基于專利和論文分析的我國納米技術研究進展①

熊書玲 孟 浩 謝祥生

(中國科學技術信息研究所 北京100038)

0 引言

納米技術是指在納米尺度上(1～100 nm)研究物質的特性和相互作用,以及利用這些特性的多學科交叉的科學技術。納米技術主要包括納米材料、納米加工技術、納米粒子的制備技術、納米動力學、納米生物學和納米藥物學技術、納米電子學、納米組裝技術等,其研究和應用主要集中在材料和制備、微電子和計算機技術、醫學與健康、航天和航空、環境和能源、生物技術和農產品等方面[1-7]。納米科技自20 世紀90 年代正式誕生以后,多國紛紛搶占技術戰略高地。自21 世紀起,全球范圍內掀起了納米技術的研究熱潮[8-13]。

專利文獻作為技術信息最有效的載體,包含了全球90%以上的最新技術情報,是國家和企業競爭的焦點,其比一般技術刊物所提供的信息早5 至6年,且70%～80%的發明創造只通過專利文獻公開,具有更新穎、實用的特征[14-15]。科技論文記錄、總結了科研成果,是科學研究的重要手段,也是科技人員交流學術思想和科研成果的工具,更是衡量國家和科研主體基礎研究創新能力的重要指標[16]。目前,有關納米技術科技情報分析方面已有許多研究,如文獻[17]基于專利數據,結合對國家納米技術計劃的分析,展示了美國納米技術的分布與發展情況。文獻[18]采用專利地圖方法,從宏觀、中觀與微觀3 個層面對全球納米技術的發展態勢進行了探討。文獻[19]從總體情況、機構分布、學科分布、引文分析4 個維度對中美納米科技領域的論文合著情況進行了分析。文獻[20]基于國內納米技術專利數據,從發展趨勢、機構分布、區域分布和主要技術領域4 個方面分析了我國納米技術創新的現狀。文獻[21]采用專利計量方法,對我國納米技術專利申請的時間分布、技術領域分布、申請人分布、技術發展態勢以及發展趨勢進行了分析。然而結合專利和論文兩種數據,系統分析我國納米技術領域發展現狀的研究還較少,對納米領域重點機構進行研究分析的則更少。本研究基于專利和論文產出情況,從年度產出趨勢、論文合作與受理專利區域分布、主要研究機構、主要技術領域分布、重點專利權人對比分析等多個維度清晰地展示了我國納米技術基礎研究和應用研究的發展現狀,以期為我國納米技術未來發展和行業研究提供決策參考和依據。

1 數據來源

Web of Science 是大型綜合性、多學科的核心期刊引文索引數據庫,其中的科學引文索引(science citation index expanded,SCIE)是全球學術界公認的科技文獻檢索工具,提供了科學技術領域的研究信息。科技會議錄(conference proceedings citation index-science,CPCI-S)是內容全面、覆蓋學科廣泛的學術會議數據庫,專門收錄世界各種重要的自然科學及技術方面的會議文獻。本研究以SCIE 和CPCI-S 數據庫論文數據為基礎,分析我國納米技術領域的基礎研究情況。檢索式為TS=(“nano*”NOT (“nano2” OR “nano3” OR “nano4” OR“nano5” OR “nanosecon*” OR “nanogram*” OR“nanomol*” OR “nanophtalm*” OR “nanomeli*”OR “nanogeterotroph*” OR “nanoplankton*” OR“nanokelvin*” OR “nano-curie” OR “nanocurieor nanos” OR “nanos1” OR “nanoproto*” OR “nanophyto*” OR “nanoflagellate*” OR “nanoliter” OR“nanometer” OR “nanoampere” OR “nanofarad” OR“NANOG”)) AND CU=(“PEOPLES R CHINA”),文獻類型限定為Article。

Innography 是具有核心專利挖掘功能的商業專利數據庫和專利分析軟件,可以查詢和獲取100 多個國家的1 億多條專利數據。本研究以Innography數據庫的專利數據為基礎,分析我國納米技術領域的應用研究情況。檢索式為(A(abstract,claims,title) (nano*) NOT ((nano2) OR (nano3) OR(nano4) OR (nano5) OR (nanosecon*) OR (nanogram*) OR (nanomol*) OR (nanophtalm*) OR(nanomeli*) OR (nanogeterotroph*) OR (nanoplankton*) OR (nanokelvin*) OR (nanocurie*)OR (nanos1) OR (nanoproto*) OR (nanophyto*)OR (nanoflagellate*) OR (nanoliter) OR (nanometer) OR (nanoampere) OR (nanofarad) OR(nanog)))。

本研究利用以上數據庫檢索得到2000 -2019年我國在納米技術領域申請的專利數據(專利同族擴展)和發表的論文數據,檢索日期為2021 年3 月1 日,隨后對數據進行清洗。由于專利的公開一般會有18 個月的滯后期,2019 年以后的專利數據尚未全部公開,僅供參考。

2 論文和專利產出情況

2.1 論文和專利逐年分布情況

從圖1可以看出,我國納米技術領域論文發表量和專利申請量在2000 -2010 年間呈現快速增長趨勢,在2011 -2019 年間呈現迅猛增長趨勢。表明我國近年來發布的一系列政策規劃有力促進了納米技術基礎研究與應用研究的發展,預計未來幾年我國納米技術還將持續快速發展。此外,2016 年之前論文發表量高于專利申請量,而近幾年數量差距明顯縮小,表明我國已越來越重視納米技術的應用研究,但仍需加大研發力度。

圖1 我國納米技術領域論文和專利年度產出變化趨勢

2.2 論文合作和受理專利區域分布

從我國與其他國家在納米技術領域的論文合作圖(見圖2)可以看出,我國在納米技術基礎研究領域與美國合作較為頻繁,之后依次是與澳大利亞、日本、新加坡、德國、英國、加拿大、韓國等國合作。

圖2 我國納米技術領域主要論文合作國家

從圖3 可以看出,我國受理的納米技術專利主要分布在中國、美國、日本、韓國、歐洲專利局、德國、法國、英國等地,全球有60 多個國家紛紛在我國進行了專利布局,表明我國在納米技術領域具有廣闊的市場應用前景。但同時,我國受理的專利仍主要來自國內,我國90%以上的納米技術專利由國內受理,在國外專利布局較少。

圖3 我國受理的納米技術專利主要分布區域

由此可見,我國在納米技術領域與美國的聯系最為密切,美國不僅在論文方面與我國合作最多,且積極開拓我國納米技術市場,其次是日本、德國、英國、韓國等。

2.3 論文和專利主要產出機構

由表1 可知,我國納米技術領域的主要論文產出機構依次是中國科學院、清華大學、浙江大學、吉林大學、南京大學、上海交通大學、北京大學等,其在基礎研究領域的創新能力較強,主要分布在北京、上海、江蘇、浙江等地。我國納米技術領域的主要專利權人依次是中國科學院、清華大學、鴻海精密工業股份有限公司、浙江大學、華南理工大學、京東方等,其在納米技術應用研究領域的創新能力較強。其中,中國科學院的論文發表量和專利申請量遙遙領先于其他機構,是我國納米技術領域的主要創新主體。同時可以看出,我國納米技術基礎研究和應用研究領域的創新主體均以高校院所為主,企業的研發實力偏弱。

表1 我國納米技術論文和專利主要機構分布

2.4 論文和專利主要技術領域分布

從表2 可以看出,我國納米技術領域產出的論文主要集中在化學、材料科學、物理學、工程學、電化學等學科方向。論文來源出版物主要分布在《RSCAdvances》、《ACS Applied Materials &Interfaces》、《Applied Surface Science》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Materials Letters》等期刊。此外,我國貢獻了納米技術領域31.8%的學術論文,其中高被引論文全球占比高達50.9%,熱點論文全球占比高達74.5%,h指數高達522,這表明我國不僅論文發表量遙遙領先,高影響力學術成果也大幅領先,我國在納米技術基礎研究領域具有較強的實力。

表2 我國納米技術領域論文學科、期刊分布及高被引情況

從我國納米技術領域排名前10 的高被引頻次論文可以看出(見表3),高被引論文的創新主體主要是中國科學院、清華大學、復旦大學等,中國科學院在超疏水表面、氧化石墨烯、磁鐵礦納米顆粒方向,清華大學在石墨烯過濾方向,復旦大學在納米晶體管方向,溫州醫科大學在石墨烯催化劑方向,人民大學在納米電子材料方向,蘇州大學在納米復合材料方向,以及廈門大學在納米晶體方向具有較高的學術影響力。

表3 我國納米技術領域排名前10 的高被引論文

由圖4 可以看出,我國申請的納米技術專利重點關注電極,其次是污水處理、催化劑、納米化合物制備、電化學/光電測試分析、生物醫藥、吸附劑、陶瓷等技術領域。由此可見,我國納米技術在基礎研究領域重點關注石墨烯等,在應用研究領域則重點關注電極等。

圖4 我國納米科技領域主要專利技術領域分布

3 重點專利權人對比

從表1 可知,中國科學院是我國納米技術在應用研究領域的主要創新主體,其次是鴻海精密工業股份有限公司、京東方和中石化。因此,本研究選取這4 個專利權人為代表進行重點對比分析。

3.1 專利申請年度變化趨勢對比

由圖5 可以看出,中國科學院擁有專利10 666件(授權4061 件),專利申請量自2006 年起呈現迅猛增長趨勢;京東方擁有專利2134 件(授權729件),專利申請量自2010 年起呈現快速增長趨勢,2016 年達到峰值;中石化擁有專利1887 件(授權662 件),專利申請量自2008 年起呈現快速增長趨勢;鴻海精密工業擁有專利3169 件(授權1360件),專利申請量在2005 年達到峰值,之后呈現波浪式下降趨勢,發展后勁不足。京東方雖然在納米領域起步晚,但專利申請量自2013 年便超過了鴻海精密工業和中石化,近幾年發展勢頭迅猛。同時還可以看出,2010 年起,中國科學院的專利申請量遠遠領先于企業,表明我國納米技術領域存在著企業研發實力偏弱、納米科技成果轉移轉化不暢。

圖5 重點專利權人的專利申請年度變化趨勢

3.2 專利質量對比

專利強度的定義參考了專利權利要求數量、引用先前技術文獻數量、專利被引用次數、專利申請時程等十余個專利價值的相關指標,可幫助篩選出高價值專利。由專利權人的專利強度分布情況(見圖6)可以看出,中國科學院專利強度為50 以上的高價值專利為1934 件,占比約18.1%;鴻海精密工業專利強度為50 以上的高價值專利為180 件,占比約5.7%;京東方專利強度為50 以上的高價值專利為430 件,占比約20.1%;中石化專利強度為50 以上的高價值專利為316 件,占比約16.7%;中國科學院擁有的高質量專利最多,京東方的高價值專利占比最高,專利質量較高,其次是中石化。鴻海精密工業擁有的高質量專利不多,高質量專利占比也不高。

圖6 重點專利權人的專利強度分布

3.3 專利申請區域分布對比

由圖7 可以看出,中國科學院和中石化在我國國內的專利申請量占比分別高達95.3%和92.7%,在美國、世界知識產權組織(World Intellectual Property Organization,WIPO)、日本等有少量專利布局,嚴重缺乏專利保護意識;鴻海精密工業在我國(臺灣地區)的專利申請量占比達86.1%,海外專利布局主要在美國,但仍較為缺乏專利保護意識;京東方在我國本土的專利申請量占比為51.5%,國外專利布局范圍廣泛,主要分布在美國、WIPO 等,具有較強的專利保護意識和技術競爭優勢。

圖7 重點專利權人的專利申請區域分布

3.4 專利發明人對比

由表4 可知,中國科學院的主要專利發明人為大連化學物理所的張華民、深圳先進技術研究院的孫蓉和化學所的宋延林等;鴻海精密工業與清華大學展開了廣泛合作,其主要專利發明人為清華大學的范守善、姜開利等,專利發明人擁有的專利量遙遙領先,研發實力最強。京東方的主要專利發明人為白峰等,中石化的主要專利發明人為張師軍、榮峻峰等。

表4 重點專利權人的主要專利發明人

3.5 專利技術領域對比

由表5 可知,中國科學院的專利技術主要集中在催化作用/膠體化學(B01J)、材料測試分析(G01N)、電池組(H01M)、半導體(H01L)領域;鴻海精密工業的專利技術主要集中在半導體(H01L)領域,其次是放電管/放電燈(H01J)、納米化合物(C01B)、金屬材料鍍覆(C23C)等方向;京東方的專利技術主要集中在半導體(H01L)領域,其次是光學器件(G02F)、電數字數據處理(G06F)、光學元器件和系統(G02B)等方向;中石化的專利技術主要集中在催化作用/膠體化學(B01J)領域,其次是納米高分子化合物(C08L)、無環或碳環化合物(C07C)等方向。

表5 重點專利權人的主要專利技術分布

3.6 專利引證對比

由表6 可以看出,除鴻海精密工業外,中國科學院、京東方、中石化的主要專利引證申請人和被引證申請人均是其自身,表明其在我國納米技術領域具有相對較強的研發實力,但技術影響力不太高。中國科學院與浙江大學、清華大學等高校的相互引證次數較為頻繁,鴻海精密工業與清華大學、三星電子的相互引證次數較為頻繁,京東方與三星電子、TCL的相互引證次數較為頻繁,中石化與中國科學院、中石油的相互引證次數較為頻繁,表明它們在納米技術領域具有潛在的合作關系。

表6 重點專利權人的專利引證情況

4 結論

2000 年以來,我國納米技術專利申請量和論文發表量不斷激增,均居世界首位,在納米科技領域已取得重要進展,未來幾年還將快速發展。目前我國在石墨烯、納米晶體等基礎研究領域處于全球研究前沿,并有望在電池、污水處理等應用領域率先實現大規模產業化發展。但我國在納米技術領域還存在以下短板:(1)高價值專利占比不高,專利質量有待提升;(2)我國在納米技術基礎研究和應用研究領域的創新主體均以高校院所為主,企業的整體實力偏弱,高校院所的納米科技成果轉化不暢;(3)我國專利權人在海外專利布局較少,專利保護意識較弱,缺乏技術競爭優勢。因此,我國應持續加大在納米應用研究領域的研發投入力度,提高專利質量,大力推進產學研用合作,促進高校院所的重大納米科技成果轉移轉化。企業應加大研發投力度,提升其在納米技術領域的創新主體地位。我國專利權人應加強專利保護意識,積極進行海外專利布局,提高技術競爭優勢,推進我國納米技術快速向大規模產業化發展。