基于專利數(shù)據的中國石墨烯技術創(chuàng)新區(qū)域特征研究

李 娜， 李存金

(1.北京理工大學 管理與經濟學院， 北京 100081； 2.內蒙古建筑職業(yè)技術學院 科技處， 呼和浩特 010070)

2004年，英國曼徹斯特大學的兩位俄裔物理科學家德烈·海姆(Andre Geim)與康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功制備出可以獨立存在于自然常溫狀態(tài)下的石墨烯。石墨烯獨特的物理結構和優(yōu)異的性能立刻得到全球學術界和產業(yè)界的青睞。美國、日本、英國和歐盟等發(fā)達國家地區(qū)相繼制定扶持計劃支持石墨烯研究并引導其應用商業(yè)化[1-3]。2010年諾貝爾物理學獎也授予了這兩位科學家，以表彰他們制備出21世紀最具潛力替代硅的顛覆性材料——石墨烯的卓越貢獻。2015年國家主席習近平在出訪英國時特地參觀曼徹斯特大學國家石墨烯研究院。以此契機，中國最具影響力的科技公司華為與曼大石墨烯研究院達成合作協(xié)議，未來雙方就石墨烯在信息通信領域的應用進行深度合作。從2010年開始，中國在政策層面上提出要“高度關注”“迫切需要”“提前布局”“加快研發(fā)”石墨烯這類跨學科、跨領域的新興材料和技術[4]。中國的石墨烯產業(yè)是最有可能改變傳統(tǒng)產業(yè)的“追趕者角色”，在石墨烯技術領域實現(xiàn)“彎道超車”[5]。中國從“973計劃”啟動石墨烯研發(fā)專項到《中國制造2025》逐漸明確了石墨烯領域技術發(fā)展路徑。在國家頂層戰(zhàn)略指導下，全國各地區(qū)加大了對石墨烯技術創(chuàng)新的投入：江蘇省建立“1+1+4”石墨烯產業(yè)創(chuàng)新格局；浙江省率先啟動石墨烯應用開發(fā)重大科技專項；上海搭建石墨烯產業(yè)技術功能型平臺加速石墨烯基礎應用和成果轉化；廣東省積極組建與石墨烯高度相關的新材料、能源及環(huán)保產業(yè)集群和應用市場；京津冀三地整合資源促進石墨烯低成本制備產業(yè)化。中國各地不僅積極組建本省市產學研基地，還與其他省市共同建立了石墨烯產業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟。

近年來在國家政策、地方政府和社會資本的推動下，中國石墨烯產業(yè)規(guī)模日益壯大，產業(yè)體系也日趨完備[6]。已有文獻對于石墨烯技術創(chuàng)新研究多以全球宏觀視角或技術流動視角展開，國內省際區(qū)域或區(qū)域之間技術創(chuàng)新差異對比研究卻為數(shù)不多。中國幅員遼闊，創(chuàng)新要素(知識、技能、資源等)在區(qū)域間存在明顯不均衡[7]。中國石墨烯技術創(chuàng)新區(qū)域是否有差異，差異程度如何？本文第一個問題是分析各地區(qū)石墨烯技術創(chuàng)新差異。在科技創(chuàng)新全面發(fā)展期，由于技術創(chuàng)新活動具有復雜性、模糊性和非線性[8]，任何地區(qū)或部門都不可能創(chuàng)造出所有關鍵技術和核心點，具體石墨烯技術戰(zhàn)略如何部署？知己知彼方能百戰(zhàn)不殆，“知己”是本文第二個要回答的問題，通過分析區(qū)域的石墨烯技術專利的增長有助于厘清各地區(qū)領域技術優(yōu)勢和發(fā)展模式。

1 評價方法及指標數(shù)據說明

1.1 專利信息分析

技術創(chuàng)新是創(chuàng)新的重要組成部分，而對專利數(shù)據的分析是研究各種技術創(chuàng)新的重要手段之一[9]。專利是世界上反映科技發(fā)明最全面的信息資源，經常作為R&D成果的研究變量或替代變量[10-13]。專利既是技術創(chuàng)新活動中重要的制度安排，更是貫穿整個技術生命周期的重要成果產出[14]。在經濟管理領域，引入專利作為評價指標不僅可以研究不同國家、組織的經濟增長、技術變革和研發(fā)布局，還能測度國家間產業(yè)結構和公司間競爭優(yōu)勢[15-16]。Stek利用1997—2011年的專利數(shù)據而不是傳統(tǒng)的各城市的研發(fā)成本投入繪制熱力演化圖來識別全球高研發(fā)城市，研究發(fā)現(xiàn)亞洲研發(fā)城市快速增長、歐洲和北美城市區(qū)域研發(fā)較為平穩(wěn)，且明確了高研發(fā)城市具有的不同學科領域優(yōu)勢[17]。Buzard等通過專利之間的相互引用來衡量知識溢出時發(fā)現(xiàn)在數(shù)字化、網絡化高度發(fā)展的今天，知識溢出仍然符合地理鄰近性高度正向影響知識溢出。在較小的空間規(guī)模里如在同一地區(qū)知識溢出性最強[18]。在研究研發(fā)產出的影響以及研發(fā)國際進程化的政策制定時，F(xiàn)rigyesi 利用原始專利(raw patent)信息對工業(yè)研發(fā)產出進行分析和重新定位，為歐盟工業(yè)研發(fā)投資框架中增加了新的研究維度。Belenzon和Patacconi將美國和歐盟專利數(shù)據作為創(chuàng)造性經濟指標研究了不同地區(qū)企業(yè)價值隨時間變化關系[19]。Haneda等在企業(yè)層面關注組織和人力資源對產品創(chuàng)新的影響，得出對研發(fā)人員考核影響產品創(chuàng)新，激烈的組織變革有助于創(chuàng)新成果的產生[20]。國內學者則利用專利分析在宏微觀層面均進行了研究。在宏觀層面對全球或國家相關產業(yè)整體發(fā)展趨勢和創(chuàng)新活動評估，為國家制定產業(yè)政策和戰(zhàn)略布局提供參考[21-24]；在微觀層面挖掘專利信息評估企業(yè)技術地位，了解競爭對手技術優(yōu)勢，創(chuàng)新網絡布局與相關利益主體合作制定專利戰(zhàn)略[25-27]。綜上，本文基于專利數(shù)據的特征分析探究中國各省份區(qū)域內石墨烯技術創(chuàng)新布局及差異對比。

1.2 研究框架

面對大量雜亂的專利文獻，如果泛泛地利用專利信息研究隱含在其中的技術創(chuàng)新特征會是一項耗時、無目的、不系統(tǒng)的繁瑣工程[28]。因此，為研究區(qū)域間技術創(chuàng)新差異問題，本文建立圖1所示的研究框架。將專利申請時間作為技術動態(tài)演進過程，提出以創(chuàng)新區(qū)域(innovation region)為核心，技術創(chuàng)新數(shù)量(number)、技術創(chuàng)新領域(filed)、技術創(chuàng)新主體(applicant)為維度的R-NFA動態(tài)分析框架。每個維度具體范圍界定如下：①創(chuàng)新區(qū)域以專利地址信息為依據，具體包括中國30個省、直轄市自治區(qū)行政區(qū)域(以下簡稱為省份)，西藏無石墨烯專利申請，人工剔除其他國家及中國港澳臺專利數(shù)據；②每一區(qū)域專利數(shù)量基于手工計算；③技術領域依據國際通用專利分類號IPC信息；④創(chuàng)新主體以國家知識產權局劃分專利權人分類及標準[29]為準，對第一專利申請人名稱關鍵字段進行識別和人工判斷，依次劃分為科研院所、大專院校、機關團體、企業(yè)和非職務個人。

圖1 研究框架

1.3 研究方法

生態(tài)位是研究個體在特定系統(tǒng)和環(huán)境相互影響過程中所形成的相對地位與作用[29]。生態(tài)位理論認為，任何個體的發(fā)展都包含“態(tài)”和“勢”兩方面特征。前者是對過去累積狀態(tài)的表征，后者是對現(xiàn)狀影響力或控制力的反映[30]。在社會科學領域，學者基于生態(tài)位理論主要研究不同產業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新與企業(yè)生態(tài)位的分析[31-35]。因此，引入“態(tài)勢”觀點解釋石墨烯技術領域發(fā)展特征，既明晰了過去累積所形成的狀態(tài)也反映目前發(fā)展所處地位，對未來發(fā)展?jié)摿Φ难芯烤哂幸欢ìF(xiàn)實意義。本文在建立的R-NFA動態(tài)分析框架下依次選取“態(tài)、勢”指標，建立二維動態(tài)分布圖闡述中國石墨烯專利區(qū)域在數(shù)量(N)，技術領域(F)，創(chuàng)新主體(A)的發(fā)展特征。具體每一個研究點的二維指標界定見表1。

表1 3個維度分布圖指標界定

1)專利數(shù)量分布圖(簡稱N分布圖)由“專利總量-相對增長率”構成，明晰各省份區(qū)域發(fā)展態(tài)勢。專利總量即各個地區(qū)在研究階段所有的石墨烯專利申請總量；相對增長率=各地區(qū)石墨烯專利申請量復合增長率/中國所有地區(qū)石墨烯專利申請量復合增長率，表征各地區(qū)逐年增長情況。

2)技術領域分布圖(簡稱F分布圖)由“專利地位-變異系數(shù)”構成，說明各省份區(qū)域技術類別分布情況。專利地位=各地區(qū)石墨烯專利數(shù)量/中國該領域專利總量，表征不同地區(qū)的石墨烯專利在本國產業(yè)中不同地位；變異系數(shù)=各地區(qū)逐年石墨烯專利數(shù)量標準差/各地區(qū)逐年石墨烯專利數(shù)量平均值。變異系數(shù)表征各地區(qū)逐年石墨烯專利申請的穩(wěn)定性。

3)創(chuàng)新主體分布圖(簡稱A分布圖)由“企業(yè)專利占比-變異系數(shù)”確定各省份區(qū)域技術創(chuàng)新申請人來源。企業(yè)專利占比=企業(yè)所申請石墨烯專利數(shù)量/所有創(chuàng)新主體申請石墨烯專利數(shù)。技術如何從科學技術研究到產品商業(yè)化，企業(yè)是載體也是最重要的技術創(chuàng)新主體[36]，變異系數(shù)計算公式同上。

與其他專利信息分析數(shù)據庫相比，采用國家知識產權局專利信息分析系統(tǒng)在數(shù)據庫的權威性和數(shù)據庫選擇的合理性方面具有毋庸置疑的優(yōu)勢。本文專利數(shù)據下載來源于中國國家知識產權局。石墨烯是一個特定的專有名詞，同義詞較少。因此專利數(shù)據采取主題檢索的方式，本文檢索名稱為“石墨烯”。專利類型選擇發(fā)明專利，相比外觀設計與實用新型，它能體現(xiàn)更強的技術創(chuàng)新能力[37]。將搜索日期截止到2020年12月31日以保證年度時間完整性。經過人工數(shù)據清洗，最終收集20 992條專利數(shù)據，在收集原則上做到了全面而精確。具體省份區(qū)域專利情況見表2。

表2 中國各省份區(qū)域不同階段石墨烯技術專利數(shù)量 單位：項

2 中國石墨烯技術創(chuàng)新整體情況

中國最早的石墨烯技術發(fā)明專利產生于2006年。經過10余年的深入研究現(xiàn)已達到年申請專利數(shù)量4 000項以上。由于專利信息數(shù)據上傳存在18個月的滯后期，數(shù)據更新不完整，故將2019年和2020年數(shù)據僅作為參考，在進行計算時真正有效數(shù)據截至2018年12月31日。2006年起中國石墨烯專利申請量經歷了從無到有、從平緩到快速上升的過程。2011年和2016年石墨烯專利申請數(shù)量都較前一年增長一倍多。根據引言所述，將兩個關鍵時間點2010年和2015年用來劃分中國石墨烯發(fā)展階段。具體階段特征：①2006—2010年，中國科研界對石墨烯技術研發(fā)剛剛起步，重視程度并不高，5年內所有省份區(qū)域申請的專利數(shù)量占總數(shù)量的1.5%；②2011—2015年，技術、產業(yè)有了一定發(fā)展和突破，專利數(shù)量與專利權人數(shù)量逐年快速增加。原因在于國內外掀起研究石墨烯技術的熱潮。2010年國務院提出包括石墨烯在內的新材料作為中國戰(zhàn)略性新興產業(yè)加快培育和發(fā)展政策；2011年16部委聯(lián)合發(fā)文重點扶持上述新興產業(yè)對外貿易和國際合作；2013年之后寧波、重慶、無錫、常州、四川、青島等地區(qū)率先建立石墨烯產業(yè)基地，等等舉措帶來石墨烯專利數(shù)量第一次激增。③2015—2020年，專利數(shù)量快速增長，熱度至今不減。2015年《中國制造2025》明確石墨烯產業(yè)技術路線圖，石墨烯列入科技部重點專項、前沿新材料先導工程等一系列產業(yè)化政策促使產學研用深度融合的第二次專利增速。

根據R-NFA分析框架，依次對專利數(shù)量、技術領域和創(chuàng)新主體這3個維度上整體對中國各省份石墨烯技術發(fā)展差異進行對比。

2.1 專利數(shù)量(N)：區(qū)域分布不均衡

截至2020年12月31日，除西藏和港澳臺地區(qū)，中國其余30個省份都有石墨烯技術發(fā)明專利申請，但各區(qū)域專利總量分布差異懸殊。青海、海南、內蒙古、寧夏、貴州、新疆、云南、甘肅、吉林、河北的專利申請量不足1 000項，這10個省份專利總和不到總體專利數(shù)量的4%；排名前5的江蘇、廣東、上海、北京、浙江專利總量依次為3 785、1 990、1 829、1 811、1 626項。它們的石墨烯專利數(shù)量占全部總量的50%以上。由此可以看出，中國石墨烯技術專利分布并不均衡，石墨烯專利申請數(shù)量分布的不同是否也像其他技術領域一樣，與各地區(qū)GDP、發(fā)布政策或各創(chuàng)新主體數(shù)量相關在另文中進行研究，本文不做詳述。

在判斷各省份區(qū)域技術創(chuàng)新分布集中或不平等差距時采用基尼系數(shù)，具體量化衡量過程依據高技利用Excel計算基尼系數(shù)的方法[38]。借鑒聯(lián)合國對基尼系數(shù)分段標準警戒水平為0.4，而0.5以上屬于研究指標差距懸殊。中國石墨烯專利數(shù)的基尼系數(shù)為0.52，由此得出，中國石墨烯技術創(chuàng)新分布不均衡，盡管2013年以后基尼系數(shù)開始下降(圖2)，但這種不均衡性依舊處于不合理水平。

圖2 2006—2018年基尼系數(shù)變化趨勢

2.2 技術：系統(tǒng)全面性與分系統(tǒng)進化不確定性

石墨烯技術領域專利技術及當前創(chuàng)新主體關注的技術焦點可通過石墨烯技術IPC分類進行識別。石墨烯技術專利研究共涉及IPC專利技術8大部。其中C部(化學冶金)和H部(電學)申請數(shù)量最多；B部(作業(yè)運輸)和G部(物理)次之；A部(人類生活必需)、D部(紡織造紙)、F部(機械工程照明和加熱)、E部(固定建筑物)申請數(shù)量順序減少，石墨烯技術領域共涉及108個大類以及其中305個小類。在20種技術專利數(shù)量大于1%的技術小類中(表3)，石墨烯技術類別主要集中于其材料制備工藝、復合材料、電容器和電池電極等領域。C01B(非金屬元素、其化合物)占所有技術類型比例近22%，該技術主要應用于石墨烯加工工藝或準備裝置，屬物理學基礎研究。排名第2的H01M(轉變電能方法或裝置)應用于儲能、儲電新能源領域，占比10.47%。B01J(化學、物理方法)涉及石墨烯復合材料制備方法占比超8%。C08L(高分子化合物復合材料技術)排名第4。這4類石墨烯技術領域專利總量接近全部專利數(shù)量一半。

圖3是石墨烯技術排名前10位的IPC類別3個時間階段統(tǒng)計分析，通過各技術時間走向大致可以反映各類別時序演變和未來的發(fā)展趨勢。由圖3可知，C01B類專利申請量從2007年開始一直處于領先地位。隨著石墨烯應用廣泛化和生產成本亟須降低，石墨烯的加工制備基礎研發(fā)就顯得尤為重要，因此C01B類是一個被持續(xù)關注的研究焦點。HO1M運用于電池電極材料和超級電容器制備，在新能源、燃料電池汽車、電子產品電池領域發(fā)展?jié)摿薮蟆09D運用于涂料組合物2015年之后技術創(chuàng)新較活躍，市場化也較為成功，應用領域涉及積材制造、印染紡織、航空航天、海洋工程裝備等。G01N(分析檢測、傳感技術)、H01B(電纜、導體、絕緣體)和C04B(石灰、氧化缺、礦渣、水泥、其組合物)方面的研究自2014年后發(fā)展保持平穩(wěn)。

根據TRIZ(theory of the solution of inventive problems)理論理想度提升法則，發(fā)現(xiàn)石墨烯技術具有顯著的系統(tǒng)全面性與分系統(tǒng)的進化不確定性。石墨烯技術發(fā)明專利涉及技術領域廣泛而且已初步建立起完整全面的技術結構系統(tǒng)；分系統(tǒng)技術由于各領域技術生命周期的技術成熟度不同，各技術部類占比差異明顯，具有分系統(tǒng)分布不穩(wěn)定性。

2.3 創(chuàng)新主體：企業(yè)申請專利逐年增多

石墨烯技術的專利申請人有科研院所、大專院校、機關團體、企業(yè)、非職務個人以及他們之間相互合作等6種類型。從圖4石墨烯技術專利主體不同時間段占比數(shù)據可以看出，2006—2010年早期高校和科研院所研發(fā)占比較大。受國家扶持產業(yè)激勵政策、稅費優(yōu)惠政策以及金融資本注入的影響，企業(yè)研發(fā)和非職務個人2010年之后占比均有所上升。2010年后大專院校、研究院所、合作專利地位逐年下降，而企業(yè)申請專利數(shù)量上升。排名前5的代表性企業(yè)有海洋王照明科技股份有限公司(331項)、成都新柯力化工科技有限公司(290項)、杭州高烯科技有限公司(99項)、湖南國盛石墨科技有限公司(90項)、南京旭羽睿材料科技有限公司(80項)。

表3 專利數(shù)量占比大于 1%的 20 種技術小類信息 單位：項

圖3 2007—2018年前10位石墨烯技術IPC類別動態(tài)分析

圖4 各創(chuàng)新主體不同階段專利占比

代表性高校有浙江大學(323項)、哈爾濱工業(yè)大學(259項)、江蘇大學(208項)、東南大學(207項)、東華大學(195項)。中國科學院系統(tǒng)申請數(shù)量前兩位為寧波材料技術與工程研究所和上海微系統(tǒng)與信息技術研究所。在石墨烯技術專利合作排名前3位中企業(yè)均是核心主體。企業(yè)與企業(yè)間合作占比40%，與大專院校合作占比28%，與科研院所合作占比10%。因此，未來石墨烯企業(yè)如何建立高校產學研合作機制不僅是科研領域研究的重點也影響著石墨烯產業(yè)化與市場化進程能否加速發(fā)展。

3 基于R-NFA分析框架的各區(qū)域技術創(chuàng)新分布特征

按照上文所建立R-NFA分析框架，利用石墨烯專利總量、相對增長率和變異系數(shù)所確定的發(fā)展態(tài)勢、技術領域和創(chuàng)新主體來源，揭示石墨烯技術領域各區(qū)域分布演化態(tài)勢，并歸納不同區(qū)域專利資源差異模式。

3.1 專利數(shù)量(N分布圖)區(qū)域特征

通過專利總量-相對增長率定量分析各區(qū)域技術創(chuàng)新能力特點。將石墨烯各區(qū)域(30個省份區(qū)域)的專利申請總量作為X軸，相對增長率指標作為Y軸，確定各個區(qū)域相對位置，如圖5所示，以X軸和Y軸的平均值設定為中線將坐標分為4個象限，分析石墨烯各區(qū)域技術發(fā)展態(tài)勢。①高總量-高增長象限。此象限具有專利總量高和相對增長量高的特征，可視為“主導-成長型”技術，主要包含江蘇、北京、四川、山東等8個地區(qū)。相比其他區(qū)域，這些地區(qū)石墨烯專利數(shù)量較高且專利增速明顯。江蘇是中國發(fā)展石墨烯產業(yè)化最早的省份，擁有第一家石墨烯應用技術研發(fā)及產業(yè)孵化平臺和第一個國家級石墨烯專業(yè)檢測服務平臺，在石墨烯技術領域競爭優(yōu)勢明顯，不僅企業(yè)集聚程度高，專利申請主體中高校和企業(yè)也是最多的。這與其起步早、知識產權保護意識強、研發(fā)資源要素(人才、資金、技術、政策)優(yōu)勢明顯相關。山東增速最快，從原材料、制備到應用產業(yè)鏈已初具規(guī)模，后發(fā)優(yōu)勢明顯。②低總量-高增長象限。由于各區(qū)域研發(fā)石墨烯起步較晚或屬于第二梯隊，技術理念追隨主導地區(qū)，因而具有高增長率和低專利總量的特征。此象限可分為“新興-成長型”和“追隨-成長型”。“新興-成長型”包含寧夏、陜西、江西和黑龍江，他們在2006—2010年專利數(shù)量僅為個位數(shù)，但在第二、三時段專利數(shù)量迅速增加。黑龍江保有全國石墨資源儲量第一，擁有最優(yōu)質的晶質石墨礦產，依靠優(yōu)良資源要素在相關石墨烯專利申請量上也呈現(xiàn)快速增長?！白冯S-成長型”包含河北(北京)、天津(北京)、重慶(四川)、湖北(湖南)、廣西(廣東)、山西(山東)，括號中的省份代表追隨前者的具體地區(qū)。③低總量-低增長象限。此象限的專利申請量和相對增長率都不高且1/3省份處于該象限。此象限情形又分為萌芽型和追隨-成熟型?！懊妊啃汀奔夹g創(chuàng)新尚處于起步階段，海南、新疆、青海、貴州、內蒙古、甘肅、云南、河南屬于此種類型。這些省份由于創(chuàng)新實力的限制或研發(fā)投入不足，專利申請數(shù)量較少，增速也較為緩慢。從根本上來說與這些省份的地理位置及經濟發(fā)展水平相關。當然，這些地區(qū)也在積極招商引資，制定優(yōu)惠政策助力石墨烯技術創(chuàng)新。例如東旭光電在?？诮⒀邪l(fā)中心，泰州巨納系能源與內蒙古石墨烯材料研究院建立專利合作項目，德國朗慧在新疆成立公司利用石墨烯電采暖技術推動清潔供暖發(fā)展，河南與江蘇積極尋求合作交流，共同建設河南石墨烯應用科研中心。吉林和遼寧屬于“追隨-成熟型”。吉林和遼寧積極借鑒黑龍江石墨烯產業(yè)發(fā)展經驗促其資源型工業(yè)結構轉型。④高總量-低增長象限。此象限可視為“主導-成熟型”技術。上海和廣東由于經濟發(fā)達且創(chuàng)新意識強，石墨烯技術創(chuàng)新已趨于成熟，目前所研發(fā)的關鍵技術能夠滿足產業(yè)需求，創(chuàng)新增速開始變緩。

3.2 技術領域(F分布圖)區(qū)域特征

選取石墨烯20種技術小類繪制F分布圖。設定石墨烯各區(qū)域(30個省市區(qū)域)的專利地位作為X軸，變異系數(shù)作為Y軸，確定各個區(qū)域相對位置,如圖6所示，以X軸和Y軸的平均值設定為中線將坐標分為4個象限,分析各區(qū)域技術分布特征。①高地位-不穩(wěn)定象限。江蘇、北京、福建、廣東、上海、四川位于此象限。這6個省份在石墨烯20種技術類別專利總量占比中達50%以上，且專利地位最高，發(fā)展也最為活躍，目前已形成全面技術領域布局，可稱為“全面引領型”。②低地位-不穩(wěn)定象限。分布在內的省份專利地位雖較低但發(fā)展速度不容小覷。這個象限包含天津、湖北、陜西、遼寧等11個省份。與第一象限相比，他們技術全面，但具體戰(zhàn)略布局不明顯，未來石墨烯技術發(fā)展戰(zhàn)略選擇關鍵核心戰(zhàn)略還是無差異化戰(zhàn)略亟須尋找突破。此象限省份可視為“集成突破型”。③低地位-穩(wěn)定象限。分布在此象限的省份有青海、寧夏、內蒙古和貴州，這些地區(qū)僅在個別石墨烯技術領域實現(xiàn)了“0”的突破，且這些技術領域還處于研發(fā)初期，需國家政策扶持引導進行戰(zhàn)略布局，目前可視為“關鍵支撐型”。廣西、海南、河北、吉林等6個省份在大部分技術類別均有所涉及，雖技術研發(fā)與第二象限相比還不是很活躍，但可以通過“走出去、引進來”模式吸取先進省份甚至國際先進技術經驗進行引進、消化、吸收、再創(chuàng)新。因此它們可視為“關鍵突破型”。④高地位-穩(wěn)定象限。此象限包含安徽、浙江和山東，它們地理位置緊鄰技術主導型的江蘇省，石墨烯技術起步較早，技術類別涉及全面，發(fā)展水平比較高。3個省份的每個專利類別總量占比均超20%，可視為“集成主導型”。

3.3 創(chuàng)新主體(A分布圖)區(qū)域特征

通過企業(yè)專利占比-變異系數(shù)定量分析各區(qū)域技術專利權人特點(圖7)。以30個區(qū)域企業(yè)專利占比和變異系數(shù)的平均值為中線將坐標分為4個象限分析。①高企業(yè)占比-不穩(wěn)定象限。此象限明顯的特征為企業(yè)是石墨烯技術創(chuàng)新的技術主導且發(fā)展趨勢較為活躍，可視為“企業(yè)主導驅動型”，包含上海、安徽、四川、江蘇4個省份。上海石墨烯專利活躍企業(yè)有上海納米科技、烯旺信息科技；江蘇有旭羽睿材料科技、第六元素、格菲電子薄膜科技。企業(yè)申請石墨烯發(fā)明專利中四川成都新柯力化工石墨烯專利數(shù)量占本省總量50%以上。②低企業(yè)占比-不穩(wěn)定象限。此象限專利創(chuàng)新來源以大專院校、科研院所為主，視為“科技孵化驅動型”，包含天津、黑龍江、湖北等10個省市。天津以天津大學、天津工業(yè)大學和南開大學為主。哈爾濱工業(yè)大學為黑龍江石墨烯技術研發(fā)貢獻專利達50%。西安電子科技大學、西北工業(yè)大學和西北有色金屬研究院是陜西石墨烯技術創(chuàng)新的中流砥柱。③低企業(yè)占比-穩(wěn)定象限。此象限具有申請專利數(shù)量相對較少，呈現(xiàn)多主體研發(fā)平穩(wěn)的特征。此象限又分為 “三元驅動型”和“雙元驅動型”。其中前者包含山西、廣西、河北等5個省份。山西研發(fā)以高校、企業(yè)和科研院所為主。廣西、河北是高校、企業(yè)和非職務個人共同助力。重慶科研院所與企業(yè)合作申請專利占總申請專利的1/4。內蒙古、寧夏、新疆、青海和甘肅則屬于后者。它們在石墨烯研發(fā)布局中起步較晚，創(chuàng)新成果比較少，創(chuàng)新申請人僅包含大專院校和企業(yè)，印證了F分布圖中得出“關鍵支撐型”的分析結論。④高企業(yè)占比-穩(wěn)定象限。此象限企業(yè)占比較高，科研院所、大專院校、機關團體、企業(yè)、非職務個人以及他們之間相互合作6種專利申請研發(fā)比例均衡，視為“全元協(xié)同驅動型”。北京、湖南、福建、山東、廣東和浙江屬于此象限。在北京，高校有北京化工大學、北京大學、清華大學等，企業(yè)力量以中國航空工業(yè)、旭碳新材料科技和京東方科技為主，科研院所主要是國家納米科學中心、中國科學院各分院。在廣東，海洋王照明科技、納路納米科技、華星光電和華為技術有限公司為企業(yè)創(chuàng)新主力，高校有華南理工、廣東工業(yè)等，科研院所有中科院深圳先進技術研究院等。此外，多主體合作也是技術創(chuàng)新重要來源。廣東合作占比高達34%，北京合作占比14%，而全國合作平均水平僅為6.55%。

在R-NFA分析框架下，通過二維矩陣圖依次對中國石墨烯技術創(chuàng)新2006—2020年3個維度的發(fā)展特點進行論述。在專利數(shù)量(N分布圖)上各區(qū)域發(fā)展態(tài)勢可匯總為“主導-成長型”“新興-成長型”“追隨-成長型”“萌芽型”“追隨-成熟型”；在技術領域(F分布圖)上各區(qū)域技術布局及其差異可總結為“全面引領型”“集成突破型”“關鍵支撐型”“關鍵突破型”“集成主導型”；在創(chuàng)新主體(A分布圖)上各區(qū)域技術創(chuàng)新主體特征可劃分為“企業(yè)主導驅動型”“科技孵化驅動型”“三元驅動型”“雙元驅動型”“全元協(xié)同驅動型”。

圖8 30個省份區(qū)域系統(tǒng)聚類分析譜系圖

利用SPSS系統(tǒng)將3個維度相關數(shù)據進行聚類，如圖8所示，中國石墨烯技術創(chuàng)新發(fā)展區(qū)域可分為4個梯隊：第一梯隊僅包含江蘇，江蘇省在石墨烯專利申請數(shù)量上不僅遙遙領先且申請增速穩(wěn)定，申請技術小類全面，已實現(xiàn)以企業(yè)為主導或創(chuàng)新主體全面協(xié)同研發(fā)態(tài)勢。第二梯隊包括四川、安徽、浙江、山東、廣東、上海和北京。在石墨烯技術發(fā)展中這7個區(qū)域發(fā)展最為活躍，這些區(qū)域產業(yè)化發(fā)展最早，不僅擁有研發(fā)資源要素優(yōu)勢，知識產權保護意識強。在技術創(chuàng)新研發(fā)領域不僅全面且增長速度較快，創(chuàng)新主體政產學研用全面結合。廣州擁有以石墨烯為主營業(yè)務的上市公司最多，在地方高科技政策補助、稅收減免及地區(qū)經濟發(fā)達的優(yōu)勢下，目前石墨烯技術產業(yè)也能夠滿足產業(yè)需求。第三梯隊包括山西、重慶、遼寧、甘肅、湖南、福建、云南、天津、黑龍江、陜西、湖北、江西和河南。這個梯隊的區(qū)域最多，它們申請石墨烯專利數(shù)量較少。這些區(qū)域近幾年也在利用自身資源優(yōu)勢或臨近發(fā)達區(qū)域積極申請石墨烯專利，申請增長率逐年持續(xù)上升，但在技術研究領域特征并不明顯，技術研發(fā)小類比較集中于某些領域，且創(chuàng)新主體較為單一。研發(fā)主體仍以高校、科研機構為主。第四梯隊包括新疆、河北、廣西、吉林、海南、青海、貴州、寧夏和內蒙古。這些區(qū)域申請的石墨烯專利數(shù)量不僅比較少，而且在石墨烯產業(yè)發(fā)展中效果并不理想，盡管貴州、內蒙古、新疆礦產資源豐富，但由于地理位置或經濟發(fā)展水平的限制，在石墨烯發(fā)展過程中仍需要國家地方政策扶持或與石墨烯高度產業(yè)化的區(qū)域學習或引入高科技人才或先進技術。

4 對策建議

從整體情況來看，2010年和2015年是石墨烯技術創(chuàng)新關鍵時點，國家產業(yè)化政策和各省份加快研發(fā)帶來了石墨烯專利數(shù)量的提速。但各區(qū)域創(chuàng)新成果分布不均衡、技術領域涉及全面但各子技術領域進化趨勢不同步、企業(yè)申請專利逐年增加。針對各區(qū)域石墨烯技術創(chuàng)新特征，中國各省份區(qū)域石墨烯技術創(chuàng)新呈現(xiàn)差異化發(fā)展特征由各省份經濟發(fā)展層次不同決定，同時也受國家戰(zhàn)略布局、產業(yè)園扶持等優(yōu)惠政策影響。

在石墨烯技術助推中國深化供給側改革和傳統(tǒng)產業(yè)升級換代的大背景下，需要深刻審視中國石墨烯產業(yè)發(fā)展方向和階段。堅持石墨烯發(fā)展一盤棋和分領域行業(yè)指導，充分利用石墨資源優(yōu)勢(山東、河南、湖南、黑龍江和內蒙古)、高端領域布局(新能源、新一代信息科技、生物醫(yī)學、軍工裝備)；整合“政策-資金-技術-產學研用”模式；開放創(chuàng)新(華南地區(qū)兩廣、福建和海南)、區(qū)域協(xié)同(長三角、珠三角、山東和京津冀一體化)、集群發(fā)展(黑龍江、吉林和遼寧)等重大工程的建設將引導各省份發(fā)揮自身優(yōu)勢促進石墨烯技術創(chuàng)新。同時，各省份要根據當?shù)貙嶋H產業(yè)發(fā)展水平注重基礎研究，提高知識產權保護意識，鼓勵各創(chuàng)新主體研發(fā)關鍵技術和核心技術，借鑒國際國內先進經驗完善各區(qū)域石墨烯產業(yè)基地(園區(qū))建設，走特色化石墨烯技術創(chuàng)新之路。