電磁屏蔽材料的國內(nèi)專利分析

朱 佳，李 嬌，劉 悅，楊偉超，李 珊

(國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100083)

電場和磁場的交互變化會產(chǎn)生電磁波，電磁波向空中發(fā)射或泄漏的現(xiàn)象叫電磁輻射，過量的電磁輻射就造成了電磁污染。隨著電子、電器產(chǎn)品進入千家萬戶，電磁輻射給人們帶來的電磁波污染，已成為繼空氣污染、水污染和噪聲污染之后的第四大污染。電磁輻射對人體的危害是多方面的，女性和兒童尤其容易受到傷害，可能致使女性畸胎，嚴重的會導致基因突變，使后代低智弱智；電磁輻射可能導致免疫功能低下，嬰兒出生后體質(zhì)弱，抵抗力差。兒童生理機能不健全，對電磁輻射較成人更敏感，可使腦組織、骨骼發(fā)育受到影響，免疫力下降，嚴重的可導致白血病[1]。此外，電磁波輻射還可影響電子設(shè)備和儀器儀表的正常工作，造成信息失真、控制失靈，甚至火車、導彈或人造衛(wèi)星失控等嚴重后果。因此，電磁屏蔽材料的開發(fā)研究及應(yīng)用變的尤為重要和迫切[2-3]。

電磁屏蔽是電磁干擾防護控制的最基本方法之一，是利用屏蔽材料隔阻或衰減電磁輻射場源產(chǎn)生的電磁能流，使其不能進入被屏蔽區(qū)域。常用的電磁屏蔽材料包括表層導電型屏蔽材料[4]、填充復(fù)合型電磁屏蔽材料[5]、本征型導電高分子、導電織物和透明導電薄膜。

1 電磁屏蔽材料的專利分析

1.1 數(shù)據(jù)采集范圍及檢索方法

本專利分析數(shù)據(jù)庫采用專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)的CNABS 和DWPI，檢索截止時間為2013 年8月15 日。數(shù)據(jù)庫使用的分類號如下：

IPC：A41D，D06M，C09D，C08K，C08G，C08F，C08L。

FT：3B03，3B011，3B019，4L031，4L032，4L033，4J037，4J038，4J039。

檢索用關(guān)鍵詞包括電磁，屏蔽，吸波、electromagnetic，shield，absorb 等。

1.2 國內(nèi)專利申請數(shù)據(jù)分析

1.2.1 申請研究方向分析

根據(jù)相關(guān)度及分類號出現(xiàn)頻率的高低，選出C08L、C08G、C08J、C08K、C09D、D06M、A41D 等出現(xiàn)頻率較高的分類號，根據(jù)其下申請量得到圖1所示國內(nèi)專利申請主要分類號分布。

由于電磁屏蔽材料主要由高分子基體和/或功能填料組成，而在C08L、C08G、C08J 分類下，主要是導電或非導電高分子基體，這是構(gòu)成電磁屏蔽材料必不可少的組份，因此上述分類號下的申請總量（共2563 件）占總申請量的30%也是必然的。C08K 下的研究方向是填充復(fù)合型電磁屏蔽材料，其下申請量居第二位（1399 件），可見其是當下研究中的熱點方向。而電磁屏蔽材料的應(yīng)用主要集中在涂料（C09D）、纖維植物處理（D06M）、防護服（A41D）等領(lǐng)域。通過專利申請的分類號統(tǒng)計分析，可以較為準確的得出電磁屏蔽材料及其應(yīng)用的主要研究方向和技術(shù)熱點，為企業(yè)及科研機構(gòu)今后在本領(lǐng)域的研發(fā)重點和方向選擇提供了依據(jù)。

圖1 國內(nèi)專利申請主要分類號分布

1.2.2 申請人類型統(tǒng)計

圖2 專利申請國內(nèi)科研機構(gòu)與國內(nèi)/外公司占有比例分析

中國作為最大的目標市場，申請總量位居世界第三，其中有74%的技術(shù)來自國內(nèi)，26%的技術(shù)來自國外。專利申請輸入中國的其他國家和地區(qū)僅包括日本、美國、德國。國外來華的申請，基本被美國、日本壟斷，美國申請占專利申請總量的6%，日本申請占18%，除此以外僅有德國申請占2%?？梢娙毡?、美國、中國是電磁屏蔽材料領(lǐng)域的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和市場主導國，日本、美國又各自呈現(xiàn)出不同的特點。美國有3 家企業(yè)專利進入中國，其申請量共22 件。而日本則申請企業(yè)多，在進入中國申請的13 家外國企業(yè)中，有9 家日本企業(yè)，占據(jù)69.23%。其中申請量最大的日本公司是第一毛織株式會社，在華申請量為10 件，第二為3M 創(chuàng)新有限公司，在華申請量為9 件，其它企業(yè)的在華申請量集中在5～8 件，可見日本企業(yè)在電磁屏蔽材料領(lǐng)域的發(fā)展較為均衡，企業(yè)間發(fā)展差距不明顯，且形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，可以有效避免技術(shù)壟斷，有利于形成良性競爭。同時目前在中國的專利布局量相對不高，因此我國企業(yè)在中國面臨的專業(yè)風險低于在海外市場的專利風險，我國企業(yè)可以抓住機會在國內(nèi)積極開展業(yè)務(wù)，占領(lǐng)市場。

1.2.3 主要申請人

圖3 國內(nèi)主要申請人

國內(nèi)申請中申請量排名前12 位的主要申請人中有10 所國內(nèi)科研機構(gòu)，其余2 家為外國公司。這也進一步印證了在電磁屏蔽材料領(lǐng)域中，國內(nèi)科研機構(gòu)與外國公司基本主導著研發(fā)。排名前三位的申請人分別為：南昌航空大學、東華大學、揚州大學。其中南昌航空大學的專利申請主要研究方向為電磁屏蔽材料在涂料中、隱身材料的應(yīng)用，東華大學的專利申請主要研究方向為電磁屏蔽材料在織物中的應(yīng)用，揚州大學的專利申請主要研究方向為聚合物/石墨納米材料的制備和應(yīng)用，這也代表了電磁屏蔽材料的主要研究方向。

1.2.3.1 南昌航空大學

南昌航空大學主要采用原位聚合的方法將稀土與鐵氧體、碳納米管與高分子導電材料復(fù)合進行制備電磁屏蔽粉體，這種方法制備的粉體集合了三種不同性能的電磁屏蔽材料，電磁屏蔽性能優(yōu)良。

南昌航空大學于2010 年12 月申請關(guān)于電磁屏蔽的第一篇專利，截止2013 年8 月份，申請量已經(jīng)達到31 篇，位居國內(nèi)榜首。反映了南昌航空大學在電磁屏蔽領(lǐng)域的科研能力快速發(fā)展。第一篇專利CN102010577A 主要研究為一種稀土摻雜鐵氧體/聚噻吩/碳納米管的微波吸收劑，主要原料為鋇、鐵、釹和鑭硝酸鹽，以及噻吩單體和碳納米管。隨后專利CN102167821A 主要研究的內(nèi)容為一種鑭摻雜鋇鐵氧體-聚苯胺復(fù)合材料制備微波吸收劑，主要原料為鋇、鐵、鑭的硝酸鹽以及苯胺單體。上述兩篇專利都采用溶膠凝膠-自蔓延法制備稀土摻雜的鐵氧體，然后采用原位化學氧化法制備復(fù)合物。其達到的效果是克服單一鐵氧體吸波材料存在的“厚度厚、質(zhì)量重、頻帶窄、吸收弱”等問題，滿足吸波涂層“薄、輕、寬、強”的要求，是一種理想的高性能微波吸收劑。

隨后申請人對于稀土摻雜鐵氧體進行了系統(tǒng)的研究，例如專利 CN102532893A、CN102634016A 和CN102634016A 分別研究了摻雜鑭、摻雜釹和摻雜鑭釹的吸波材料，其吸波性能良好，在傳感技術(shù)、非線性光學材料、分子電器件、電磁屏蔽和雷達吸收等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，滿足了吸波材料“薄、輕、寬、強”的要求。

在注重材料“輕、薄”的同時，申請人主用提高導電劑的導電性和吸波型。例如專利CN102585497A 將高氯酸摻雜聚苯胺/羰基鐵粉復(fù)合吸波材料，該復(fù)合材料在4～18 GHz 的范圍內(nèi)有-8 dB 以上的反射率，具有吸波性能強，吸收頻帶寬，質(zhì)輕層薄等特點；專利CN102585217A 由縮聯(lián)苯胺對苯醌聚席夫堿金屬配合物制成的導電材料，產(chǎn)物在室溫下的電導率高達62.5 S/cm；專利CN102532536A 由縮對苯二胺對苯醌聚席夫堿金屬配合物制成的導電材料，產(chǎn)物在室溫下的電導率高達250 S/cm。

隨后申請人采用修飾的方法制備復(fù)合材料，提高材料的分散性。專利CN102924738A、CN102924714A 和CN102924717A 分別采用水楊酸、SDBS、DBSA 對于粉體進行修飾，制備復(fù)合材料電磁性能優(yōu)異，綜合性能良好，在微波暗室、電磁屏蔽、人體安全防護、國防隱身等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。

1.2.3.2 東華大學

東華大學研究的重點在于電磁屏蔽服裝領(lǐng)域，主要集中在金屬單體、碳質(zhì)材料等電磁屏蔽材料，并且采用不同的制備方法得到不同性能的電磁屏蔽材料。

東華大學涉足電磁屏蔽材料較早，其中第一篇專利CN1569939A 研究了一種碳納米管導電纖維及其制備方法，將碳納米管分散于水中，然后將碳納米管水溶液與熱塑性聚合物混合、干燥、造粒，最后將紡絲制成所述的導電纖維，導電纖維的導電率最高可達2×10-2S/cm。隨后專利CN1587494A 研究了在基材纖維表面上鍍覆有金屬銅、鎳，形成銅、鎳復(fù)合金屬導電膜，可將20 MHz～1 GHz 的電磁輻射衰減到平均75 dB，且手感柔軟、透氣性好，廣泛用于導電機織布、導電無紡布、導電編織布、屏蔽襯墊等方面。申請人改進沉劑方法，專利CN1970882A 研究了采用磁控濺射的方法將金屬鋁、銀、鐵、鎳、鉻、金、鉑或鎂中的一種或幾種或為其氧化物中的一種或幾種鍍在纖維織物上，屏蔽率最高可達98%（輻射頻率30 MHz），洗滌20 次后屏蔽率仍為97%。

對于電磁屏蔽材料，其中單質(zhì)銀性能優(yōu)良，專利CN102505493A 研究了一種經(jīng)由含氮導電高分子鍍銀織物的制備方法，獲得的織物表面方阻為22～28 mΩ/sq，電磁屏蔽效能達60 dB 以上，織物的導電性和電磁屏蔽性能優(yōu)良，且保留了織物原有的特性，手感柔軟，且耐摩擦和耐洗性能優(yōu)良。

對于材料碳納米管作為電磁屏蔽材料申請人進行了深入的研究，專利CN101864015A 研究了一種以離子液體為溶劑制備聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合材料的方法，得到的聚丙烯腈/碳納米管復(fù)合材料，電導率為可達10-8～10-2S/cm。專 利CN102199871A 研究了三元同軸復(fù)合導電纖維及其制備方法，制備的導電復(fù)合纖維導電效果好、彈性高、手感柔軟。專利CN102345196A 研究了一種碳長絲包芯紗的電磁屏蔽編織物，得到具有不同的電磁屏蔽性或不同區(qū)域電磁屏蔽性和集碳長絲包芯紗彎曲排列與伸直排列電磁屏蔽優(yōu)點的編織物。

專利CN101403189A 中申請人采用自組裝的方法制備導電高分子導電織物，獲得的聚苯胺/純棉復(fù)合導電織物，電導率可達10-4～10-3S/cm，復(fù)合織物的強力變化不大，且具有良好的阻燃性、拒水性、抗菌性、抗靜電和電磁屏蔽的特點。

1.2.3.3 揚州大學

申請人主要對于高分子導電材料以及碳系導電材料進行了系統(tǒng)的研究，主要成果包括：

專利CN1958852A 研究了過渡金屬摻雜的聚苯胺納米粒子的電化學合成方法，在CN1958853A 中研究了高pH 下電活性本征態(tài)聚苯胺的電化學合成方法；CN1935873A 中研究了離子液體中La 摻雜聚鄰甲苯胺的化學合成方法。其中專利CN1814652A 研究了在高pH 下具有電化學活性的聚苯胺及其制備方法，合成的聚苯胺的導電性能優(yōu)良，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

除了合成導電高分子之外，申請人還將樹脂與石墨復(fù)合制備導電材料，其中專利CN1903938A 研究了聚酯/石墨納米導電復(fù)合材料及其制備方法，獲得的復(fù)合材料具有較好的抗靜電性。而專利CN101875758A 公開了一種聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復(fù)合材料及其制備方法，制得的復(fù)合材料中碳纖維和膨脹石墨含量較少，體系的體積電導率可達10-2m，體系的力學性能優(yōu)異，拉伸強度可以達到66.48 MPa，彎曲強度達到153.81 MPa，沖擊強度為19.23 kJ/m2。

2 結(jié)論

從以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出，我國申請數(shù)量排名前12 位的主要申請人中有10 所國內(nèi)科研機構(gòu)，國內(nèi)企業(yè)申請量僅占5%。而國外申請人中公司占據(jù)了較大比例，以日本為例，前10 位的申請人均為企業(yè)，包括昭和電工、三菱等知名企業(yè)，說明我國電磁屏蔽材料的產(chǎn)業(yè)化和市場化水平較低，科研成果不能較快應(yīng)用于生產(chǎn)，推廣性較差。此外，我國電磁屏蔽材料的起步較晚，開展時間的落后導致了基礎(chǔ)研究上的差距。雖然美國、日本等發(fā)達國家的申請人在我國的專利申請總量不大，但是專利布局較早，PCT 申請量也很大，并且占領(lǐng)了該領(lǐng)域的技術(shù)制高點，在世界范圍內(nèi)的電磁屏蔽材料領(lǐng)域及相關(guān)行業(yè)形成了相對穩(wěn)定的壟斷局面，筑成了牢固的專利壁壘，大大地限制了國內(nèi)申請人自主研發(fā)的空間。導致國內(nèi)申請人的研究方向被壓縮在對現(xiàn)有技術(shù)的修補和改進。

在未來的發(fā)展中，國內(nèi)申請人如想在該領(lǐng)域獲得更多成果，需要加強對已有專利信息的利用，比如加強對國外專利申請的整理和研究，關(guān)注國外申請人最新的研究動向。此外，根據(jù)國內(nèi)申請人相對較為分散的特點，加強國內(nèi)公司、科研院所和大專院校之間的交流與合作。這樣既有利于發(fā)揮科研院所和大專院校研發(fā)實力強的特點，進一步增強企業(yè)技術(shù)研發(fā)實力，又有利于專利成果的轉(zhuǎn)化。

目前很多企業(yè)較多的關(guān)注國內(nèi)市場，即使研發(fā)出了核心技術(shù)，也只會考慮在國內(nèi)尋求保護而忽略了對外專利申請力度。但是如果該技術(shù)或產(chǎn)品一旦要進入國外市場，由于沒有專利進行保護，其產(chǎn)品的市場競爭力會大大的削弱，甚至會造成由于侵權(quán)而無法進入具體國家的情況。因此國內(nèi)企業(yè)同樣應(yīng)該注重加大對外專利申請的力度，提高PCT 或同族專利的申請數(shù)量。另外，還需要加大知識產(chǎn)權(quán)的保護，有利于企業(yè)、社會和國家。

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