我國石墨烯技術發展現狀及趨勢分析

趙振霞 陳紅

摘要：文章采用專利信息分析方法，研究了石墨烯技術專利申請時間、技術領域及申請人分布。發現：石墨烯技術專利布局較為廣泛，但大多集中于基礎應用技術領域；專利申請人多為高校和科研機構，且研發主體之間合作較少。運用專利數量測算法和Pearl曲線模型預測分析石墨烯技術發展趨勢，結果顯示：我國石墨烯技術處于快速發展階段，即將進入技術發展成熟期，需把握發展機遇尋求新的技術突破。

關鍵詞：專利分析；石墨烯；Pearl模型；發展趨勢

Development of Graphane Technology in China： Present and Future

— Based on Patent Statistics

Abstract： By using patent information analysis method， the paper investigates the graphane technologyrelated patents， including the time of application， which technology field the patents belong to and distribution of applicants. It finds out that graphane technology patents are widely distributed， but most of them focus on the field of basic applied technology； most applicants are from high-learning schools and research institutions， and cooperation between research teams is seldom seen. Based on the method for calculating the number of patents and the Pearl curve model， it forecasts and analyzes the developing trend of graphane technology. The result shows that graphane technology is at the rapid development stage in China and it will soon enter into the maturation stage. It suggests that China should seize the chance and make new technological breakthroughs.

Key words： patent analysis； graphane； Pearl curve model； developing trend

近年來，全球范圍內對石墨烯技術的專利申請呈現快速增長的態勢，陳長益、吳華珠利用社會網絡分析方法，洪凡采用SCIE分析功能和CiteSpace軟件，王國華利用Thomson Innovation平臺文本聚類功能，分別從IPC構成、區域分布、申請人分布等不同角度研究了石墨烯技術專利的發展現狀。上述研究方法雖能較好地描繪出該技術目前的發展情況，但均為對技術專利信息的歸納，缺乏對石墨烯技術未來發展趨勢的預測和分析。本文采用專利數量測算法和Pearl曲線模型預測石墨烯技術發展趨勢，具有較強的可操作性和準確性，以為我國石墨烯領域的技術創新提供一些參考和依據。

一、中國石墨烯技術專利分析

1.申請量年度趨勢分析

以石墨烯為檢索關鍵詞，在SooPAT專利數據庫中進行檢索統計。截止到2015年9月15日，共檢索到7 538件中國石墨烯專利申請，其中發明專利占94.93%，實用新型占5.06%，外觀設計占0.01%。由于中國發明專利申請一般在申請日后18個月公布，因此2014 — 2015年的專利申請量數據不完全，僅作參考。對專利申請的年度數量進行統計，其逐年分布情況如圖 1 所示，可以清晰地反映出我國石墨烯技術的發展趨勢。

從圖 1 可以看出，國內第一件石墨烯的專利申請出現在2001年。2001 — 2008年申請量累計不到100件，各年申請量均少于50件，彼時石墨烯技術仍處于萌芽期；2008年以后專利申請量出現爆發式增長，2011年更突破1 000件，之后一直保持強勁的增長勢頭。

2. 主要技術領域分析

統計我國石墨烯技術專利IPC小類，分析其涉及的技術活躍領域和技術領域的專利分布情況。表 1 列出了排名前 9 位（申請量超過800件）的石墨烯專利技術領域及申請量。

從表 1 可以看出，中國石墨烯技術領域的專利申請主要集中在C部（化學）和H部（電學）。石墨烯制備是主要的專利技術生成領域，并向復合材料、基礎性能利用為主的應用領域拓展。具體研究領域主要有：（1）石墨烯制備，如液相剝離、CVD等，主要分類號包括C01B等，其相關專利申請量最大；（2）石墨烯納米材料以及復合材料，例如導電導熱材料、復合纖維和碳纖維等，主要分類號包括B82Y、C08K、C08L等；（3）石墨烯在鋰離子、太陽能電池電極材料、光電器件等方面的應用，主要分類號包括H01L、H01M、H01G等。

3.專利申請人分析

（1）申請人合作網絡分析

運用UCINET軟件繪制石墨烯技術專利申請人合作網絡關聯圖，且采用無向網絡圖。每一個結點代表不同的申請人，節點之間的連線表示申請人之間的合作次數。

文章構建了365個申請人的合作網絡，去除節點數小于 3 的申請人。選取了合作申請人在 3 個以上、合作專利數量大于10件的研發主體構建網絡（圖 2）。可以發現，我國石墨烯技術專利申請人合作網絡整體較為松散，合作結構簡單且頻率不高，分散的小團體合作明顯，尚未形成具有一定規模的網絡。具體來說有以下特征。

①由兩個研發主體合作申請的現象最普遍，合作網絡結構呈現三角形的有14個，但合作的頻數普遍較低，均少于10次。清華大學、北京理工大學、上海交通大學、江南大學等高校均形成包含 4 個以上節點的合作結構。合作網絡密度最大的是常州大學，呈現出樹狀的網絡特征，主干部分包含10個節點，其他的支干也大多包含 3 個合作主體。

②以省內合作為主，地理位置是高校與企業進行專利合作的重要因素。合作企業依托所在城市的高校，進行科技創新和科技成果的轉化。如與常州大學進行專利合作的 7 家企業均在江蘇省內；上海交通大學的合作企業為上海驛度數碼科技有限公司和上海中聚佳華電池科技有限公司。表明高校進行技術專利合作的企業以省內為主，其余主要分布在周圍的省市，即優先選擇地緣型合作模式。

③合作頻率普遍不高，少數合作次數較多的申請人屬于親緣型合作模式。在構建的申請人合作網絡中，合作次數大于10件的有 6 組。其中清華大學與鴻富錦精密工業（深圳）有限公司合作專利數57件，中科院重慶綠色智能技術研究院與重慶墨?？萍加邢薰竞献鲗＠麛?4件，北師大與北師大科技園科技發展有限公司合作專利17件。以上申請人之間的合作特點是高校、科研院所與企業之間建立了固定持續的合作關系，屬于典型的親緣型合作模式。而節點間聯系頻數最高的是海洋王照明科技股份有限公司、深圳市海洋王照明工程有限公司與照明技術有限公司之間的合作，共同申請的專利數最多，但全都集中在母公司與其子公司之間，不具有合作的代表性。

（2）主要專利申請人技術主題分析

統計排名前10位的主要專利申請人的IPC小類，分析其專利申請的重點技術主題。選取申請量排名前 9 的IPC小類（圖 3），彩色柱形代表各個專利申請人的IPC小類，柱形上不同顏色占比的大小表示不同專利申請人各個IPC小類的專利申請數量?？梢钥闯觯覈┘夹g專利申請人在石墨烯制備技術、納米材料、儲能轉換等領域的布局較為普遍，但技術研發主題各有側重。如海洋王照明科技股份有限公司所申請專利集中在石墨烯的制備（C01B）、電容器（H01G）等領域。浙江大學的專利申請主要在電池組電極（H01M）等領域，電子科技大學在半導體器件（H01L）領域的申請專利數最多。

二、石墨烯技術發展趨勢分析

1. 專利數量測算法

本文采用陳燕、黃迎燕等提出的專利數量測算法進行技術發展趨勢分析，計算了石墨烯技術的技術成熟系數（γ）、技術成長率（V）和新技術特征系數（N）的值。其中，技術成熟系數γ=a/（a+b），a為當年發明專利申請數，b為當年實用新型專利申請數；技術成長率V=a/A（A為過去 5 年該技術領域發明專利的申請總量），體現石墨烯技術的發展階段。新技術特征系數N=γ+V2，體現了石墨烯技術的新穎程度。2005 — 2013年新技術特征N和技術成長率V的計算結果如表 2 所示。

從表 2 可以看出，2005 — 2009年的V值、N值雖存在一定程度的波動，但總體上呈增加趨勢，表明石墨烯技術處于萌芽發展階段，新技術特征在加強，呈現出較大的發展潛力；2009年以后，V值逐年遞減，石墨烯技術進入快速發展階段，此階段N值也呈穩定下降趨勢，表明石墨烯突破性技術創新開始趨緩。

2. Pearl曲線擬合及分析

SerkanAltuntas等指出Pearl曲線模型可以有效預測技術的生命周期。根據已有的專利數據，應用Pearl曲線模型預測模擬石墨烯的技術成長曲線，具體方程如下：

P（t）=M/（1+e（α-βt））或（t）=M/（1+Ae（-βt））

其中，P（t）表示技術專利的累計個數；t是時間；A是曲線的斜率，A=eα；M是增長極限值，表示成長的飽和水平，即專利數量的最大值。

根據石墨烯技術年度專利申請量數據，運用Matlab軟件對曲線模型進行擬合預測，確定石墨烯技術專利數量的增長極限M為4 222，經過計算得出α、β分別為8.73、0.97。代入上述模型，得到我國石墨烯技術的Pearl曲線（圖 4），模型方程為P（t）=4 222/（1+6 205e-0.97t）。其中R2=0.997，擬合度較好。

我國石墨烯領域的技術專利申請從2001年開始出現，到2004年專利數分別為1、1、0、1件，故選取2004年以后的數據進行相關擬合預測分析。對P（t）=4 222/（1+6 205e-0.97t）的速度函數求二階導，并令其等于零，解之可得：t1=7，t2=10。t1=7，即2001 — 2009年間我國石墨烯技術處于初始增長階段，該階段石墨烯專利申請量較少，處于技術發展的萌芽期；t2=10，即2009 — 2013年石墨烯專利技術處于快速發展階段，該階段石墨烯專利申請量的增長率急劇上升。

由（t）=0 可解得：t*=9為增長曲線的唯一極值點，此時技術增長最快，處于高峰期，即在2012年我國石墨烯技術的增長速度達到高峰期。2013年以后，相關專利總量依舊增加，但速度減慢，進入飽和增長階段，預計在2020年左右達到飽和水平。根據預測結果，目前我國石墨烯技術正處于快速發展的成長期，即將進入技術發展的成熟期。

三、結論與建議

本文利用專利信息分析方法，從年度申請量、申請人合作、技術領域分布等角度，分析了我國石墨烯技術的發展現狀。并運用專利數量測算以及Pearl曲線模型，預測了模擬石墨烯技術未來的發展趨勢。研究認為：近年來我國石墨烯技術專利申請量增長十分迅速，在專利申請總量方面具有較大優勢。運用專利數量測算法以及Pearl曲線模型擬合的結果來看，石墨烯技術正處于快速發展階段，在2013年以后逐步進入緩增期。目前尚處于尋求高端應用技術突破的階段，亟需把握發展機遇。

另外，主要專利申請人大多為高校和科研院所，申請人之間合作強度較小，研發主體相對分散且相互的合作局限于單一的技術性合作。整體來看仍側重于技術研發，科研成果的轉化問題需要加以重視。我國應鼓勵企業與高校、科研機構的合作，積極推進產學研相結合，加強研發主體間的合作強度，形成緊密的合作網絡，促進相關專利技術的產業化進程。專利申請從石墨烯的制備到電極、電容器、石墨烯納米材料、傳感器、生物醫藥、復合材料等應用領域均有涉及，但多數專利集中于石墨烯的制備等少數幾個技術領域。需要進行重點研發和創新，實現我國石墨烯技術領域的全面創新發展。

參考文獻

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