石墨烯產業曙光初現專利布局成焦點

文/沈 慧

石墨烯產業曙光初現專利布局成焦點

文/沈 慧

“一秒鐘內下載一部高清電影，手機的充電時間縮短到一分鐘，這些都有可能在2024年前后實現，靠的僅僅是一個小小的石墨烯器件。”業內人士如是預測。

作為世界上最柔軟的堅硬材料，被譽為“黑金子”的石墨烯因其自身優異的秉性近年來漸成材料新寵。那么，中國應如何開發石墨烯這座“金礦”？

現狀：“后起之秀”材料

石墨烯是一種新型的碳納米材料，其厚度僅為一個碳原子的厚度(0.34nm)，是目前已發現的最薄也最堅硬的材料。近年來，石墨烯備受推崇，源于其優異的物理及電學性質。因其發現，英俄的兩位科學家于2004年獲得諾貝爾獎。

石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快，可被期待用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。“此外，由于它幾乎是完全透明的，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板，甚至是高效太陽能電池及超大容量蓄電池。”北京國之專利預警咨詢中心總經理于立彪介紹。

專利分析結果顯示，石墨烯相關的專利申請最早出現在2002年，2008年起出現實質性的快速增長。我國在石墨烯技術領域的專利技術產出量最高，占據了總產出量的40.25%；美國占總產出量的22.10%，位列第二；韓國以占總產出量21.18%的比例排名第三。

“這說明近幾年我國石墨烯研發投入力度較大，同時也注重運用專利來保護研發成果，但數量多不代表實力強，我國的石墨烯專利申請主要來源于科研院所和高校，多數還處于實驗室研究階段。”于立彪坦言。

北京國之專利預警咨詢中心發布的《石墨稀產業專利分析報告》顯示，全球排名前六位的專利申請人，分別是韓國三星公司、中國科學院、韓國高等技術研究院和韓國科學技術研究院、韓國成均館大學、美國IBM公司以及個人申請人 Bor Z. Jang。

不僅如此，我國的石墨烯專利布局也讓于立彪深感擔憂:“在石墨烯領域我國雖然屬于后起之秀，但專利布局不合理，這不利于牽制和制約競爭對手。”

熱點：增強實用性

對石墨烯產業而言，制備技術是基礎。

根據《石墨稀產業專利分析報告》，全球石墨烯制備方法的專利申請為471件，涉及的制備方法包括化學氣相沉積法、氧化還原法、SiC熱分解法、氣相/液相剝離法、機械剝離法等。其中，關注度最高的是化學氣相沉積法和氧化還原法。

“目前全球石墨烯專利技術正處于快速發展期，但材料制備技術的產業化程度較低，化學氣相沉積法和氧化還原法可能是實現產業化的途徑。”于立彪分析說，化學氣相沉積法相比其他制備方法更容易實現大尺寸和穩定量產化，主要專利掌握在韓國三星公司、中國科學院、韓國成均館大學手中，不過現階段化學氣相沉積法仍面臨石墨烯層數可控性差的問題，今后工藝細節調控（比如壓力控制、時間控制及后處理技術）可能是該技術產業化的突破口。而氧化還原法雖操作簡單，具有放量制備前景，但所用原料存在一定毒性，污染環境。

制備工藝的重要性不言而喻，不過通過專利檢索發現，涉及石墨烯制備方法和設備的專利申請僅占29.20%，涉及石墨烯用途的專利申請卻占到48.05%。

“隨著石墨烯制備技術的發展以及樣品質量不斷提高，目前的研究熱點不僅在于石墨烯的制備方法，還在于如何將石墨烯應用到各個領域中，從而實現石墨烯技術大規模的商業應用。尤其是一些國外的大型企業，在石墨烯應用領域大力投資。”于立彪透露。

根據石墨烯應用技術分支申請量分布圖，涉及石墨烯在TFT基板、催化劑、透明電極、晶體管上的應用是研發熱點，其中涉及電池的專利申請最多，占比高達36%。

北京國之專利預警咨詢中心的專利分析員表示，石墨烯的導電性、柔韌性好，具有很高的比表面積，決定了其具有高的儲能空間，制備透明石墨烯膜用于鋰離子電池、太陽能電池等領域具有廣泛的前景，是近兩年應用技術分支的研究熱點。

策略：加快專利布局

眼下，石墨烯炙手可熱。日前，美國國防部先進項目研究局與威斯康星大學麥迪遜分校宣布，共同研發出一項人腦研究技術，可探究人腦神經結構與功能的聯系。該技術正是用石墨烯做傳感器，其厚度不到一納米，首次可兼容光學和電學手段同時觀測。

對石墨烯予以“厚愛”的不唯美國。不久前，韓國幾家高校亦宣布已成功開發出混合石墨烯。據了解，這種混合石墨烯制成的電子紋身具有可伸縮性，并且呈透明狀，即使被折疊或者拉扯，依然能夠正常工作。研發團隊還將這種材料制成生物傳感器，用來監測人體的健康數據。

市場前景不言而喻，作為石墨烯領域“后起之秀”的中國如何在這個競爭激烈的領域保持優勢并搶占先機？

“開展專利預警分析，加強專利挖掘和布局。”這是北京國之專利預警咨詢中心給出的答案。

根據全球主要競爭對手專利申請技術分布圖，石墨烯專利申請量排名第二位的中國科學院，在國內的專利申請有103件，而PCT專利申請僅1件；而申請量排名第一位的韓國三星公司不僅在韓國國內有40件專利申請，還在美國有46件專利申請，在中國有12件專利申請，PCT申請有7件，在歐洲也有1件；韓國高等技術研究院、韓國科學技術研究院等的專利布局策略亦與三星公司類似。

“由此可以看出，我國的石墨烯專利申請量雖然絕對數量很大，但區域保護表現較差，幾乎沒有對石墨烯專利申請國外保護。韓國的企業、研究機構則對專利保護十分重視，它們不僅在韓國國內進行專利布局，還在全球主要競爭對手所在國或地區進行相當數量的專利布局，這點值得國內企業和科研機構借鑒。”于立彪表示。

在于立彪看來，隨著石墨烯應用技術的發展，今后將有更多的國外申請人到中國進行專利申請和布局。在這方面國內企業和研究機構應給予足夠重視，技術研發和產業化過程中適時開展專利預警，防范并及早規避潛在的專利風險。