中國水環保領域碳納米管技術創新態勢研究

中圖分類號：X52

文章編號：1674-6139（2025）08-0063-05

文獻標志碼：A

Research on Technological Innovationof Carbon Nanotube in China's Water Environmental Protection Field

LinQiuyi，Jia Yangyang，XieQiumei （Fujian Institute of Scientific and Technological Information，Fuzhou 35ooO1，China）

Abstract：Basedontheatsnappatentretrievaltolandusing methodssuchaspatentanalysisandcomprehensiveevaluation，theinnovativedevelopmenttrendanddistributioncharacteristicsofarbonnanotubes（CNsinthefieldfwaterenviomentalprotectiowere studied.TheresearchindicatestatteoverallnumberofpatentapplicatiosandgatsforCsintheatereviromentalprotection fieldshowedagrowingtrendfrom2012to2021.TheCNTstechnologyexhibitedanoverallpaternof“growthdecline-stability”in termsofinnovationdevelopment.InOl6，thetechnolgygrowthate，newtehnologicalfeatures，andcomprehensiveiovatioidex reached their highest values at 49.83% ，1.203，and O.582，respectively.Carbon nanotubes（CNTs）exhibit significant technological innovationitfeldfaterramntdpoltanthracterzatioHowever，eirioatiocapacityiaterratmentpro biologicaltreatmentismediocre.Among thesub-branchesofwatertreatment.Amongthetop1Otechnologybranchesinthenumberof patents，CO2F10hasapoorcomprehensiveinovationlevelbutthefastestinnovationgrowth，andCO2F1andCO2F10lareintheadvanced level of comprehensive innovation.

Keywords：water environmental protection；CNTs；patents；innovation

前言

創新是技術發展的動力，隨著CNTs技術越來越多的應用于水環保領域，CNTs技術的創新能力引起了越來越多的關注。專家學者們多采用綜述的形式，對CNTs在不同應用領域的創新應用情況進行研究[1-3]，但由于研究角度的不同以及側重點的差異，綜述內容無法全面的反映技術在環保產業中的創新發展情況。

專利可以較好的反映創新活動，研究人員嘗試采用專利分析方法對CNTs整體技術創新發展情況進行研究[4]。對CNTs技術在單一環保領域中的創新發展情況未見有相關報道，研究旨在利用專利分析和綜合評價等方法，通過對CNTs技術在水環保產業中的專利數據進行綜合分析，探索CNTs技術的創新發展態勢和創新分布特征，為環保產業的技術創新戰略和發展實踐提供借鑒。

1數據來源和研究方法

1. 1 數據來源

采用Patsnap進行專利檢索，檢索式確定為：（IPC：（B63J4）ORIPC：（C02F）ORIPC：（C05F7）ORIPC：（C09K3/32）ORIPC：（E02B15/04ORE02B15/06）ORIPC：（E02B15/10）ORIPC：（E03B3） ORIPC：（E03C1/12）ORIPC：（E03F）OR IPC：（C05F7））ANDTAC_ALL：（“CNTs”OR“carbonnanotube\"），由于專利申請的公開時間與國際專利進入國家階段的時間滯后性，研究將分析時間段確定為專利申請日：2012年1月1日-2021年12月31日，檢索日為2024年3月6日，選取“發明專利”，受理局選擇“中國”，共檢索出1465組簡單同族專利。

1.2 研究方法

專利產出分析：采用Excel及Patsnap平臺對收集的專利數據進行整理，并進行統計分析。

創新發展態勢分析：以技術成熟度、技術成長率及新技術特征等指標[5]對2012年－2021年CNTs技術在水環保產業中的創新發展態勢進行定量分析，采用熵權-TOPSIS 法[6對2012年－2021年創新態勢進行綜合分析。

創新分布特征研究：引入專利總量－相對增長率-變異系數綜合指標[7]，分析CNTs技術在水環保產業各技術分支中的創新發展特征，利用熵權-秩和比綜合評價法（RSR）[8]對各技術分支的創新水平進行分檔分析。

2 結果分析

2.1 專利產出分析

圖12012年-2021年中國水環保產業CNTs技術專利發展情況

如圖1所示，2012年-2021年間，水環保產業中CNTs技術相關專利申請和授權數量整體呈增長趨勢，2012年-2016年專利的授權占比存在較大的波動，2014年的授權占比最高（ 72.46% ），2016年的授權占比最低 39.86% ，原因可能是該年度專利申請量增長明顯造成，2017年－2021年專利授權占比穩定保持在 50% 左右。

2.2技術創新發展態勢

2.2.1專利集中度

在2012年到2015年之間，專利集中度（年度申請總量排名前10位申請人的專利申請量/該領域專利申請總量）下降的較快，由 53.85% 下降至 31.37% ，這可能意味著CNTs技術在水環保領域中的發展獲得了越來越多的重視，相關領域的研究和創新活動逐漸擴大，使得更多的研究機構參與其中。從2016年開始，專利集中度趨于穩定，但整體上呈下降趨勢，至2021年下降至 17.71% ，這可能是由于CNTs技術發展日趨成熟，各個研究機構之間的競爭加劇，導致專利數量更加分散，表明CNTs技術的研究和創新活動呈現出更加多元化和分散化的趨勢。

2.2.2技術成長率

技術成長率指標的計算公式為 σ=σ 當年發明專利申請量/追溯5年的發明專利申請累積數。通過CNTs在水環保領域的技術成長率的指標發展情況，可以發現CNTs在水環保領域的技術成長率從2012年的 38.78% 增長到2016年的最高值 49.83% ，并在之后逐漸下降，到2021年下降至 25.31% ，CNTs在水環保領域的技術發展經歷了一個高速增長階段后逐漸趨于穩定，顯示出CNTs技術在水環保領域的創新呈現衰退遲緩趨勢。

2.2.3 新技術特征

新技術特征指標可以較好地反映相關技術新興或衰老的情況，計算公式為：技術成長率的平方 + 技術成熟系數（技術成熟系數為當年發明專利申請數/（當年實用新型專利申請數 + 當年發明專利申請數））。2002年-2021年CNTs技術在國內水環保產業中的新技術特征發展呈現一定的先增后減的趨勢，新技術特征在2016年達到頂峰（1.203），在2020 年達到最低（1.013）。新技術特征的變化同樣反映出CNTs技術在水環保領域的創新研究呈現衰退的跡象，意味著CNTs技術在該領域的創新發展空間在逐漸縮小，亟需新的突破才可以促進技術的發展。

2.2.4創新發展態勢綜合分析

采用熵權TOPSIS法，對2012年-2021年CNTs技術在水環保領域中的整體創新態勢進行綜合分析，以專利申請量、申請人數量、技術成長率、新技術特征、授權占比為主要指標，使用熵權法確定五個指標的權重，分別為：申請量的權重為 23.53% 、申請人數量的權重為 21.10% 、技術成長率的權重為 18.44% 、新技術特征的權重為 19.89% 、授權占比的權重為 17.05% 。

獲得2012年到2021年CNTs在水環保領域的綜合創新指數，綜合創新指數在整體上呈現出先增長后降低的趨勢，從2012年的0.299增長到2016年的最高值0.582，綜合創新指數在2016年前增長迅速，然后保持在較高水平，2016年－2018年間CNTs技術在水環保領域的創新水平達到最佳，2018年后進人穩定階段。

2.3技術創新分布特征

以IPC大類為分析的第一維度，專利數量為第一指標對專利的檢索結果進行統計分析。結果表明：目前CNTs技術在水環保領域的研究熱門主要分布在C02F1（水、廢水或污水的處理）；C02F101（污染物的性質）等相關科研發展方向。專利數量排名前十的技術分支中，水環保產業相關的專利技術熱點領域主要集中于以C02F1、C02F101、C02F103、C02F9、C02F3技術分支為主的C部（化學;冶金）。其他領域中B部的B01J20、B01D67、B01D69、B01J23、B01D71占比也較高，表明CNTs在水環保產業的技術發展與B部中的B01J（化學或物理方法）和B01D（分離）領域具有較強的關聯性。

2.3.1 相對增長率

相對增長率主要用來表征各技術分支領域在時間維度上的成長，用于分析與闡述各技術分支在水環保領域中的變化特點。對專利數量前十名的技術分支進行分析整理，得到相對增長量及變異系數指標，分析發現IPC分類號C02F103分支相對增長率最高達到1.595，而B01J20的相對增長率最低為0.625，說明近十年CNTs技術在C02F103領域中成長的最快，增長速率明顯快于CNTs在水環保產業中的整體創新能力，是帶動CNTs技術在水環保產業創新能力發展的主導領域。

2.3.2專利數量-相對增長率－變異系數

對專利數量－相對增長率的組合分析，探究CNTs技術在各技術分支結構演變的動態特征，以CNTs技術各分支領域的專利總量和相對增長率指標繪制二維矩陣，如圖2所示，分別以專利數量和相對增長率的平均值作為中線將散點圖分為四個象限。

第一象限專利數量較高而且具有較高的相對增長率，因此在該象限中技術可視為“主導－創新型”技術。該象限中僅有C02F101這個技術分支，這說明CNTs水污染物的研究是CNTs技術創新中的主導技術領域，在水環保產業中有著較強的發展潛力。第二象限技術可視為“新興-創新型”技術，目前處于該象限中的技術分支有B01D69和C02F103兩個技術分支，分別對應“以形狀、結構或性能為特征的用于分離工藝或設備的半透膜；其專用制備方法”“待處理水、廢水、污水或污泥的性質”，雖然專利申請量較低，但相對增長率均高于平均值（1.030），具有很大的創新發展空間。第三象限中技術領域的專利數量與相對增長率均處于較低水平，可以看做“基礎－潛力型\"技術，目前有六個技術分支均是處于這一象限，結合技術成長率來看，這些研究處在衰退階段的可能性較大，同時也有待新技術的發現和進一步的研究和發展。第四象限中技術可視為“主導－成熟型\"技術，只有C02F1屬于這一象限。

圖2中國水環保產業CNTs技術專利總量－相對增長率情況

圖3中國水環保產業CNTs技術變異系數－相對增長率情況

引入變異系數－相對增長率指標，探究CNTs技術在各技術分支中的創新穩定性特征，以CNTs技術各分支領域的變異系統和相對增長率指標繪制二維矩陣，如圖3所示，分別以變異系數和相對增長率的平均值作為中線將散點圖分為四個象限。第一象限的技術領域具有較高的相對增長率但創新穩定性較差，該象限中技術可視為“創新-波動型”技術，有C02F101、C02F103這兩個技術分支，表明CNTs技術在水污染物性質和污水污泥等性質的研究增長快但研究的穩定性較差，應持續長效的投入，使創新的穩定性得到增強。第二象限中技術領域具有較高的相對增長率且穩定性高，可視為“基礎－波動型\"技術，技術分支有B01J23和C02F3、B01D67三個技術分支。第三象限中技術領域看做“潛力－穩定型”技術，B01D71、B01J02、C02F1、C02F9四個技術分支均是處于這一象限，這些研究可能已處在成熟期或者亟待出現較大的技術突破。第四象限可視為“創新－穩定型\"技術，只有B01D69屬于這一象限。

2.3.3CNTs技術創新分布特征綜合評價

采用熵權秩和比綜合評價法（RSR）對專利數量排名前十位的技術分支的創新水平進行綜合評價，以分類號為索引項，專利數量、相對增長率、當前申請（專利權）人數量、發明人數量、被引用專利數量、權利要求數為正向變量指標，變異系數為負向變量指標各參數編秩方法采用非整秩方法。首先采用熵權法確認變量權重：專利數量的權重為 19.65% 、當前申請（專利權）人數量的權重為 18.19% 、發明人數量的權重為 19.61% 、被引用專利數量的權重為13.56% 、權利要求數的權重為 18.22% 、相對增長率的權重為 6.12% 、變異系數的權重為 4.65% 。利用SPSSPRO進行秩值計算，利用生成的RSR分布值作為自變量，以P值（累積頻率所對應的概率單位）為自變量，計算直線回歸方程，進行線性回歸。線性回歸 F=23.361，P=0.001^??? ，說明檢驗的結果得到水平呈現顯著性，模型的擬合優度 R²Φ=Φ 0.745，模型表現較為良好，基本滿足要求。VIF全部小于10，模型無多重共線性問題，模型構建良好，并將結果分為先進、一般、較差三個水平檔次。

根據評價結果可以得出：各技術分支發展不平衡問題顯著，RSR值最高的是C02F1（0.701），最小的C02F3（－0.036）。從綜合評價來看，C02F1、C02F101在排名前十的技術分支中創新水平處于先進水平，說明從專利角度來看，CNTs的研究在水處理技術和污染物性質研究兩方面的創新能力較強。而在C02F103（待處理水、廢水、污水或污泥的性質）、C02F9（水、廢水或污水的多級處理）水處理工藝方面的創新能力處在一般水平。CNTs技術在C02F3（水、廢水或污水的生物處理）、B01D71（以材料為特征的用于分離工藝或設備的半透膜;其專用制備方法）領域的創新能力與其他技術領域相比處于較差水平，表明以CNTs為主的生物處理工藝和膜工藝技術在水環保領域的發展任重道遠，在這些技術分支中有較強的發展機遇與創新發展空間。

3結論

2012年-2021年間，水環保產業中CNTs技術的專利申請和授權數量整體呈增長趨勢。其中，2016年是CNTs在水環保產業發展的重要節點，技術成長率、新技術特征和綜合創新指數均在2016年達到頂峰，2016年前創新能力增長迅速，2016年－2018年CNTs技術的創新水平達到最佳并在2018年后進入穩定階段。CNTs技術在水環保產業中的技術創新存在不平衡的情況。專利綜合創新水平最高的技術分支為C02F1、C02F101，技術創新多集中在水處理和污染物性質相關的技術分支，在水處理工藝等技術應用方面仍存在不足。此外，CNTs技術在水環保產業的創新發展與其他技術領域聯系密切。

因此，應加強CNTs技術的應用轉化渠道，在技術創新研究過程中密切關注關聯領域的創新發展情況。CNTs技術在水環保產業中仍有較大的創新發展潛力，需要加大對CNTs技術的創新投入，促進CNTs技術在水環保產業的應用。

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