基于專利和論文分析的我國納米技術(shù)研究進展①

熊書玲 孟 浩 謝祥生

(中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京100038)

0 引言

納米技術(shù)是指在納米尺度上(1～100 nm)研究物質(zhì)的特性和相互作用,以及利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)主要包括納米材料、納米加工技術(shù)、納米粒子的制備技術(shù)、納米動力學(xué)、納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)技術(shù)、納米電子學(xué)、納米組裝技術(shù)等,其研究和應(yīng)用主要集中在材料和制備、微電子和計算機技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)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(shù)戰(zhàn)略高地。自21 世紀起,全球范圍內(nèi)掀起了納米技術(shù)的研究熱潮[8-13]。

專利文獻作為技術(shù)信息最有效的載體,包含了全球90%以上的最新技術(shù)情報,是國家和企業(yè)競爭的焦點,其比一般技術(shù)刊物所提供的信息早5 至6年,且70%～80%的發(fā)明創(chuàng)造只通過專利文獻公開,具有更新穎、實用的特征[14-15]?？萍颊撐挠涗洝⒖偨Y(jié)了科研成果,是科學(xué)研究的重要手段,也是科技人員交流學(xué)術(shù)思想和科研成果的工具,更是衡量國家和科研主體基礎(chǔ)研究創(chuàng)新能力的重要指標[16]。目前,有關(guān)納米技術(shù)科技情報分析方面已有許多研究,如文獻[17]基于專利數(shù)據(jù),結(jié)合對國家納米技術(shù)計劃的分析,展示了美國納米技術(shù)的分布與發(fā)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(shù)的發(fā)展態(tài)勢進行了探討。文獻[19]從總體情況、機構(gòu)分布、學(xué)科分布、引文分析4 個維度對中美納米科技領(lǐng)域的論文合著情況進行了分析。文獻[20]基于國內(nèi)納米技術(shù)專利數(shù)據(jù),從發(fā)展趨勢、機構(gòu)分布、區(qū)域分布和主要技術(shù)領(lǐng)域4 個方面分析了我國納米技術(shù)創(chuàng)新的現(xiàn)狀。文獻[21]采用專利計量方法,對我國納米技術(shù)專利申請的時間分布、技術(shù)領(lǐng)域分布、申請人分布、技術(shù)發(fā)展態(tài)勢以及發(fā)展趨勢進行了分析。然而結(jié)合專利和論文兩種數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析我國納米技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀的研究還較少,對納米領(lǐng)域重點機構(gòu)進行研究分析的則更少。本研究基于專利和論文產(chǎn)出情況,從年度產(chǎn)出趨勢、論文合作與受理專利區(qū)域分布、主要研究機構(gòu)、主要技術(shù)領(lǐng)域分布、重點專利權(quán)人對比分析等多個維度清晰地展示了我國納米技術(shù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的發(fā)展現(xiàn)狀,以期為我國納米技術(shù)未來發(fā)展和行業(yè)研究提供決策參考和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

Web of Science 是大型綜合性、多學(xué)科的核心期刊引文索引數(shù)據(jù)庫,其中的科學(xué)引文索引(science citation index expanded,SCIE)是全球?qū)W術(shù)界公認的科技文獻檢索工具,提供了科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究信息?？萍紩h錄(conference proceedings citation index-science,CPCI-S)是內(nèi)容全面、覆蓋學(xué)科廣泛的學(xué)術(shù)會議數(shù)據(jù)庫,專門收錄世界各種重要的自然科學(xué)及技術(shù)方面的會議文獻。本研究以SCIE 和CPCI-S 數(shù)據(jù)庫論文數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析我國納米技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)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*”O(jiān)R “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(yè)專利數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。本研究以Innography數(shù)據(jù)庫的專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析我國納米技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)據(jù)庫檢索得到2000 -2019年我國在納米技術(shù)領(lǐng)域申請的專利數(shù)據(jù)(專利同族擴展)和發(fā)表的論文數(shù)據(jù),檢索日期為2021 年3 月1 日,隨后對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)尚未全部公開,僅供參考。

2 論文和專利產(chǎn)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(shù)領(lǐng)域論文發(fā)表量和專利申請量在2000 -2010 年間呈現(xiàn)快速增長趨勢,在2011 -2019 年間呈現(xiàn)迅猛增長趨勢。表明我國近年來發(fā)布的一系列政策規(guī)劃有力促進了納米技術(shù)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的發(fā)展,預(yù)計未來幾年我國納米技術(shù)還將持續(xù)快速發(fā)展。此外,2016 年之前論文發(fā)表量高于專利申請量,而近幾年數(shù)量差距明顯縮小,表明我國已越來越重視納米技術(shù)的應(yīng)用研究,但仍需加大研發(fā)力度。

圖1 我國納米技術(shù)領(lǐng)域論文和專利年度產(chǎn)出變化趨勢

2.2 論文合作和受理專利區(qū)域分布

從我國與其他國家在納米技術(shù)領(lǐng)域的論文合作圖(見圖2)可以看出,我國在納米技術(shù)基礎(chǔ)研究領(lǐng)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(shù)領(lǐng)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(shù)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(shù)領(lǐng)域具有廣闊的市場應(yīng)用前景。但同時,我國受理的專利仍主要來自國內(nèi),我國90%以上的納米技術(shù)專利由國內(nèi)受理,在國外專利布局較少。

圖3 我國受理的納米技術(shù)專利主要分布區(qū)域

由此可見,我國在納米技術(shù)領(lǐng)域與美國的聯(lián)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(shù)市場,其次是日本、德國、英國、韓國等。

2.3 論文和專利主要產(chǎn)出機構(gòu)

由表1 可知,我國納米技術(shù)領(lǐng)域的主要論文產(chǎn)出機構(gòu)依次是中國科學(xué)院、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、吉林大學(xué)、南京大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)等,其在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的創(chuàng)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(shù)領(lǐng)域的主要專利權(quán)人依次是中國科學(xué)院、清華大學(xué)、鴻海精密工業(yè)股份有限公司、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)、京東方等,其在納米技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域的創(chuàng)新能力較強。其中,中國科學(xué)院的論文發(fā)表量和專利申請量遙遙領(lǐng)先于其他機構(gòu),是我國納米技術(shù)領(lǐng)域的主要創(chuàng)新主體。同時可以看出,我國納米技術(shù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域的創(chuàng)新主體均以高校院所為主,企業(yè)的研發(fā)實力偏弱。

表1 我國納米技術(shù)論文和專利主要機構(gòu)分布

2.4 論文和專利主要技術(shù)領(lǐng)域分布

從表2 可以看出,我國納米技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)出的論文主要集中在化學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、電化學(xué)等學(xué)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(shù)領(lǐng)域31.8%的學(xué)術(shù)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(shù)高達522,這表明我國不僅論文發(fā)表量遙遙領(lǐng)先,高影響力學(xué)術(shù)成果也大幅領(lǐng)先,我國在納米技術(shù)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有較強的實力。

表2 我國納米技術(shù)領(lǐng)域論文學(xué)科、期刊分布及高被引情況

從我國納米技術(shù)領(lǐng)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(chuàng)新主體主要是中國科學(xué)院、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等,中國科學(xué)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(xué)在石墨烯過濾方向,復(fù)旦大學(xué)在納米晶體管方向,溫州醫(yī)科大學(xué)在石墨烯催化劑方向,人民大學(xué)在納米電子材料方向,蘇州大學(xué)在納米復(fù)合材料方向,以及廈門大學(xué)在納米晶體方向具有較高的學(xué)術(shù)影響力。

表3 我國納米技術(shù)領(lǐng)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(shù)專利重點關(guān)注電極,其次是污水處理、催化劑、納米化合物制備、電化學(xué)/光電測試分析、生物醫(yī)藥、吸附劑、陶瓷等技術(shù)領(lǐng)域。由此可見,我國納米技術(shù)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域重點關(guān)注石墨烯等,在應(yīng)用研究領(lǐng)域則重點關(guān)注電極等。

圖4 我國納米科技領(lǐng)域主要專利技術(shù)領(lǐng)域分布

3 重點專利權(quán)人對比

從表1 可知,中國科學(xué)院是我國納米技術(shù)在應(yīng)用研究領(lǐng)域的主要創(chuàng)新主體,其次是鴻海精密工業(yè)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(quán)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(xué)院擁有專利10 666件(授權(quán)4061 件),專利申請量自2006 年起呈現(xiàn)迅猛增長趨勢;京東方擁有專利2134 件(授權(quán)729件),專利申請量自2010 年起呈現(xiàn)快速增長趨勢,2016 年達到峰值;中石化擁有專利1887 件(授權(quán)662 件),專利申請量自2008 年起呈現(xiàn)快速增長趨勢;鴻海精密工業(yè)擁有專利3169 件(授權(quán)1360件),專利申請量在2005 年達到峰值,之后呈現(xiàn)波浪式下降趨勢,發(fā)展后勁不足。京東方雖然在納米領(lǐng)域起步晚,但專利申請量自2013 年便超過了鴻海精密工業(yè)和中石化,近幾年發(fā)展勢頭迅猛。同時還可以看出,2010 年起,中國科學(xué)院的專利申請量遠遠領(lǐng)先于企業(yè),表明我國納米技術(shù)領(lǐng)域存在著企業(yè)研發(fā)實力偏弱、納米科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化不暢。

圖5 重點專利權(quán)人的專利申請年度變化趨勢

3.2 專利質(zhì)量對比

專利強度的定義參考了專利權(quán)利要求數(shù)量、引用先前技術(shù)文獻數(shù)量、專利被引用次數(shù)、專利申請時程等十余個專利價值的相關(guān)指標,可幫助篩選出高價值專利。由專利權(quán)人的專利強度分布情況(見圖6)可以看出,中國科學(xué)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(yè)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(xué)院擁有的高質(zhì)量專利最多,京東方的高價值專利占比最高,專利質(zhì)量較高,其次是中石化。鴻海精密工業(yè)擁有的高質(zhì)量專利不多,高質(zhì)量專利占比也不高。

圖6 重點專利權(quán)人的專利強度分布

3.3 專利申請區(qū)域分布對比

由圖7 可以看出,中國科學(xué)院和中石化在我國國內(nèi)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(chǎn)權(quán)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(yè)在我國(臺灣地區(qū))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(shù)競爭優(yōu)勢。

圖7 重點專利權(quán)人的專利申請區(qū)域分布

3.4 專利發(fā)明人對比

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

表4 重點專利權(quán)人的主要專利發(fā)明人

3.5 專利技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ρ?/h3>

由表5 可知,中國科學(xué)院的專利技術(shù)主要集中在催化作用/膠體化學(xué)(B01J)、材料測試分析(G01N)、電池組(H01M)、半導(dǎo)體(H01L)領(lǐng)域;鴻海精密工業(yè)的專利技術(shù)主要集中在半導(dǎo)體(H01L)領(lǐng)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(shù)主要集中在半導(dǎo)體(H01L)領(lǐng)域,其次是光學(xué)器件(G02F)、電數(shù)字數(shù)據(jù)處理(G06F)、光學(xué)元器件和系統(tǒng)(G02B)等方向;中石化的專利技術(shù)主要集中在催化作用/膠體化學(xué)(B01J)領(lǐng)域,其次是納米高分子化合物(C08L)、無環(huán)或碳環(huán)化合物(C07C)等方向。

表5 重點專利權(quán)人的主要專利技術(shù)分布

3.6 專利引證對比

由表6 可以看出,除鴻海精密工業(yè)外,中國科學(xué)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(shù)領(lǐng)域具有相對較強的研發(fā)實力,但技術(shù)影響力不太高。中國科學(xué)院與浙江大學(xué)、清華大學(xué)等高校的相互引證次數(shù)較為頻繁,鴻海精密工業(yè)與清華大學(xué)、三星電子的相互引證次數(shù)較為頻繁,京東方與三星電子、TCL的相互引證次數(shù)較為頻繁,中石化與中國科學(xué)院、中石油的相互引證次數(shù)較為頻繁,表明它們在納米技術(shù)領(lǐng)域具有潛在的合作關(guān)系。

表6 重點專利權(quán)人的專利引證情況

4 結(jié)論

2000 年以來,我國納米技術(shù)專利申請量和論文發(fā)表量不斷激增,均居世界首位,在納米科技領(lǐng)域已取得重要進展,未來幾年還將快速發(fā)展。目前我國在石墨烯、納米晶體等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域處于全球研究前沿,并有望在電池、污水處理等應(yīng)用領(lǐng)域率先實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。但我國在納米技術(shù)領(lǐng)域還存在以下短板:(1)高價值專利占比不高,專利質(zhì)量有待提升;(2)我國在納米技術(shù)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域的創(chuàng)新主體均以高校院所為主,企業(yè)的整體實力偏弱,高校院所的納米科技成果轉(zhuǎn)化不暢;(3)我國專利權(quán)人在海外專利布局較少,專利保護意識較弱,缺乏技術(shù)競爭優(yōu)勢。因此,我國應(yīng)持續(xù)加大在納米應(yīng)用研究領(lǐng)域的研發(fā)投入力度,提高專利質(zhì)量,大力推進產(chǎn)學(xué)研用合作,促進高校院所的重大納米科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。企業(yè)應(yīng)加大研發(fā)投力度,提升其在納米技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新主體地位。我國專利權(quán)人應(yīng)加強專利保護意識,積極進行海外專利布局,提高技術(shù)競爭優(yōu)勢,推進我國納米技術(shù)快速向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。