基于專利數據的石墨烯技術發展態勢分析

李旻珺

（南京理工大學，江蘇 南京 210094）

0 引言

石墨烯是由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜［1］，僅有一個原子層厚，卻具有優異的力學、熱學、光學和電學性能［2-3］，被認為是21 世紀的新型材料之王，在全球范圍內受到了廣泛關注。美國、歐盟和日韓等多個國家和地區都實施相關政策和計劃來推動石墨烯技術的研究。中國石墨烯研究雖起步較晚，但發展迅猛，展現出巨大潛力。2015年，國家發展和改革委員會、工業和信息化部、科技部等三部門聯合發布《關于加快石墨烯產業創新發展的若干意見》，明確表示將致力于提高石墨烯材料生產的集中度，推動石墨烯產業發展壯大；2021 年，工業和信息化部印發《工業和信息化標準工作要點》提出要開展制定石墨烯等新材料標準；2021年底，工業和信息化部、科技部、自然資源部等三部門聯合發布《“十四五”原材料工業發展規劃》，以石墨烯為代表的新材料被納入規劃。

隨著對石墨烯技術研究的日益深入，全球石墨烯相關技術專利申請數量增長迅速。盡管已經有學者對石墨烯專利進行了分析研究［4］，但相關研究的數據陳舊，不能客觀真實地反映最新的產業狀態。因此，本研究使用專利數據可視化方法，對全球石墨烯相關專利的申請趨勢、申請地區分布、主要申請人、法律狀態等進行統計和分析，以期更準確地了解當前石墨烯技術的發展狀況和未來趨勢，為中國石墨烯產業的發展提供借鑒。

1 專利研究方法

1.1 專利數據來源

本研究以Patsnap（智慧芽）專利數據庫作為檢索工具，Patsnap 收錄的中國專利數據來源于國家知識產權局專利原文，外國專利數據來源于美國、日本、德國、英國、韓國、瑞士等上百個國家專利著錄信息。

1.2 檢索策略

本研究采用分總式檢索策略，即采用關鍵詞結合IPC 分類號相結合的方式對2004—2022 年石墨烯相關的專利數據進行檢索，檢索時間截至2023年6月7日。由于專利從申請到公開再到被數據庫收錄存在一定的時間延遲,故2022年后的數據僅供參考。

2 石墨烯技術專利分析

2.1 專利申請趨勢

專利數量是技術產出的直接反映，通過統計全球石墨烯專利申請數量和增長率，可以了解該技術的發展現狀和未來趨勢，為后期研發和市場決策提供參考。全球石墨烯專利的申請趨勢如圖1 所示。2004—2022年，全球關于石墨烯相關專利的申請數量共計225 577 件。由圖1 可知，石墨烯相關專利申請最早出現在2004 年，當時石墨烯相關專利的發展還是處于較低水平的萌芽狀態，呈現低產態勢。2010 年，石墨烯專利申請數量迎來高速增長期，每年都幾乎保持上千件的增長幅度，可見從2010年開始石墨烯相關研究快速發展，進入該技術研究的黃金時期，專利申請數量連年攀升。從2018年開始，石墨烯專利申請數量增速明顯放緩。2018—2022 年間石墨烯專利申請數量出現兩次輕微下降，這可能與專利申請公開時間的滯后有關，大部分專利申請還處于未公開和未收錄的狀態，但從數據變化的整體趨勢來看，石墨烯專利申請量總體呈現上升態勢。

圖1 全球石墨烯專利申請趨勢

2.2 專利地域分布

全球石墨烯專利地域分布情況如圖2 所示，現階段就專利申請數量而言，中國石墨烯專利申請數量排名第一，其次是美國，這兩個國家是石墨烯專利申請最多的區域，是石墨烯技術專利布局的重地。來自這兩個國家的申請人提出的專利申請總量占全球石墨烯專利總申請量的80%以上，遙遙領先于其他國家。此外，世界知識產權組織、歐洲專利局、韓國、德國、印度和日本也是主要的專利申請國。專利數量排名靠前的國家大都為世界上經濟較為活躍的國家和地區。

圖2 全球石墨烯專利地域分布

2.3 專利申請人排名

全球石墨烯專利申請人排名如圖3 所示。全球生物醫藥專利申請量排名第一的是韓國的三星電子公司，專利申請量為1 678 件；其次是清華大學、浙江大學、日本的半導體能源研究所和華南理工大學等，其專利申請量分別為1 400 件、1 244 件、1 196 件和1 051 件。總體來看，全球石墨烯專利申請人前10位中，中國主體占8席，占據主導地位，反映出中國高校和企業均認識到石墨烯的巨大市場潛力，在積極開展研究的同時通過大量申請專利保護來搶占市場份額。值得注意的是，中國的石墨烯專利申請大部分都來自高校，僅有25%來自企業，中國企業的專利布局亟待提高。

圖3 全球石墨烯專利申請人排名

2.4 專利法律狀態

全球石墨烯專利法律狀態如圖4所示。可以看出，處于授權狀態的專利12 1075件，占比43%；處于實質審查階段的專利59 826件，占比21%；撤回的專利30 044件，占比11%；駁回的專利29 229 件，占比10%。從專利的總體法律狀態上看，處于授權保護狀態中的石墨烯專利不足50%，從側面反映出全球石墨烯專利的質量還有待提高。

圖4 全球石墨烯專利法律狀態(單位：件)

3 結論與建議

3.1 結論

基于對2004—2023 年石墨烯相關專利的分析，該技術領域發展狀況的主要結論如下。

①從專利申請趨勢分析來看，石墨烯相關專利的申請數量總體上呈現逐年增長的態勢，尤其是從2010年開始石墨烯相關研究高速發展，進入技術發展的黃金時期，專利申請數量連年攀升。

②從專利申請地域分布分析來看，中國排名第一，體現出中國對石墨烯技術的重視。其次是美國，中美兩國是石墨烯專利的主要布局地域。排名靠前的國家都是世界上經濟較為活躍的國家和地區。

③從專利申請人排名分析來看，中國在前10名專利申請人中占8席，占據主導地位，但其中6名為高校，企業僅占2 名，可見企業的技術研發能力和專利布局能力有待提高。

④從專利法律狀態分析來看，處于授權保護狀態中的石墨烯專利占比不足50%，專利質量亟待提高。

3.2 建議

3.2.1 優化產業環境，培育高價值專利。優良的產業生態環境是優質企業和優勢產業的必要條件。當今的市場環境日趨復雜，產業間的競爭摩擦不可避免，為實現石墨烯行業的可持續高質量發展，各企業之間應當加強合作意識，構建良好的競爭合作關系，凝聚研發資源和力量，努力完成技術升級，提升整個行業的技術含量和市場競爭力，形成龍頭企業帶頭、大中小企業協同發展的新格局。避免出現資源過度內耗、產品嚴重同質化等惡性競爭現象，共同創建健康和諧的產業生態環境。與此同時，企業還需注重核心技術的研發與創新，增加科研資金投入，培養專業的技術人才隊伍，以提升專利質量，突破研發壁壘。企業應充分聚焦石墨烯產品的研發方向及領域，在研發前做好評估工作，以市場需求為導向，加大石墨烯在高端產品如生物傳感器、電子信息和催化等應用領域的研發力度，使科研成果真正能符合產業和市場生產的實際需求，讓高價值專利在市場競爭中發揮其應有的作用。

3.2.2 深化產學研合作，促進科技成果轉化。現階段中國專利申請人多集中于高校，企業在研發和專利申請上則較為落后。當前企業大多存在技術研發創新能力弱、專利申請少和專利質量不高等問題，致使市場上成熟的石墨烯產品較少。而高校院所擁有豐富的專業人才，技術研發創新能力較強，但是其研發的石墨烯材料仍處于實驗室階段，沒有實際應用到市場，未能對中國石墨烯產業形成助推作用。因此，可以采取產學研合作研究的模式，充分發揮高校院所科研創新能力強和企業市場敏感性高的優勢，加強企業與高校及科研機構之間的合作交流，使高校和研究機構及時掌握市場動態，把握新興領域和研究熱點，以便有針對性地調整技術研究方向，促進石墨烯相關科技成果向企業轉移和向產業轉化，助力企業把具有自主知識產權的競爭力強的石墨烯產品投入市場。促進科技創新平臺建立，幫扶產業創新聯盟發展，鼓勵高校院所通過普通許可的方式完成專利成果轉化［5］。

3.2.3 加強專利布局，強化市場競爭力。在競爭激烈的市場環境中，技術型企業要想生存甚至取勝，必須進行專利布局。石墨烯技術在中國雖然起步較晚，但發展迅速，專利申請數量位居第一。因此在布局策略方面，企業可以將保護式布局和對抗式布局相結合。保護式布局能夠加強對原始創新的保護，拓展石墨烯相關產品的潛在應用領域，為商業競爭和避免知識產權爭端做好充分準備。而對抗式布局可以預防和抵御競爭對手可能造成的專利攻擊，如在關鍵技術上進行外圍包繞，搶先在外圍專利或替代方案中占據一定數量的有利位置，使競爭對手難以規避侵權風險和設計成本，迫使競爭對手考慮與企業進行合作或和解［6］。此外，完善的專利組合可以防止模仿者規避設計，在專利交易中也更有可能獲得高價。故石墨烯企業應建立全面的專利組合布局，核心是基礎性專利，配合擴展型、互補型、支持型和競爭型專利，甚至迷惑型專利，以達到更好的專利技術保護。企業應根據實際情況采取不同的布局策略，以最大化利用專利資源，在激烈的市場競爭中獲得優勢。