角色；國家納米科學中心，很大程度上扮演著政府的角色，國家納米科學中心是由中國科學院和教育部共同建設，2003年12月獲中央機構編制委員會辦公室批復成立的中國科學院直屬事業單位，其理事會由國家發展和改革委員會、教育部、科學技術部、財政部、衛生和計劃生育委員會、中國科學院、中國工程院、國家自然科學基金委員會和北京市人民政府等單位選派代表組成[37]。中國科學院在某些方面和某種程度上，也體現了中國政府的代表身份，其作為中國自然科學最高學術機構、科學技術最高咨詢機構、自然科學與高技術綜合研究發展中心，中國科學院建院以來時刻牢記使命，與科學共進，與祖國同行，以國家富強、人民幸福為己任，為我國科技進步、經濟社會發展和國家安全做出了不可替代的重要貢獻[38]。中國科學院的納米科技三螺旋創新網絡中的產業在哪里？我們檢索了CAS納米科技論文產出的機構分布信息，發現參與CAS納米科技論文的公司主要有：IBM公司（International Business Machines IBM，23篇合作論文）、索尼公司（Sony Corporation，12篇合作論文）、格雷斯公司（Grace Semiconductor MFG Corp，11篇合作論文）；這些公司因其發表的納米科技論文相對數量較少，而在圖2中無法顯示出來，但其代表了CAS納米科技三螺旋創新網絡中的產業身份，具有重要的意義和價值。

2.2 法國國家科學研究中心

我們選取1982～2017年間CNRS發表的全部納米科技論文數據11436篇，同樣利用文獻題錄中的機構（institution）項目，探測法國國家科學研究中心納米科技三螺旋整體網絡。確定了網絡節點為機構之后，將每個時間分區（slice）劃分為8年，同時選擇每一時區顯示最高產的50個機構，運行CiteSpace，生成圖3所示的 “法國國家科學研究中心納米科技機構三螺旋整體圖譜（1982～2017年）”。圖譜中代表學科的節點越大，表示該機構納米科技論文產出越高。需要指出的是，繪制圖3時，我們將節點的閾值調整為1，以達到比較理想的可視化效果。

圖3顯示，法國國家科學研究中心納米科技機構三螺旋整體網絡圖譜中，法國國家科學研究中心是最大、最核心的節點；其他的絕大多數節點都是大學，比如巴黎-薩克雷大學、格勒諾布爾大學、法國格勒諾布爾第一大學、索邦巴黎西岱大學、法國巴黎第六大學/皮埃爾瑪麗居里大學、巴黎文理研究大學/巴黎第九大學和法國里昂大學等。另外，法國原子能委員會CEA也是CNRS納米科技創新網絡中的一個重要節點。表3列出了法國國家科學研究中心納米科技論文高產機構或與法國國家科學研究中心合作的高產機構的論文產出數量及比例，我們同樣選擇的是比例高于5%的機構，視其為高產（合作）機構。

表3顯示，法國的一批大學是法國國家科學研究中心納米科技論文的高產機構或高產合作機構，比例超過5%的機構達到16個，其中高于10%的機構有五個，分別為巴黎-薩克雷大學、格勒諾布爾大學、法國原子能委員會、法國格勒諾布爾第一大學和索邦巴黎西岱大學，他們與CNRS的納米科技合作論文都超過1000篇。

就法國國家科學研究中心的納米科技三螺旋創新網絡而言，圖3與表3中的學術機構，法國國家科學研究中心與法國的一批大學，扮演著三螺旋創新網絡中的大學角色；法國國家科學研究中心和法國原子能委員會，在一定程度上是法國政府的代表，CNRS是一所隸屬于法國高等教育與研究部門的公立科研機構，是法國規模最大的多學科研究機構[39]。法國原子能和替代能源委員會CEA[40]，作為法國重要的研究、開發和創新機構，主要業務涵蓋低碳能源（核能和可再生能源）、信息與衛生技術、特大型實驗裝置、國防與全球安全四大領域。在這些領域，原委會發揮基礎研究實力雄厚的優勢，助力企業發展。其下屬共有十個研究中心，很大程度上可以將其視為代表法國政府的一個高級研究機構。關于法國國家科學研究中心的納米科技三螺旋創新網絡中的產業，我們檢索了CNRS納米科技論文產出的機構分布信息，發現參與CNRS納米科技論文的公司主要有：意法半導體公司（Stmicroelectronics，262篇合作論文）和IBM公司（International Business Machines IBM，16篇合作論文）。意法半導體公司在圖3的左側偏上位置，與大學和代表政府的CEA之間都存在著合作關系。IBM公司的納米科技論文相對數量較少，在圖3中無法顯示出來。以上兩個公司是CNRS納米科技三螺旋創新網絡中的產業的重要代表，對三螺旋創新網絡的發展具有重要意義。

2.3 美國能源部

我們選取1975～2017年間美國能源部DOE發表的全部納米科技論文數據11285篇，同樣利用文獻題錄中的機構（institution）項目，探測美國能源部納米科技三螺旋整體網絡。確定了網絡節點為機構之后，將每個時間分區（slice）劃分為8年，同時選擇每一時區顯示最高產的50個機構，運行CiteSpace，生成圖4所示的 “美國能源部納米科技機構三螺旋整體圖譜（1975～2017年）”。圖譜中代表學科的節點越大，表示該機構納米科技論文產出越高。需要指出的是，圖4網絡節點的閾值為1。

圖4顯示，美國能源部納米科技機構三螺旋整體網絡圖譜中，有相對較為分散的幾個研究中心存在：加州大學伯克利、橡樹嶺國家實驗室、桑迪亞國家實驗室、阿貢國家實驗室、布魯克海文國家實驗室和勞斯阿拉莫斯國家實驗室等。圖4比較突出的網絡特征是國家實驗室與大學交織在一起，構成了美國能源部納米科技三螺旋創新網絡的整體。表4列出了美國納米科技論文高產機構或與美國能源部合作的高產機構的論文產出數量及比例，我們同樣選擇的是比例高于5%的機構，視其為高產機構。

表4顯示，美國能源部納米科技高產機構或高產合作機構主要包括國家實驗室和大學兩大類主體。高產的國家實驗室主要有勞倫斯伯克利國家實驗室、橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、桑迪亞國家實驗室、勞斯阿拉莫斯國家實驗室、太平洋西北國家實驗室、布魯克海文國家實驗室和勞倫斯利佛莫爾國家實驗室等；高產的大學主要有加州大學系統、加州大學伯克利、芝加哥大學等；還有一個研究中心，即納米材料科學中心。

就美國能源部的納米科技三螺旋創新網絡而言，圖4與表4中的美國國家實驗室為政府所有，主要是從事與國家發展富強使命密切相關的科學研究活動，可以視其為聯邦政府的代表，扮演著三螺旋創新網絡中的政府角色。同時有一批大學，大學與國家實驗室有著密切的合作關系，很多國家實驗室就設置在大學，比如，勞倫斯伯克利國家實驗室就設置在加州大學伯克利，由聯邦政府委托加州大學經營管理[41]，這樣大學與聯邦實驗室的合作，就代表著大學與政府的合作。關于美國能源部納米科技三螺旋創新網絡中的產業，我們檢索了DOE納米科技論文產出的機構分布信息，發現參與DOE納米科技論文的公司主要有：英特爾公司（Intel Corporation，51篇合作論文）和IBM公司（International Business Machines IBM，50篇合作論文）。這兩個公司發表的納米科技論文相對于DOE納米科技論文的總數量來說是比較少的，在圖4中無法顯示出來，我們單獨繪制了圖5——DOE納米科技論文的“英特爾與IBM公司子網絡”（1975～2017年）。

圖5比較清晰地顯示出英特爾公司與IBM公司與美國大學和國家實驗室的創新合作網絡關系。其中合作關系比較密切的有加州大學伯克利、布魯克海文國家實驗室、勞倫斯伯克利國家實驗室、勞倫斯利佛莫爾國家實驗室、斯坦福大學、加州大學洛杉磯分校，以及AMD公司、碳納米技術公司等。英特爾公司和IBM公司是DOE納米科技三螺旋創新網絡中的產業的重要代表，對DOE三螺旋創新網絡的形成與發展具有重要作用。

3 結論與討論

我們選擇了全球納米科技論文產出的前三強機構，中國科學院CAS、法國國家科學研究中心CNRS和美國能源部DOE，運用CiteSpace和VOSviewer等信息可視化軟件，探測了全球納米科技前三強機構的三螺旋創新網絡，和這三個機構的高產合作機構。分析結果顯示，前三強機構三螺旋創新網絡的共性主要有：網絡中的重要節點都是代表政府的國家科學研究機構，比如中國科學院、法國國家科學研究中心和美國能源部的國家實驗室；網絡中都比較突出地顯示了大學在納米科技三螺旋創新網絡中的地位和作用；三螺旋創新網絡中的產業沒有明顯地顯示出來，深入的產業子網絡分析方能揭示出三螺旋創新網絡中產業的地位和作用。前三強機構三螺旋創新網絡的差異主要在于：中國科學院納米科技創新網絡的重心高度集中于中國科學院；法國國家科學研究中心的納米科技創新網絡的重心比較高地集中于法國國家科學研究中心；美國能源部納米科技創新網絡的重心分布于幾個主要的國家實驗室。就前三強機構的高產合作機構而言，法國國家科學研究中心的高產合作機構數量最多；美國能源部的高產合作機構比較多；中國科學院的高產合作機構數量最少。

本文的創新之處在于揭示了全球納米科技論文前三強機構的三螺旋創新網絡結構，進一步分析了其三螺旋創新網絡的共性與差異，以及在整體網絡中沒有明顯顯示出來的產業子網絡發展狀況。納米科技作為當今時代各國高度重視的新興科學技術領域，政府對其發展和支持發揮了重要的作用，在前三強機構的創新網絡中也突出地顯示了這一點。前三強機構的高產合作機構的分布，揭示了不同國家納米科技發展的主體參與程度。法國數量較多的高產合作機構，反映了法國國家納米科技的發展過程中，更多的機構更大程度上地參與了國家納米科技的發展過程中；美國較多的國家實驗室的參與，是美國納米科技發展的一個重要特征，其國家實驗室目標導向型研究，對納米科技的產業化起到了重要的推動作用；中國納米科技研究更多地集中于中國科學院，其他高產機構的參與略顯不足，今后應加強。產業在前三強的三螺旋創新網絡中雖然沒有明顯的顯示，但其是納米科技三螺旋創新網絡發展的重要組成部分，尤其是本國產業的參與，對于納米科技的產業化勢必發揮著重要的推動作用。美國國家實驗室引領美國納米科技發展的實踐，為我國納米科技的三螺旋創新發展提供了重要的借鑒思路。

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（編輯：張萌）

Abstract：It is of great significant for us to boost and transfer N&Nexploring; the triple helix network of top 3 institutions of nanoscience nanotechnology. N&N; publications of top 3 institutions are selected， and CiteSpace and VOSviewer are employed to detect the triple helix network of CAS， CNRS and DOE. The results reveal the common characteristics and differentiation of their networks. The leading role of US national labs in boosting N&N; has significant references for China to improve N&N; development.

Keywords：nanoscience nanotechnology；triple helix；innovation network