關系網絡范式下科研合作選擇研究
——以納米技術科技報告為例

陸麗娜，袁 芳

（1.江蘇省科學技術發展戰略研究院，江蘇南京 210024；2.中國科學技術信息研究所，北京 100038）

隨著科學的發展，與其他科學家合作成為科學進步的關鍵。科學合作是研究人員為生產新的科學知識這一共同目的而在一起工作［1］。科學合作是科研活動的重要組成部分，有利于知識的生產和科學的發展［2］。早在20 世紀60 年代初，科學計量學之父的Price 就開始對科研合作進行計量研究。隨之社會網絡方法的引入為考察整體網絡結構的產生及其影響提拱了新視角［3］。科研領域從此成為合作關系研究的實驗田，交織著各式各樣的關系網絡，有基于知識關聯的知識關系和基于人際關系的合著關系，表征為文獻引用網絡、關鍵詞共現網絡、作者合著網絡、機構合著網絡、國家合著網絡等［4］。科研合作網絡一般是指科技活動參與者基于科技目標形成的一種科研合作關系網絡。

論文和專利較早進入科研合作網絡分析的視野,成為科研合作網絡分析的“常規動作”。基于此進行的科研合作網絡分析的常規要素包括關鍵詞、作者、機構、國家、參考文獻等，但針對合作選擇的討論多針對單一維度進行，缺乏系統的梳理。科技報告作為科技布局的重要產出資源，可以較好地反映基于科技活動的合作關系。本文旨在納米技術領域科研合作的基礎上，提出一種基于科研合作關系網絡進行科研合作選擇的框架。本文將表明，要進行科研合作選擇，就需要系統地對科研合作關系網絡進行分析。而國家科技報告恰恰為進行科研合作選擇提供了一個極為合適的案例。

1 文獻回顧

科研合作關系網絡的研究范式日趨多元化。Newman［5］最早把科研合作網絡認定為共同完成一篇論文的合作關系。Salinero 等［6］認為多個研究機構合作參與科研項目形成科研合作網絡，通過將參與科技項目所有研究單位納入數據集，去發現新的科研合作領域。由于引文索引恰好可以從一定角度客觀地反映科學家之間的思想與行為的聯系，早期學者基于引文索引查找目標科學家的合作記錄，形成以科學家個體為中心的合作網絡［7］。科爾等［8］結合獎勵、知名度等指標，利用科學引證索引次數的集中程度對科學家進行了分層賦分。Lahlou［9］則通過分析629 個實驗室中183 對合作關系，去衡量合作關系網絡的影響力，發現基于實驗室形成的科研合作網絡有助于推動進一步的科研合作。Lee 等人［10］基于443 位美國科學家的信息，指出學者間合作具有整合個人、機構及環境等優勢資源的中介效應，進而證明了基于科學家選擇的合作策略對論文出版率的正向作用。Hadded 等［11］通過構建巴西REAL 實驗室研究者合作變遷網絡，強調處于網絡中心的研究者在領域內學術發展過程中的重要地位。Salinero 等［6］基于巴西亞馬遜地區的水生脊椎動物的科學合作，呈現了科研合作網絡中心單位空間布局與研究重點，也說明基于熱點合作領域形成科研合作網絡的重要性。總體上，科研合作網絡的研究可以分為網絡形態的演化選擇和網絡演化動力機制兩個研究路徑，關鍵詞、作者、科研機構謂之摸清科研合作網絡的基本要素，摸清科研合作網絡有利于幫助科研用戶快速發現學科領域研究網絡全景圖，預測未來合作的走向。

作為公認的新興的技術領域，納米技術被認為是21 世紀信息、材料和生物醫學領域關鍵技術之一。近年來，關于納米技術合作網絡的研究大量增加。概括起來，納米技術科研合作網絡范式研究主要圍繞合作的主體參與、合作網絡空間選擇、合作技術領域熱值變化展開。Pandza 等［12］研究發現大學和研究所在納米技術合作網絡中占據絕對主導地位，證明了納米技術合作以企業與大學或企業與研究機構合作為主，而企業與企業間合作較少；Tang 等［13］發現中科院是中國納米領域最大的研究機構（由多個研究所組成），甚至是國際納米技術合作的領導者。Schummer 等［14］研究發現多學科性、跨學科性是納米技術領域合作的突出特征,納米技術領域傾向于選擇不同的多學科合作模式。梁立明等［15］指出我國納米科技研究機構與研究地域具有相對分散的特點。雖然學術界關于納米技術科研合作網絡研究有不少討論，但主要是基于論文和專利，科研領域的合作還更多地體現在科技項目等方面。基于科技項目而形成的科研合作強關系更多地影響著科研合作的走向。科技報告是國家科技布局重要產出資源，由于其科技檔案的屬性定位，能夠較好地反映基于科研項目合作形成的關系網絡。目前關于科技報告這一資源，缺乏足夠多的關注和利用，因此基于國家科技報告，針對科研合作關系網絡不同層面的分析，可以為科研合作的選擇提供多條路徑。

2 研究設計與方法

2.1 數據來源

本文以2006—2018 年近15 年間納米技術科技報告為例。基于國家科技報告后臺數據，設計檢索策略，提取了5 852 篇納米技術相關科技報告數據，結合主題、關鍵詞進行第二步清洗，并根據文獻的報告類型以及提交年份進行去重，最終獲得科技報告2 959 篇，涉及作者5 608 位，關鍵詞7 696 個。然后，提取報告篇名、關鍵詞，進行excel 文件自建。

由于國家科技報告產生數據不支持選擇格式導出，數據需要加工處理后才能導入Spss、Ucinet 等軟件中進行可視化展示。本文選擇使用Bicomb 共詞分析軟件進行詞篇矩陣和共詞矩陣的設計以接入Ucinet 進行知識圖譜可視化展示。Bicomb 共詞分析軟件多用于PubMed 數據庫、SCI 數據庫、CNKI 數據庫下載的數據處理，對于自建數據討論不多。文章采用 Bicomb 共詞分析軟件對自建樣本數據進行格式處理，也是一次很好的嘗試。利用Bicomb 軟件，進行新項目格式定義，根據研究的需要設定頻次閾值，生成可供Ucinet 等軟件識別的詞篇矩陣和共現矩陣文件。

2.2 研究方法

科研合作網絡關系的分析是進行科研合作選擇的一條有效的路徑，也是預測未來科研合作走向的基礎。本文研究基于的假設是不同機構科研人才合作完成的科技報告是其合作關系的反映，關系網絡范式下的合作包括地理區域、單位機構、科研人才、技術知識間的合作。本文在科研合作網絡分析的基礎上，利用知識圖譜進行科研合作網絡可視化的研究設計，運用科學知識圖譜繪制軟件Ucinet，直觀地展示出單位、人才、技術知識的合作關系。通過共詞分析和聚類設計關鍵詞領域熱點知識圖譜，形象地展示納米技術領域知識結構和熱點分布。通過單位共現矩陣設計單位合作關系知識圖譜，分析重點科研單位以及熱點合作領域。通過人才共現矩陣設計人才合作關系知識圖譜，展示了納米技術領域中心人才及合作團隊。

圖1 基于科技報告的科研合作選擇路線圖

3 基于關鍵詞共現網絡進行科研合作選擇

3.1 共詞分析

高頻關鍵詞的確定。關鍵詞是文獻核心內容的濃縮和提煉，較文獻中其他知識單元，關鍵詞更能直觀地反映出文獻的內容和作者研究主題［16］。在科技報告中，關鍵詞是基于科技項目研究主題和關鍵技術點進行填寫，高度概括了科技項目的基本內容，因此基于詞頻分析方法，挖掘納米技術研究熱點，同時考慮關鍵詞之間的語義關聯信息，可以發現研究主題軌跡。為更好地預測未來合作領域，基于全部的納米技術科技報告關鍵詞進行共詞和聚類分析，研究納米技術的重點領域，結合人才密度及人才合作比率等確定關鍵技術合作方向。

通過詞頻分析結果來看，納米技術體系的形成是按照基礎技術（基礎化學、納米材料等）開發——基本制造（重點產品：專用機械、生物制藥、金屬制品等）的路徑有序推進的。從下表的關鍵詞詞頻中可以看出納米材料共現240 次，碳納米管共現190次，石墨烯共現145 次，納米結構共現79 次，自組裝共現73 次，納米顆粒共現69 次，納米線共現41 次、吸附共現33 次、制備共現26 次、催化共現25 次、組裝共現24 次、檢測共現22 次，這些是基礎技術領域關注的熱點。太陽能電池共現37 次，生物傳感器共現35 次，傳感器共現29 次，鋰離子電池共現27 次，腫瘤藥物共現25 次，超級電容器共現23 次，這些是納米技術領域關注的重點產品。需要說明的是納米材料有很多種，在納米材料中，科技報告關注最多的是碳納米管、石墨烯，這些屬于新型材料，導電性、儲能性比較好，多應用于能源、或者AI 領域，這是基礎研究的重點，對應的應用關注的重點是太陽能電池、傳感器。這些詞頻分布說明了納米技術遵循了基礎領域率先發展、應用領域有序拓展的發展路徑。以數量科學和化學等為代表的基礎學科領域是整個納米技術的先導學科領域，也為其它技術領域的應用創造了可能的空間。

表1 納米科技領域前30 位關鍵詞

關鍵詞網絡分析。采用Ucinet 軟件對關鍵詞共現網絡進行分析。下圖中節點的位置越集中以及面積越大，說明關鍵詞越重要，能夠反映該領域的研究熱點。關鍵詞之間的語義關系表征為節點之間的連線，連線的粗細及顏色深淺表示關系的緊密程度。通過關鍵詞的網絡圖譜可以看出納米技術研究主要圍繞“納米材料、碳納米管、石墨烯、納米顆粒”等開展“催化、氧化、制備”等基礎科學研究，應用研究范圍廣闊，分布在生物、傳感、檢測、電子、藥物、細胞等多個研究領域。

圖2 納米技術關鍵詞網絡語義圖

3.2 聚類分析

關鍵詞聚類分析用于發現技術知識合作熱點。將納米技術科技報告關鍵詞數據導入Bicomb 分析軟件，頻次閾值選擇大于20 小于240，生成詞篇矩陣，導入Spss24.0，選擇Binary 中的Ochiai 系數，生成聚類樹圖。聚類結果反映了這些關鍵詞之間關系的親疏，進一步反映了納米技術科技報告聚焦的熱點。關鍵詞聚類分析的原理是以同一篇報告中關鍵詞出現的頻率（共詞）為分析對象，利用聚類統計學分析方法，把關系密切的關鍵詞聚集在一起形成類團，關鍵詞越相似，它們的距離就越近，反之就較遠［17］。聚類結果如圖3。

圖3 納米技術研究領域關鍵詞聚類圖

根據聚類結果的連線，我們把其分為七類。分類一為圍繞二氧化鈦進行的超級電容器方面的研究，屬于納米能源材料與技術方向，包含由光催化、二氧化鈦、摻雜、超級電容器。分類二為圍繞氧化鋅進行的納米器件研究，屬于微納加工和微納器件制備領域，包含氧化鋅、納米器件、生長機理、納米結構。分類三為納米技術應用于生物醫學方向的腫瘤治療研究。包含納米技術、機理、腫瘤、納米顆粒。分類四圍繞半導體進行的納米功能材料技術方向的研究，包含催化、半導體、組裝、納米。分類五涉及到納米材料在太陽電池領域的重要應用，包含納米管、納米線、太陽能電池，屬于納米能源材料和技術領域。分類六為圍繞石墨烯、碳納米管進行的納米能源材料技術方面的研究，由三個小分類組成。其中1 小分類由石墨烯、鋰離子電池、核殼結構構成。2 小分類由自組裝、納米粒子構成。3 小分類由碳納米管、復合材料、聚合物組成。分類七為納米信息材料技術方向研究，圍繞納米復合材料制備，進行生物傳感器方面的基礎研究。由兩個小分類組成。1 小分類由納米復合材料、制備組成。2 小分類由量子點、檢測、生物傳感器、電化學、納米材料、傳感器組成。通過關鍵詞聚類結果，結合專家意見，我們把納米技術領域聚合為納米生物醫學領域、納米功能材料與技術領域、微納加工與器件制備領域、納米信息材料與技術領域、納米能源材料與技術領域、納米環境材料與技術領域（納米復合材料也廣泛用于環境材料）六大領域。

基于關鍵詞共現網絡發現技術熱點以選擇科研合作的重點領域。通過對納米技術熱點的研究，發現納米技術領域科研合作集中在納米技術前端的納米材料制備領域較多，中端環節的納米器件制備以及后端環節的納米技術的產業化應用涉及多學科多單位。納米技術合作熱點領域聚焦在納米生物醫學領域、納米功能材料、微納加工與制備、納米信息材料、納米能源材料以及納米環境材料六大領域。納米技術產業化應用熱點涉及太陽能電池、納米生物傳感器、超級電容等。由此可見，基于石墨烯、碳納米管等，以綜合設計開發新的納米復合材料為合作研究的重點領域，以支撐生物醫學、人工智能、能源、環境、信息領域的融合與變革。

4 基于人才合作網絡進行科研合作選擇

4.1 合作關系的確定

經過統計得到5 001 位作者，合作人數為2 843人。若多位作者同時出現在一篇科技報告中，則判定其存在合作關系，此科技報告認定為合著。由表2 可以看出納米技術領域科研合作更傾向于4 人以上合作模式。

表2 合著科技報告統計信息

在科技報告科研合作網絡中，定義兩位作者同時完成一篇科技報告就表示他們之間有合作關系。通過ucinet 軟件，計算出該網絡的平均點度中心度為2.71。其中孟國文、占金華、李峰、瞿美臻、徐寧、聞雷、李明濤、汪國忠等作者的點度中心度最高，這些作者在合作網絡中項目數量平均為4 項。科研團隊如梁興杰、王東亮，陳蓉、單斌、陳亮、尹宏峰、彭路明，馬潔、宋詠梅、劉祥軍、彭睿等團隊已基本形成。其中孟國文和占金華，李峰和聞雷，李峰和徐寧等核心作者之間也有過合作。在納米技術領域核心人才及合作團隊基本形成。

圖4 納米技術人才網絡圖

4.2 “結構洞”人才

結構洞理論出自伯特，用來描述非重復關系人之間的斷裂，具體來說，社會網絡中某個個體和一些個體發生直接聯系，但與其他個體不發生直接聯系，從網絡整體看，好像網絡結構出現了洞穴［18］。簡而言之，該點在科研合作中起到橋梁和中介的作用，扮演著“中介人”的角色，在科研合作網絡中擁有更多的信息、資源和權力，顯現出更多的信息優勢和控制優勢。為了發現納米技術科研合作網絡中位于結構洞的關鍵人才，選用伯特提出的限制度（constraint）指標進行測量。科研人員受到的“限制度”是指此人在自己的網絡中擁有運用結構洞的能力，限制度值越小，表示此人在合作網絡中擁有更多的信息和資源的控制優勢。處于“結構洞”的科研人員，往往打通不同的合作領域，連接不同背景的人才和團隊。如：占金華主要研究納米結構材料的可控化學合成、功能化組裝及光電性能，連接了納米材料制備的孟國文團隊和圍繞李明濤納米材料檢測團隊以及發展微/納米材料合成新方法的汪國忠團隊；師文生主要研究生物傳感器連接了圍繞彭睿的納米生物醫學團隊和張曉宏納米功能材料團隊。王文龍主要研究柔性納電子器件和光熱電轉換器件連接著圍繞彭海琳的納米能源材料團隊和白雪冬的納米信息材料團隊。在納米技術合作結構中，“合作島”形成了比較大的網絡規模結構，我們將納米技術領域里規模最大的“合作島”具體構成放大呈現于下圖，可以很清楚地看到“結構洞”人才連接的合作路徑。

（2）子宮平滑肌瘤病理基礎與造影表現。子宮平滑肌瘤是一種常見的女性生殖器官良性腫瘤，大小不同，呈球形或不規則形，具有明顯界限，瘤組織切面一般為灰白色。如果出現供血不足或肌瘤生長較快的情況，會出現多種繼發性改變。子宮平滑肌瘤造影劑增強一般表現為肌瘤周邊首先增強，出現一個半環形增強影，主要供血血管呈樹枝樣伸入，然后瘤體整個增強。子宮腺肌病表現為多條血管呈不規則分支狀進入病灶內，整個病灶區肌層呈不均勻高增強，造影后期呈不均勻稍低增強，邊界不清，無包膜感[3]。本研究中16例子宮平滑肌瘤的超聲造影符合上述表現，但其常規彩超診斷符合率與超聲造影診斷符合率差異無顯著性。

圖5 納米技術人才合作島

“結構洞”科研人才跨接多領域多背景，不僅打通納米技術的不同領域，連接了不同的合作團隊，鏈接了跨領域的技術合作。通過計算網絡中納米技術科研人員的限制度指標并進行升序排列，選取前20 位低限制度的“結構洞”人才，參照科研人員技術研究所聚焦的合作學科數量、獲得的專利授權數量、發表論文的H 指數、參與的國家基金項目，對納米技術領域的具有合作資源優勢的人才進行分析。通過Spearman 相關系數檢驗的方法，計算納米技術網絡中所有合作的科研人員限制度值與該科研人員的聚焦的學科數量、授權專利數量、H 指數、基金項目數量之間的相關性。從相關性結果來看限制度值與學科數量顯著正相關。H 指數與基金項目數量顯著正相關。雖然限制度值和專利數量無顯著正相關，研究發現位于結構洞的科研人員可以提供很好的專利合作平臺。綜合科研人才中心度的研究，進行納米技術科研合作，不僅要與中心度高的科研人才建立連接，還要拓展與低限制度“結構洞”科研人才的合作，推動交叉學科的研究開展。

表3 納米技術領域前20 位“結構洞”人才

表3 （續）

近年來我國聚集了眾多的納米技術科研人員，鑒于人才合作結構分析發現，納米技術領域核心人才及合作團隊基本形成。基于納米技術科研人員技術研究內容，進行納米技術科研合作重點領域確定。根據“結構洞”人才技術研究內容發現，不僅要與中心度高的科研人員建立連接，還要拓展與低限制度“結構洞”科研人才的合作，推動交叉學科的研究開展，深化專利合作。結合“結構洞”人才技術研究內容可以預測，綜合計算科學，納米生物、納米能源以及納米功能材料將是未來交叉學科研究成果涌現的重要領域。

5 基于單位合作網絡進行科研合作選擇

5.1 科研合作中心單位

在科技報告科研合作網絡中，定義兩位單位同時完成一篇科技報告就表示單位之間有合作關系。一個單位構成科研合作網絡的一個節點，單位之間通過整合資源進行研究合作，研究合作影響著知識生產的速度和效率，合作單位之間的關系在科研合作網絡圖中用連線表示，合作的方向用有向箭頭表示，合作的頻次用連線的粗細及顏色的深淺表示。本文以科技報告的參與單位名稱進行統計，分析不同單位之間的合作情況，每一個參與單位對應科研單位合作網絡圖中的一個節點，利用Bicomb 生成科技報告參與單位共現矩陣，頻次閾值選擇≥3，導入Ucinet 生成單位合作網絡可視圖譜。

我們用度數中心度衡量一個單位節點是否處于合作網絡的中心，如果一個點與許多點直接相連，我們就說該點具有較高度數中心度；如果某點具有最高的度數，則稱該點居于網絡的中心，擁有較多的資源。由圖6 可看出，單位之間的合作比較密切，“清華大學、北京大學、復旦大學、浙江大學、海交通大學、中國科學院化學研究所、南京大學、國家納米科學中心、蘇州大學、中國科學院大連化學物理研究所、廈門大學、中國科學技術大學、四川大學、北京航空航天大學”等單位處于整個納米技術科研合作網絡的中心，圍繞中心單位形成一個研究合作島嶼，同時這些合作島嶼之間也進行大量的單位合作，形成了納米技術研究的合作網絡。科研單位中心度測量的是科研單位在科研合作網絡中的權力，按照度數中心度指數來看，如表4 指數較大的單位，居于網絡較中心的位置，擁有較多的權力，對科研合作選擇具有較大的影響，其他科研合作單位對其較為依賴。

圖6 科研單位合作網絡圖

表4 科研單位部分度數中心度列表

5.2 科研合作主導單位

各單位基于優勢資源在合作對象和合作領域的選擇上各有側重。為進一步找出合作高影響力單位，本文擬從科研合作主導單位、影響力指數兩個維度進行確定。在一個整體網絡中，每個行動者的關系選擇是不同的，移至納米技術科研合作網絡中看，有的單位是合作關系的發出單位，有的則是合作關系的接受單位。從科研主導單位來看，北京大學、清華大學、浙江大學、上海交通大學、國家納米科學中心、中國科學院半導體所、中國科學院化學研究所、北京航空航天大學、復旦大學、中國科學院大連化學物理研究所在科技報告的科研合作網絡中處于主導地位，同時，他們也積極參加其他單位主導的科研合作，此外華東理工大學、南京大學、大連理工大學、哈爾濱工業大學等雖然在主導科研合作方面表現一般，但在參與其他單位主導的科研項目方面表現突出。各個單位在選擇合作單位時，基于納米技術知識的優勢，選擇與其研究的熱點和需求相關的單位進行合作。如北京大學就優勢領域納米生物醫學和納米功能領域與浙江大學展開合作，在納米功能材料領域選擇這一領域的優勢單位中國科學院物理研究所開展合作。清華大學和中國科學院大連化學物理研究所在各自的優勢納米功能材料領域開展合作。

表5 納米技術領域科研合作單位合作領域分布

表5 （續）

6 總結與討論

本文基于關系網絡范式，利用納米技術科技報告數據，綜合運用文獻計量法、社會網絡分析方法，對納米技術科研合作網絡進行了系統地分析，繪制了納米技術科研合作網絡圖譜，涉及技術熱點、合作領域、中心單位、關鍵人才，基于此進行了多維納米技術科研合作選擇。合作可以在不同層面上進行，不同層次間的合作也需要區分，機構間合作有時比個人間的合作更有效，個人間合作多是基于技術熱點而展開，關鍵人才此時顯得尤為重要。

需要指出的是，由于個人特征數據的不足，缺乏對合作網絡中個人的分析和評價，實現納米技術點選擇與關鍵人才的精準定位，以及合作關系的特征分析。國家技術布局對科研合作選擇的影響將在后續的研究中進行補充。基于科研人員特征數據、科研人員合作質量、合作關系類別、合作的促發因素以及考察科研人員合作的傾向等微觀層面需做更進一步研究。