我国石墨烯技术发展现状及趋势分析

赵振霞 陈红

摘要：文章采用专利信息分析方法，研究了石墨烯技术专利申请时间、技术领域及申请人分布。发现：石墨烯技术专利布局较为广泛，但大多集中于基础应用技术领域；专利申请人多为高校和科研机构，且研发主体之间合作较少。运用专利数量测算法和Pearl曲线模型预测分析石墨烯技术发展趋势，结果显示：我国石墨烯技术处于快速发展阶段，即将进入技术发展成熟期，需把握发展机遇寻求新的技术突破。

关键词：专利分析；石墨烯；Pearl模型；发展趋势

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

近年来，全球范围内对石墨烯技术的专利申请呈现快速增长的态势，陈长益、吴华珠利用社会网络分析方法，洪凡采用SCIE分析功能和CiteSpace软件，王国华利用Thomson Innovation平台文本聚类功能，分别从IPC构成、区域分布、申请人分布等不同角度研究了石墨烯技术专利的发展现状。上述研究方法虽能较好地描绘出该技术目前的发展情况，但均为对技术专利信息的归纳，缺乏对石墨烯技术未来发展趋势的预测和分析。本文采用专利数量测算法和Pearl曲线模型预测石墨烯技术发展趋势，具有较强的可操作性和准确性，以为我国石墨烯领域的技术创新提供一些参考和依据。

一、中国石墨烯技术专利分析

1.申请量年度趋势分析

以石墨烯为检索关键词，在SooPAT专利数据库中进行检索统计。截止到2015年9月15日，共检索到7 538件中国石墨烯专利申请，其中发明专利占94.93%，实用新型占5.06%，外观设计占0.01%。由于中国发明专利申请一般在申请日后18个月公布，因此2014 — 2015年的专利申请量数据不完全，仅作参考。对专利申请的年度数量进行统计，其逐年分布情况如图 1 所示，可以清晰地反映出我国石墨烯技术的发展趋势。

从图 1 可以看出，国内第一件石墨烯的专利申请出现在2001年。2001 — 2008年申请量累计不到100件，各年申请量均少于50件，彼时石墨烯技术仍处于萌芽期；2008年以后专利申请量出现爆发式增长，2011年更突破1 000件，之后一直保持强劲的增长势头。

2. 主要技术领域分析

统计我国石墨烯技术专利IPC小类，分析其涉及的技术活跃领域和技术领域的专利分布情况。表 1 列出了排名前 9 位（申请量超过800件）的石墨烯专利技术领域及申请量。

从表 1 可以看出，中国石墨烯技术领域的专利申请主要集中在C部（化学）和H部（电学）。石墨烯制备是主要的专利技术生成领域，并向复合材料、基础性能利用为主的应用领域拓展。具体研究领域主要有：（1）石墨烯制备，如液相剥离、CVD等，主要分类号包括C01B等，其相关专利申请量最大；（2）石墨烯纳米材料以及复合材料，例如导电导热材料、复合纤维和碳纤维等，主要分类号包括B82Y、C08K、C08L等；（3）石墨烯在锂离子、太阳能电池电极材料、光电器件等方面的应用，主要分类号包括H01L、H01M、H01G等。

3.专利申请人分析

（1）申请人合作网络分析

运用UCINET软件绘制石墨烯技术专利申请人合作网络关联图，且采用无向网络图。每一个结点代表不同的申请人，节点之间的连线表示申请人之间的合作次数。

文章构建了365个申请人的合作网络，去除节点数小于 3 的申请人。选取了合作申请人在 3 个以上、合作专利数量大于10件的研发主体构建网络（图 2）。可以发现，我国石墨烯技术专利申请人合作网络整体较为松散，合作结构简单且频率不高，分散的小团体合作明显，尚未形成具有一定规模的网络。具体来说有以下特征。

①由两个研发主体合作申请的现象最普遍，合作网络结构呈现三角形的有14个，但合作的频数普遍较低，均少于10次。清华大学、北京理工大学、上海交通大学、江南大学等高校均形成包含 4 个以上节点的合作结构。合作网络密度最大的是常州大学，呈现出树状的网络特征，主干部分包含10个节点，其他的支干也大多包含 3 个合作主体。

②以省内合作为主，地理位置是高校与企业进行专利合作的重要因素。合作企业依托所在城市的高校，进行科技创新和科技成果的转化。如与常州大学进行专利合作的 7 家企业均在江苏省内；上海交通大学的合作企业为上海驿度数码科技有限公司和上海中聚佳华电池科技有限公司。表明高校进行技术专利合作的企业以省内为主，其余主要分布在周围的省市，即优先选择地缘型合作模式。

③合作频率普遍不高，少数合作次数较多的申请人属于亲缘型合作模式。在构建的申请人合作网络中，合作次数大于10件的有 6 组。其中清华大学与鸿富锦精密工业（深圳）有限公司合作专利数57件，中科院重庆绿色智能技术研究院与重庆墨希科技有限公司合作专利数34件，北师大与北师大科技园科技发展有限公司合作专利17件。以上申请人之间的合作特点是高校、科研院所与企业之间建立了固定持续的合作关系，属于典型的亲缘型合作模式。而节点间联系频数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与照明技术有限公司之间的合作，共同申请的专利数最多，但全都集中在母公司与其子公司之间，不具有合作的代表性。

（2）主要专利申请人技术主题分析

统计排名前10位的主要专利申请人的IPC小类，分析其专利申请的重点技术主题。选取申请量排名前 9 的IPC小类（图 3），彩色柱形代表各个专利申请人的IPC小类，柱形上不同颜色占比的大小表示不同专利申请人各个IPC小类的专利申请数量。可以看出，我国石墨烯技术专利申请人在石墨烯制备技术、纳米材料、储能转换等领域的布局较为普遍，但技术研发主题各有侧重。如海洋王照明科技股份有限公司所申请专利集中在石墨烯的制备（C01B）、电容器（H01G）等领域。浙江大学的专利申请主要在电池组电极（H01M）等领域，电子科技大学在半导体器件（H01L）领域的申请专利数最多。

二、石墨烯技术发展趋势分析

1. 专利数量测算法

本文采用陈燕、黄迎燕等提出的专利数量测算法进行技术发展趋势分析，计算了石墨烯技术的技术成熟系数（γ）、技术成长率（V）和新技术特征系数（N）的值。其中，技术成熟系数γ=a/（a+b），a为当年发明专利申请数，b为当年实用新型专利申请数；技术成长率V=a/A（A为过去 5 年该技术领域发明专利的申请总量），体现石墨烯技术的发展阶段。新技术特征系数N=γ+V2，体现了石墨烯技术的新颖程度。2005 — 2013年新技术特征N和技术成长率V的计算结果如表 2 所示。

从表 2 可以看出，2005 — 2009年的V值、N值虽存在一定程度的波动，但总体上呈增加趋势，表明石墨烯技术处于萌芽发展阶段，新技术特征在加强，呈现出较大的发展潜力；2009年以后，V值逐年递减，石墨烯技术进入快速发展阶段，此阶段N值也呈稳定下降趋势，表明石墨烯突破性技术创新开始趋缓。

2. Pearl曲线拟合及分析

SerkanAltuntas等指出Pearl曲线模型可以有效预测技术的生命周期。根据已有的专利数据，应用Pearl曲线模型预测模拟石墨烯的技术成长曲线，具体方程如下：

P（t）=M/（1+e（α-βt））或（t）=M/（1+Ae（-βt））

其中，P（t）表示技术专利的累计个数；t是时间；A是曲线的斜率，A=eα；M是增长极限值，表示成长的饱和水平，即专利数量的最大值。

根据石墨烯技术年度专利申请量数据，运用Matlab软件对曲线模型进行拟合预测，确定石墨烯技术专利数量的增长极限M为4 222，经过计算得出α、β分别为8.73、0.97。代入上述模型，得到我国石墨烯技术的Pearl曲线（图 4），模型方程为P（t）=4 222/（1+6 205e-0.97t）。其中R2=0.997，拟合度较好。

我国石墨烯领域的技术专利申请从2001年开始出现，到2004年专利数分别为1、1、0、1件，故选取2004年以后的数据进行相关拟合预测分析。对P（t）=4 222/（1+6 205e-0.97t）的速度函数求二阶导，并令其等于零，解之可得：t1=7，t2=10。t1=7，即2001 — 2009年间我国石墨烯技术处于初始增长阶段，该阶段石墨烯专利申请量较少，处于技术发展的萌芽期；t2=10，即2009 — 2013年石墨烯专利技术处于快速发展阶段，该阶段石墨烯专利申请量的增长率急剧上升。

由（t）=0 可解得：t*=9为增长曲线的唯一极值点，此时技术增长最快，处于高峰期，即在2012年我国石墨烯技术的增长速度达到高峰期。2013年以后，相关专利总量依旧增加，但速度减慢，进入饱和增长阶段，预计在2020年左右达到饱和水平。根据预测结果，目前我国石墨烯技术正处于快速发展的成长期，即将进入技术发展的成熟期。

三、结论与建议

本文利用专利信息分析方法，从年度申请量、申请人合作、技术领域分布等角度，分析了我国石墨烯技术的发展现状。并运用专利数量测算以及Pearl曲线模型，预测了模拟石墨烯技术未来的发展趋势。研究认为：近年来我国石墨烯技术专利申请量增长十分迅速，在专利申请总量方面具有较大优势。运用专利数量测算法以及Pearl曲线模型拟合的结果来看，石墨烯技术正处于快速发展阶段，在2013年以后逐步进入缓增期。目前尚处于寻求高端应用技术突破的阶段，亟需把握发展机遇。

另外，主要专利申请人大多为高校和科研院所，申请人之间合作强度较小，研发主体相对分散且相互的合作局限于单一的技术性合作。整体来看仍侧重于技术研发，科研成果的转化问题需要加以重视。我国应鼓励企业与高校、科研机构的合作，积极推进产学研相结合，加强研发主体间的合作强度，形成紧密的合作网络，促进相关专利技术的产业化进程。专利申请从石墨烯的制备到电极、电容器、石墨烯纳米材料、传感器、生物医药、复合材料等应用领域均有涉及，但多数专利集中于石墨烯的制备等少数几个技术领域。需要进行重点研发和创新，实现我国石墨烯技术领域的全面创新发展。

参考文献

[1] 陈长益，吴华珠.我国石墨烯领域专利信息可视化分析[J].现代情报，2014（3）：120-124.

[2] 洪凡.基于知识图谱的国内石墨烯研究分析与发展对策[J].2014（4）：6-11.

[3] 王国华，周旭峰，刘兆平.石墨烯技术专利分析[J].新材料产业，2013（11）：37-45.

[4] 陈云伟，方曙.社会网络分析方法在专利分析中的应用研究进展[J].图书情报工作，2012（4）：90-95.

[5] 陈燕，黄迎燕，方建国，等.专利信息采集与分析[M].北京：清华大学出版社，2006.

[6] Serkan Altuntas，Turkay D，Andrew K. Forecasting technology success based on patent data[J].Technological Forecasting and Social Change，2015，96：202-214.