科學(xué)計量學(xué)在技術(shù)預(yù)見研究中的應(yīng)用*
——以新材料研究為例

樂思詩，王平堯，應(yīng)賢軍（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館，浙江　寧波　315800）

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科學(xué)計量學(xué)在技術(shù)預(yù)見研究中的應(yīng)用*
——以新材料研究為例

樂思詩，王平堯，應(yīng)賢軍
（寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館，浙江寧波315800）

［摘要］以新材料領(lǐng)域為例，將科學(xué)計量學(xué)方法應(yīng)用于技術(shù)預(yù)見研究，通過國家、機構(gòu)、作者、高被引、關(guān)鍵詞等分析，得出該領(lǐng)域的關(guān)鍵前沿研究為自主裝、納米線及太陽能電池的相關(guān)研究，石墨烯的研究呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，美國是新材料研究的領(lǐng)先者，中國在高質(zhì)量論文的發(fā)文和研究機構(gòu)等方面取得顯著進步，躋身領(lǐng)先行列。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)計量學(xué)；Citespace；新材料；技術(shù)預(yù)見

*本文系寧波市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃課題“基于科學(xué)計量學(xué)的新材料行業(yè)技術(shù)預(yù)見研究”（編號：G15-ZX42）成果之一。

CLC number:G350

1　引言

自2005年，日本將引文分析作為主要手段，將文獻計量學(xué)方法應(yīng)用于第八次技術(shù)預(yù)見調(diào)查［1］后，科學(xué)計量學(xué)逐漸成為技術(shù)預(yù)見的重要分析方法之一.相對于德爾菲法的成本高、耗時長以及主觀性過強等不足，科學(xué)計量學(xué)通過文獻分析追蹤科學(xué)活動的演進，可以有效降低調(diào)查過程中的主觀性，客觀地反映預(yù)見成果的科學(xué)性和可靠性，更為適合中短期的技術(shù)預(yù)見活動。王偉軍［2］等以日本第八次技術(shù)預(yù)見活動為例，論證了知識圖譜在技術(shù)預(yù)見中應(yīng)用的可操作性。馬楠和官建成［3］探討了引文分析方法在研究前沿中的應(yīng)用，認(rèn)為引文分析方法能夠為各個領(lǐng)域的學(xué)者們提供重要的學(xué)科發(fā)展趨勢的相關(guān)信息，也能夠為科技政策的制定提供依據(jù)。王金鵬［4］、王偉［5］分別將文獻計量學(xué)應(yīng)用信息安全技術(shù)、材料科學(xué)等領(lǐng)域，論證了文獻計量學(xué)在技術(shù)預(yù)見活動中的可操作性和客觀性。

新材料領(lǐng)域發(fā)展迅速，根據(jù)《中國新材料行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析，世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長。工業(yè)和信息化部研究制定的《2015年原材料工業(yè)轉(zhuǎn)型工作要點》指出，要積極培育新材料產(chǎn)業(yè)，推動新材料領(lǐng)域健康發(fā)展［6］。本文在此基礎(chǔ)上，通過對近五年間的新材料領(lǐng)域高質(zhì)量論文數(shù)據(jù)的計量統(tǒng)計，深入分析該領(lǐng)域的核心國家、機構(gòu)、作者及前沿?zé)狳c。

2　研究方法與數(shù)據(jù)來源

本文選取了JCR（期刊引證報告）中材料科學(xué)領(lǐng)域期刊影響因子TOP10的期刊（表1），并從SCI數(shù)據(jù)庫中檢索了2010～2014年這10種期刊發(fā)表的論文，共計20 433篇。

本文將Citespace作為分析工具，Citespace是2003年由美國Drexel大學(xué)陳超美教授開發(fā)的基于可視化技術(shù)在知識領(lǐng)域幫助用戶進行突發(fā)趨勢和技術(shù)預(yù)測等的分析系統(tǒng)。利用Citespace軟件可以用于探測和分析學(xué)科研究前沿的變化趨勢以及研究前沿與其知識基礎(chǔ)之間、不同研究前沿之間的相互關(guān)系。

表1　材料科學(xué)領(lǐng)域按期刊影響因子TOP10的期刊

3　分析與討論

3.1國家分布

為了解中國在全球新材料領(lǐng)域研究所處的發(fā)展地位，首先分析了上述高質(zhì)量論文的國家分布情況。根據(jù)圖1中的節(jié)點大小來看，美國高質(zhì)量論文發(fā)表數(shù)量最多，2010～2014年期間美國相關(guān)研究數(shù)量達到8 433篇，占所有研究論文的41.27%。中國的論文數(shù)量已經(jīng)超過德國、日本等國家，2010～2014年中國共發(fā)表論文2 803篇，位居第二位。其次為德國、韓國和英國，分別為1 732篇、1 347篇和999篇。從近五年的發(fā)展趨勢看，美國的論文數(shù)量基本保持穩(wěn)定的上升趨勢，德國、日本、英國和韓國基本保持穩(wěn)定趨勢，中國的論文數(shù)量上升較快，2014年較2010年上漲了210.73%。

綜合圖1、圖2，美國在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究仍處于絕對領(lǐng)先地位，中國在該領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了顯著的提升，呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢［8］。

圖1　發(fā)文國家分布情況　

圖2　2010-2014年各國發(fā)文數(shù)量變化情況

3.2機構(gòu)分布

如表2所示，前TOP20的研究機構(gòu)中，美國有12所研究機構(gòu)，占據(jù)主導(dǎo)地位，其研究機構(gòu)分布較為均衡，包括麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校等，也包括橡樹林國家實驗室等國家實驗室。論文發(fā)表總數(shù)最多的為中國科學(xué)院。從總體的機構(gòu)分布看，中國的材料領(lǐng)域的研究主體為以中國科學(xué)院為代表的研究機構(gòu)和以北京大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等為代表的大學(xué)，此外還有中國船舶重工集團公司等企業(yè)，但分布較為集中。

在TOP20的機構(gòu)中還包括英國的劍橋大學(xué)、新加坡的南洋理工學(xué)院和新加坡國立大學(xué)、韓國的KAIST和首爾大學(xué)。從機構(gòu)類型看，大學(xué)仍然是材料科學(xué)領(lǐng)域的主要力量，推動材料科學(xué)領(lǐng)域研究的進步。

表2　發(fā)文數(shù)量TOP20的機構(gòu)分布情況

3.3作者分布

如表3所示，材料科學(xué)領(lǐng)域的前20位高發(fā)文作者中，Laurie Donaldson、David Bradley、Cordelia Sealy 及Stewart Bland的發(fā)文屬于news item。在研究論文中，發(fā)文數(shù)量最高的是佐治亞理工學(xué)院的王中林，其次為斯坦福大學(xué)的崔毅。從所屬機構(gòu)看，萊斯大學(xué)最高，有4位高發(fā)文作者，其次為日本的國立材料科學(xué)研究所，有2位高發(fā)文作者。美國所屬研究機構(gòu)仍為最多，包括德克薩斯州大學(xué)奧斯汀分校，伊利諾伊大學(xué)、斯坦福大學(xué)、橡樹林國家實驗室、加州大學(xué)洛杉磯分校和西北大學(xué)。此外，德國的馬普高分子所及中國的中國科學(xué)院也各有1位高發(fā)文作者。

通過對發(fā)文作者的聚類分析，共得出了23個研究領(lǐng)域。如圖3所示，聚類較大的包括以王中林、Murray CB為代表的納米發(fā)電機的研究，以Weiss PS為代表的定量技術(shù)研究，以鮑哲楠為代表的高遷移率相關(guān)研究，以李述湯為代表的太陽能電池應(yīng)用的相關(guān)研究，以崔毅為代表的拓?fù)浣^緣體相關(guān)研究，以Yang Yang和Tour JM為代表的石墨烯納米帶研究，以Weiss PS為代表的定量技術(shù)研究，以Klaus Muellen為代表的鋰化研究。

表3　高發(fā)文作者分布情況

圖3　發(fā)文作者的分布情況

3.4高被引文獻分析

如表4 所示， 材料科學(xué)領(lǐng)域影響最大的文獻是諾貝爾物理學(xué)獎得主NOVOSELOV KS 及GEIM AK2004 年發(fā)表在SCIENCE 上的Electric field effect in atomically thin carbon films 一文， 被引頻次為981次，該文為NOVOSELOV KS 及GEIM AK 通過剝離高定向石墨的方法首次成功制備出石墨烯晶體。其次為GEIM AK2007 年發(fā)表在Nature Mater 上的The rise of grapheme ，被引頻次為774 次。從高被引論文看，除Perdew JP1996 年發(fā)表的關(guān)于廣義梯度近似的研究外，其余9 篇論文均為石墨烯的改進研究。

3.5研究熱點與前沿分析

通過對20 433篇論文的關(guān)鍵詞進行分析，納米粒子的出現(xiàn)頻次最高，有1 981次，其次為薄膜研究，出現(xiàn)1 811次。如圖4所示，石墨烯、碳納米管、納米結(jié)構(gòu)、場效應(yīng)晶體管、納米線、光譜、納米線、量子點等均有較高的出現(xiàn)頻次，一起構(gòu)成了目前材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。從發(fā)展趨勢看，石墨烯的研究呈現(xiàn)了快速的上升趨勢，較2010年上漲了254.79%。納米粒子、薄膜、納米結(jié)構(gòu)的研究也有明顯上升趨勢，而對碳納米管的研究則有所下降。

圖4　TOP10關(guān)鍵詞發(fā)展趨勢　

圖5　研究前沿分布情況

如圖5所示，對關(guān)鍵詞進行聚類分析后得到了三個中心性大于0.1的節(jié)點，即目前材料科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵前沿研究，分別是自主裝（self-assembly）研究、納米線（nanowires）研究和太陽能電池（solar-cells）研究。

目前材料科學(xué)的研究主要分布在可控合成、水溶性碳納米管、化學(xué)穩(wěn)定性、細(xì)胞粘附、4D電子顯微鏡、肌動蛋白結(jié)構(gòu)、雙激子、動態(tài)催化劑重組、硒化鎘納米帶等10個研究領(lǐng)域。

在可控合成方面，偏重于薄膜、石墨烯、碳納米管、晶體管等方面的研究以及關(guān)于石墨烯的化學(xué)氣相沉積、氧化物制備方法研究。在水溶性碳納米管方面，主要圍繞場效應(yīng)晶體管、太陽能電池等在性能、輸送、效率、設(shè)備等方面的展開研究。在化學(xué)穩(wěn)定性方面，主要關(guān)鍵詞有納米結(jié)構(gòu)、光譜儀、自主裝、金納米粒子和光學(xué)特性等。如圖5所示，圍繞硒化鎘納米生成了兩個聚類，分別是圍繞納米晶、量子點的光致發(fā)光研究以及碳納米管、晶體管及復(fù)合物的光電子、分割研究。此外還包括納米管、復(fù)合材料、納米復(fù)合材料上的細(xì)胞粘附行為的觀察研究，基于4D電子顯微鏡的薄膜表面粘附研究，納米線、硅等的催化劑研究及從生物學(xué)出發(fā)的肌動蛋白的實驗研究等。

4　結(jié)論與建議

通過上述分析可以得出以下結(jié)論：

（1）目前，新材料行業(yè)的關(guān)鍵前沿領(lǐng)域主要為自主裝、納米線和太陽能電池的相關(guān)研究。此外，納米粒子、薄膜的相關(guān)研究具有較高的活躍性，石墨烯的研究則呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，而對碳納米管的研究則有所減緩。

（2）中國科學(xué)院、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校作為該研究領(lǐng)域最活躍的機構(gòu)，占據(jù)新材料研究的主導(dǎo)地位。佐治亞理工學(xué)院的王中林、斯坦福大學(xué)的崔毅、萊斯大學(xué)的Ajayan PM則是近五年期間新材料研究領(lǐng)域最活躍的作者。

（3）無論從論文發(fā)表數(shù)量、機構(gòu)數(shù)量還是作者數(shù)量看，美國在新材料領(lǐng)域的研究處于絕對領(lǐng)先地位。中國在該領(lǐng)域的研究已經(jīng)有了顯著的提升，呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，并已超越日本、德國等發(fā)達國家，在高質(zhì)量論文發(fā)表數(shù)量中位居第二位。不過，中國在新材料領(lǐng)域的研究影響力上仍與發(fā)達國家存在較大差距。

（4）在新材料領(lǐng)域的高發(fā)文作者和高引文作者均頻頻出現(xiàn)王忠林、崔毅、鮑哲楠等中國學(xué)者，但他們的所屬機構(gòu)卻非中國，說明我國還需要為學(xué)者創(chuàng)造良好的研究環(huán)境，吸引更多優(yōu)秀的學(xué)者能夠回國為我國的新材料研究做出貢獻。

［參考文獻］

［1］陳春，肖仙桃，孫成權(quán).文獻計量分析在日本技術(shù)預(yù)見中的應(yīng)用［J］.圖書情報工作，2007（4）:52-55.

［2］王偉軍，王金鵬.科學(xué)知識圖譜在技術(shù)預(yù)見中的應(yīng)用探析［J］.情報科學(xué)，2010（8）:1127-1131.

［3］馬楠，官建成.利用引文分析方法識別研究前沿的進展與展望［J］.中國科技論壇，2006（4）:110-113.

［4］王金鵬.基于科學(xué)計量的技術(shù)預(yù)見方法優(yōu)化研究［D］.上海:華中師范大學(xué)，2011.

［5］王偉.文獻計量法在技術(shù)預(yù)見中的應(yīng)用［D］.大連:大連理工大學(xué)，2008.

［6］新材料產(chǎn)業(yè)或政策支持概念股迎升機［EB/OL］.［2015-07-29］.http://finance.qq.com/a/20150304/049988.htm.

［7］CHEN C M. CiteSpace II: Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature［J］. Journal of the American Society for Information Science and Technology，2006（3）:359-377.

［8］CHEN C M. Searching for intellectual turning points: Progressive Knowledge Domain Visualization［J］.Proc.Nat.Acad.Sci.，2004，101（Suppl.）:5 303-5 310.

（編發(fā)：章忠平）

The Application of Scientometrics in Technology Foresight :Based on New Materials

LE Si-shi，WANG Ping-yao，YING Xian-jun
（Ningbo Polytechnic Library，Ningbo 315800，China）

Abstract:Based on new materials，this paper makes a research on technology foresight by scientometrics method. The result shows that the key cutting-edge research is self-assembly，nanowires and solar-cells. Especially，graphene research is beginning to appear a leap of growth，USA is the leader in new materials research，China has made remarkable progress in the high-quality paper and research institutions.

Keywords:scientometrics；Citespace；new material；technology foresight

［中圖分類號］G350

［文獻標(biāo)識碼］A

［文章編號］2095-5197（2016）02-0118-05

［作者簡介］樂思詩（1986-），女，館員，碩士，研究方向：信息計量；王平堯（1957-），男，副教授，碩士，研究方向：科學(xué)計算與應(yīng)用；應(yīng)賢軍（1982-），男，工程師，碩士，研究方向：計算機軟件。

［收稿日期］2016-01-12