科学计量学在技术预见研究中的应用*——以新材料研究为例

乐思诗，王平尧，应贤军（宁波职业技术学院图书馆，浙江　宁波　315800）



科学计量学在技术预见研究中的应用*
——以新材料研究为例

乐思诗，王平尧，应贤军
（宁波职业技术学院图书馆，浙江宁波315800）

［摘要］以新材料领域为例，将科学计量学方法应用于技术预见研究，通过国家、机构、作者、高被引、关键词等分析，得出该领域的关键前沿研究为自主装、纳米线及太阳能电池的相关研究，石墨烯的研究呈现明显的上升趋势，美国是新材料研究的领先者，中国在高质量论文的发文和研究机构等方面取得显著进步，跻身领先行列。

［关键词］科学计量学；Citespace；新材料；技术预见

*本文系宁波市哲学社会科学规划课题“基于科学计量学的新材料行业技术预见研究”（编号：G15-ZX42）成果之一。

CLC number:G350

1　引言

自2005年，日本将引文分析作为主要手段，将文献计量学方法应用于第八次技术预见调查［1］后，科学计量学逐渐成为技术预见的重要分析方法之一.相对于德尔菲法的成本高、耗时长以及主观性过强等不足，科学计量学通过文献分析追踪科学活动的演进，可以有效降低调查过程中的主观性，客观地反映预见成果的科学性和可靠性，更为适合中短期的技术预见活动。王伟军［2］等以日本第八次技术预见活动为例，论证了知识图谱在技术预见中应用的可操作性。马楠和官建成［3］探讨了引文分析方法在研究前沿中的应用，认为引文分析方法能够为各个领域的学者们提供重要的学科发展趋势的相关信息，也能够为科技政策的制定提供依据。王金鹏［4］、王伟［5］分别将文献计量学应用信息安全技术、材料科学等领域，论证了文献计量学在技术预见活动中的可操作性和客观性。

新材料领域发展迅速，根据《中国新材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》分析，世界材料产业的产值以每年约30%的速度增长。工业和信息化部研究制定的《2015年原材料工业转型工作要点》指出，要积极培育新材料产业，推动新材料领域健康发展［6］。本文在此基础上，通过对近五年间的新材料领域高质量论文数据的计量统计，深入分析该领域的核心国家、机构、作者及前沿热点。

2　研究方法与数据来源

本文选取了JCR（期刊引证报告）中材料科学领域期刊影响因子TOP10的期刊（表1），并从SCI数据库中检索了2010～2014年这10种期刊发表的论文，共计20 433篇。

本文将Citespace作为分析工具，Citespace是2003年由美国Drexel大学陈超美教授开发的基于可视化技术在知识领域帮助用户进行突发趋势和技术预测等的分析系统。利用Citespace软件可以用于探测和分析学科研究前沿的变化趋势以及研究前沿与其知识基础之间、不同研究前沿之间的相互关系。

表1　材料科学领域按期刊影响因子TOP10的期刊

3　分析与讨论

3.1国家分布

为了解中国在全球新材料领域研究所处的发展地位，首先分析了上述高质量论文的国家分布情况。根据图1中的节点大小来看，美国高质量论文发表数量最多，2010～2014年期间美国相关研究数量达到8 433篇，占所有研究论文的41.27%。中国的论文数量已经超过德国、日本等国家，2010～2014年中国共发表论文2 803篇，位居第二位。其次为德国、韩国和英国，分别为1 732篇、1 347篇和999篇。从近五年的发展趋势看，美国的论文数量基本保持稳定的上升趋势，德国、日本、英国和韩国基本保持稳定趋势，中国的论文数量上升较快，2014年较2010年上涨了210.73%。

综合图1、图2，美国在材料科学领域的研究仍处于绝对领先地位，中国在该领域的研究已经有了显著的提升，呈现快速发展的趋势［8］。

图1　发文国家分布情况　

图2　2010-2014年各国发文数量变化情况

3.2机构分布

如表2所示，前TOP20的研究机构中，美国有12所研究机构，占据主导地位，其研究机构分布较为均衡，包括麻省理工学院、加州大学伯克利分校等，也包括橡树林国家实验室等国家实验室。论文发表总数最多的为中国科学院。从总体的机构分布看，中国的材料领域的研究主体为以中国科学院为代表的研究机构和以北京大学、清华大学、浙江大学、复旦大学等为代表的大学，此外还有中国船舶重工集团公司等企业，但分布较为集中。

在TOP20的机构中还包括英国的剑桥大学、新加坡的南洋理工学院和新加坡国立大学、韩国的KAIST和首尔大学。从机构类型看，大学仍然是材料科学领域的主要力量，推动材料科学领域研究的进步。

表2　发文数量TOP20的机构分布情况

3.3作者分布

如表3所示，材料科学领域的前20位高发文作者中，Laurie Donaldson、David Bradley、Cordelia Sealy 及Stewart Bland的发文属于news item。在研究论文中，发文数量最高的是佐治亚理工学院的王中林，其次为斯坦福大学的崔毅。从所属机构看，莱斯大学最高，有4位高发文作者，其次为日本的国立材料科学研究所，有2位高发文作者。美国所属研究机构仍为最多，包括德克萨斯州大学奥斯汀分校，伊利诺伊大学、斯坦福大学、橡树林国家实验室、加州大学洛杉矶分校和西北大学。此外，德国的马普高分子所及中国的中国科学院也各有1位高发文作者。

通过对发文作者的聚类分析，共得出了23个研究领域。如图3所示，聚类较大的包括以王中林、Murray CB为代表的纳米发电机的研究，以Weiss PS为代表的定量技术研究，以鲍哲楠为代表的高迁移率相关研究，以李述汤为代表的太阳能电池应用的相关研究，以崔毅为代表的拓扑绝缘体相关研究，以Yang Yang和Tour JM为代表的石墨烯纳米带研究，以Weiss PS为代表的定量技术研究，以Klaus Muellen为代表的锂化研究。

表3　高发文作者分布情况

图3　发文作者的分布情况

3.4高被引文献分析

如表4 所示， 材料科学领域影响最大的文献是诺贝尔物理学奖得主NOVOSELOV KS 及GEIM AK2004 年发表在SCIENCE 上的Electric field effect in atomically thin carbon films 一文， 被引频次为981次，该文为NOVOSELOV KS 及GEIM AK 通过剥离高定向石墨的方法首次成功制备出石墨烯晶体。其次为GEIM AK2007 年发表在Nature Mater 上的The rise of grapheme ，被引频次为774 次。从高被引论文看，除Perdew JP1996 年发表的关于广义梯度近似的研究外，其余9 篇论文均为石墨烯的改进研究。

3.5研究热点与前沿分析

通过对20 433篇论文的关键词进行分析，纳米粒子的出现频次最高，有1 981次，其次为薄膜研究，出现1 811次。如图4所示，石墨烯、碳纳米管、纳米结构、场效应晶体管、纳米线、光谱、纳米线、量子点等均有较高的出现频次，一起构成了目前材料科学领域的研究热点。从发展趋势看，石墨烯的研究呈现了快速的上升趋势，较2010年上涨了254.79%。纳米粒子、薄膜、纳米结构的研究也有明显上升趋势，而对碳纳米管的研究则有所下降。

图4　TOP10关键词发展趋势　

图5　研究前沿分布情况

如图5所示，对关键词进行聚类分析后得到了三个中心性大于0.1的节点，即目前材料科学领域的关键前沿研究，分别是自主装（self-assembly）研究、纳米线（nanowires）研究和太阳能电池（solar-cells）研究。

目前材料科学的研究主要分布在可控合成、水溶性碳纳米管、化学稳定性、细胞粘附、4D电子显微镜、肌动蛋白结构、双激子、动态催化剂重组、硒化镉纳米带等10个研究领域。

在可控合成方面，偏重于薄膜、石墨烯、碳纳米管、晶体管等方面的研究以及关于石墨烯的化学气相沉积、氧化物制备方法研究。在水溶性碳纳米管方面，主要围绕场效应晶体管、太阳能电池等在性能、输送、效率、设备等方面的展开研究。在化学稳定性方面，主要关键词有纳米结构、光谱仪、自主装、金纳米粒子和光学特性等。如图5所示，围绕硒化镉纳米生成了两个聚类，分别是围绕纳米晶、量子点的光致发光研究以及碳纳米管、晶体管及复合物的光电子、分割研究。此外还包括纳米管、复合材料、纳米复合材料上的细胞粘附行为的观察研究，基于4D电子显微镜的薄膜表面粘附研究，纳米线、硅等的催化剂研究及从生物学出发的肌动蛋白的实验研究等。

4　结论与建议

通过上述分析可以得出以下结论：

（1）目前，新材料行业的关键前沿领域主要为自主装、纳米线和太阳能电池的相关研究。此外，纳米粒子、薄膜的相关研究具有较高的活跃性，石墨烯的研究则呈现明显的上升趋势，而对碳纳米管的研究则有所减缓。

（2）中国科学院、麻省理工学院、加州大学伯克利分校作为该研究领域最活跃的机构，占据新材料研究的主导地位。佐治亚理工学院的王中林、斯坦福大学的崔毅、莱斯大学的Ajayan PM则是近五年期间新材料研究领域最活跃的作者。

（3）无论从论文发表数量、机构数量还是作者数量看，美国在新材料领域的研究处于绝对领先地位。中国在该领域的研究已经有了显著的提升，呈现快速发展的趋势，并已超越日本、德国等发达国家，在高质量论文发表数量中位居第二位。不过，中国在新材料领域的研究影响力上仍与发达国家存在较大差距。

（4）在新材料领域的高发文作者和高引文作者均频频出现王忠林、崔毅、鲍哲楠等中国学者，但他们的所属机构却非中国，说明我国还需要为学者创造良好的研究环境，吸引更多优秀的学者能够回国为我国的新材料研究做出贡献。

［参考文献］

［1］陈春，肖仙桃，孙成权.文献计量分析在日本技术预见中的应用［J］.图书情报工作，2007（4）:52-55.

［2］王伟军，王金鹏.科学知识图谱在技术预见中的应用探析［J］.情报科学，2010（8）:1127-1131.

［3］马楠，官建成.利用引文分析方法识别研究前沿的进展与展望［J］.中国科技论坛，2006（4）:110-113.

［4］王金鹏.基于科学计量的技术预见方法优化研究［D］.上海:华中师范大学，2011.

［5］王伟.文献计量法在技术预见中的应用［D］.大连:大连理工大学，2008.

［6］新材料产业或政策支持概念股迎升机［EB/OL］.［2015-07-29］.http://finance.qq.com/a/20150304/049988.htm.

［7］CHEN C M. CiteSpace II: Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature［J］. Journal of the American Society for Information Science and Technology，2006（3）:359-377.

［8］CHEN C M. Searching for intellectual turning points: Progressive Knowledge Domain Visualization［J］.Proc.Nat.Acad.Sci.，2004，101（Suppl.）:5 303-5 310.

（编发：章忠平）

The Application of Scientometrics in Technology Foresight :Based on New Materials

LE Si-shi，WANG Ping-yao，YING Xian-jun
（Ningbo Polytechnic Library，Ningbo 315800，China）

Abstract:Based on new materials，this paper makes a research on technology foresight by scientometrics method. The result shows that the key cutting-edge research is self-assembly，nanowires and solar-cells. Especially，graphene research is beginning to appear a leap of growth，USA is the leader in new materials research，China has made remarkable progress in the high-quality paper and research institutions.

Keywords:scientometrics；Citespace；new material；technology foresight

［中图分类号］G350

［文献标识码］A

［文章编号］2095-5197（2016）02-0118-05

［作者简介］乐思诗（1986-），女，馆员，硕士，研究方向：信息计量；王平尧（1957-），男，副教授，硕士，研究方向：科学计算与应用；应贤军（1982-），男，工程师，硕士，研究方向：计算机软件。

［收稿日期］2016-01-12