基于专利地图的纳米技术领域专利情报分析

李向阳，刘小平

(1.中国科学院文献情报中心情报研究部，北京　100190　2.中国科学院大学，北京　100049)



基于专利地图的纳米技术领域专利情报分析

李向阳1,2，刘小平1

(1.中国科学院文献情报中心情报研究部，北京1001902.中国科学院大学，北京100049)

本文采用专利地图方法，从宏观、中观与微观三个层面对全球纳米技术的发展态势进行探讨。研究表明，当前纳米技术正处于快速发展的技术成长期，美国、韩国、日本和中国是纳米技术创新的主力军，三星电子、韩国先进科技学院、法国原子能委员会是纳米技术的领跑者，燃料电池、电极、半导体等是当前纳米领域的研发重点。

纳米技术；专利；专利地图；专利分析

1　国内外研究综述

当前，国内外许多学者都曾采用专利地图方法对相关领域的发展动态进行过探讨。Chen以美国专利商标局(USPTO)2005—2007年授权的74件汽车外观设计专利为研究对象，并在10名资深专利审查员与29名工业设计师的协助下，绘制了该领域的专利地图[1]。Son提出一种新的基于生成式拓扑映射的专利地图方法，并以光刻技术为目标领域，证明了该方法在揭示专利技术主题方面的客观性与准确性[2]。Wu则以USPTO授权的79件氢能源专利为研究对象，采用专利共词地图(PCMA)识别了该领域的研究热点[3]。国内研究中，孙斌等基于专利地图方法，系统探讨了江苏省太阳能光伏技术产业的发展状况[4]。马虎兆等则对中国射频识别(RFID)技术领域的专利文献进行了计量分析，揭示了该领域的竞争格局与发展态势[5]。邓金堂等从竞争机构、专利相对指数等角度，对中国光伏发电产业的专利申请与授权状况进行了统计研究[6]。潘雄锋等绘制了中国新能源专利技术的发展动向图、地区分布图等，深入揭示了该领域的发展动态[7]。学者们基于专利地图等方法对全球乃至某个国家特定技术领域的发展状况进行了分析探讨，然而将专利地图方法用于纳米领域的专利情报分析还鲜有研究。为此，本文将借助该方法从宏观、中观与微观三个层面对全球纳米技术的发展状况进行探讨。

2　专利宏观分析

本文的研究对象为全球纳米专利。在分析中，笔者采用了Thomson公司的Thomson Innovation(TI)专利检索与分析系统。TI是国际领先的专利信息检索分析平台，整合了全球权威的、深加工的、高附加值的世界专利引文索引(Derwent World Patent Index)、科学引文索引(Web of Science)等情报研究必备的数据库系统，目前数据总量已超过9000万件。采用关键词与IPC分类号进行综合检索，共获得纳米专利55453件，数据下载日期为2015年8月2日。由于专利申请的公开时间与国际专利进入国家阶段的时间滞后，近两年的专利数据并不完整，在分析时仅作参考。

2.1专利申请数量

图1描述了全球纳米专利2000—2015年的申请与公开状况。统计显示，该时段纳米专利的申请量为49997件，占全球纳米专利的90%，可见20世纪以来纳米产业实现了较快发展。由图1可知，纳米专利的申请量及公开量正稳步增长，尤其是2010年以后，迎来了一轮申请热潮，并在2011年达到顶峰，该年共申请专利7340件。随后，专利公开量于2012年也增至9590件，标志着纳米技术进入了发展的“快车道”。因而，2000年以前可视为全球纳米技术发展的第一阶段，即技术引入期。该阶段纳米技术方兴未艾，其诸多理论与实践问题仍待探索，发展潜力亦未完全展现。2000年以后，纳米技术日臻成熟，其影响力与知名度也迅速提升，各类专利权人争相研发，并不断取得技术突破，使纳米技术进入了发展的成长期。当前，纳米专利的申请量与专利权人数均增长迅速，可以预见这一趋势在未来一段时间仍将持续下去。

图1　2000—2015年全球纳米专利申请与公开状况

2.2专利申请国家

由图2可知，美国、韩国、日本和中国是全球纳米专利的主要申请国家。其中，美国共申请专利12711件，占全球纳米专利的23%；韩国紧随其后，申请专利11343件，占比20%；其次是日本与中国，专利申请均在8000件以上，占比均突破了15%。上述四国总计申请专利41780件，占全球纳米专利的75%。因而，该四国是全球纳米技术创新的主力军。此外，来自WIPO与欧洲专利局(EPO)的专利申请也占较大比重，表明专利权人对纳米技术的发展前景普遍看好，正积极进行全球专利布局，进军国际市场。

图2　纳米专利申请国家分布状况

图3动态描述了主要申请国家2005—2015年的专利申请状况。由图可知，澳大利亚、加拿大、德国与法国的专利申请正稳步增长，且增幅变化较小。可见，这些国家纳米技术的发展较为平稳，但相比美国、韩国而言，其发展速度明显偏慢。美国2009年以前的历年专利申请均不足500件，2010年陡增至1654件，2011年更是高达4247件，表现出强劲的竞争优势。韩国自2005年以来专利申请不断增长，2008年一度高达1900件,此后却呈现明显的下滑趋势，到2012年已不足1000件，可见其技术实力有所减弱。日本的专利申请相对平稳，历年申请量基本维持在600～800件。中国的纳米专利申请虽起步较晚，但增长迅猛，2013年已达680件，2014年陡增至2283件，展现出强劲的后发优势。

图3　纳米专利申请国家历年专利申请状况

3　专利中观分析

3.1专利权人分析

表1列出了纳米专利申请排名全球前20位的专利权人信息，共包括5所大学、6家科研机构与9家企业。可见，大学与科研机构是纳米技术创新的重要主体，而作为市场主体的企业其研发实力则有待提高。从来源国家看，日本专利权人占6位，包括佳能、国立材料科学研究所、科学振兴机构等，总计申请专利1746件，占全球纳米专利的3.2%。可见，日本在纳米领域拥有较强的集团优势。来自韩国与美国的专利权人各5位，韩国包括三星电子、先进科技学院、食品开发研究所等，合计申请专利3010件，占比5.4%，其整体技术创新实力不可小觑；美国专利权人包括IBM、加州大学、MIT等，共申请专利1700件，占比3.1%。其余专利权人来自法国和中国；法国专利权人虽数量不多，但排名靠前，共申请专利1092件，占比2.0%；中国虽有不少机构申请了纳米专利，但申请数量少且较为分散，仅鸿海精密工业与清华大学榜上有名，合计申请专利783件，占比1.4%。可见，中国专利权人在纳米领域的创新实力有待提高。

图4动态描述了部分高产专利权人的专利申请状况，可见各专利权人的专利申请趋势基本一致：以2010年为界，在此之前专利申请较少且增长缓慢，2010年以后专利申请增速加快，表明各专利权人的技术创新进入高潮。其中，三星电子、韩国先进科技学院、法国原子能委员会、IBM的专利申请增幅明显，展现出强劲的发展势头。鸿海精密工业、清华大学在2010年以前的历年申请均不足百件，2011年已分别增至134件、141件，表明两大专利权人的技术创新实力正不断增强。

表1　纳米专利前20位高产专利权人

数据来源：本文各表数据均来自TI数据库。

图4　纳米领域高产专利权人历年专利申请状况

3.2专利权人技术布局分析

专利权人的技术布局反映了其研发投入的主要方向，同时预示着其产品研发趋势。通过对技术布局进行分析，可以获悉专利权人的研发重点，揭示其当前及未来的发展走向。IPC包含了与发明创造有关的全部技术类别，本文即借助其对各专利权人的研发领域进行分类，结果如图5所示。从专利权人看，三星电子在B01J、B82B、B82Y、C01B、H01L五大技术类别中虽均有专利布局，然而其研发重点却集中在B82B、B82Y、H01L三个类别，各类别专利申请量分别为687件、523件、438件。因而，三星电子的研发领域与产品市场具有集中化的特征。与其类似，法国原子能委员会同样重点关注B82Y、B82B、H01L三个类别，各类别专利申请量分别为332件、305件、266件。鸿海精密工业以B82Y类为主，清华大学则专注于B82Y、C01B类，表明两大专利权人的研究领域更为集中。其他专利权人在IPC布局上也表现出类似状况。可见，各专利权人都有相应的技术专长，而实力雄厚的专利权人涉足领域更广。从IPC类别看，三星电子在B82B类中占有绝对优势，拥有专利687件，其他专利权人则相差不大；在B82Y类中，三星电子一枝独秀，拥有专利523件，其次为IBM与清华大学；三星电子在C01B类中也处于领先地位，共申请专利203件，其他专利权人均不足200件；在H01L类中，三星电子依然独占鳌头，拥有专利438件，其次为IBM与法国原子能委员会；各专利权人在B01J类中的研发实力较为均衡，整体相差不大。

图5　纳米领域高产专利权人技术布局状况

3.3专利权人国家布局分析

专利国家布局是指专利权人在国内外的专利申请分布状况。专利具有地域性法律的特点，即一国专利若要在他国获得保护，就必须向该国提出专利申请，因而专利国家布局能够反映并预测专利权人技术布局的重点区域及其产品市场状况，部分高产专利权人的国家布局如图6所示。

图6　纳米领域高产专利权人专利国家布局状况

由图6可知，三星电子在韩国共申请纳米专利535件，占其专利申请总量的48%。可见，该公司国内与国际市场的产品与业务比重几乎平分秋色，在稳定占有国内市场的同时，其对国际市场的拓展也非常迅速。三星电子的国外专利主要集中于美国(309件)和日本(135件)，表明两国是其主要的海外市场所在地。一般而言，在美国获得的专利数量，可被用来衡量一个国家或企业的整体技术实力[8]。三星电子在美专利申请量占其专利总量的25%以上，可见其整体技术实力较为雄厚。鸿海精密工业、清华大学同样表现抢眼，在美专利申请占比分别高达78%、70%，可见这两大专利权人都将美国作为其最主要的海外技术布局地。从布局国家看，10位专利权人共有6位在美国申请了纳米专利，IBM、三星电子与鸿海精密工业位列前三，表明美国市场正得到全球的普遍关注。其次，有4位专利权人通过WIPO进行了专利申请，表明各专利权人正寻求通过国际申请的方式走向全球市场。

3.4专利权人技术关联性分析

表2列出了部分高产专利权人的技术关联状况。从引用角度看，各专利权人之间差别较大。其中，佳能公司416件专利共引用了3232件先前专利，每件专利平均引用7.8件；加州大学471件专利共引用先前专利3123件，每件专利平均引用6.6件；IBM同样如此，这三位专利权人对先前专利的平均引用频次均显著高于其他专利权人，表明其对先前专利技术有着较强的继承性。韩国食品开发研究所、法国原子能委员会及国家科研中心对先前专利的引用频次均相对较低，表明其对先前技术的借鉴较少，独立研发能力较强。专利被引频次能够反映专利技术的影响力，如果一件专利被后续专利频繁引用，表明该专利拥有较高的技术价值。由表2可知，各专利权人专利的平均被引频次均在2.0次以上，表明其专利质量整体较高。其中，佳能公司高达8.6次，IBM为7.2次。加州大学、鸿海精密工业与清华大学也均在4.0以上。因而，这些专利权人对其他专利权人的后续技术创新产生了较大影响。此外，我们发现引用较多先前专利的专利权人，其专利往往也被后续专利频繁引用，表现出了良好的技术继承性。

表2　纳米领域高产专利权人技术关联状况

4　专利微观分析

4.1IPC技术类别分析

全球纳米专利涉及多个IPC类别，其中包含专利数量最多的10个IPC小类，如表3所示。由表可知，当前纳米技术的研发主要集中在B82Y、B82B、C01B、H01L四个类别，各类别涉及专利均在1万件以上，占全球纳米专利的比重均突破了15%。其中，B82Y、B82B类表现突出，各包含专利32183件、25595件，占比58.0%、46.2%。因而，纳米结构的特定用途或应用、测量或分析、制造或处理、非金属元素及其化合物、半导体器件等是当前的热点纳米技术。其他技术类别包含的专利数量相对较少，占比均不足10%。可见，这些领域当前尚未得到普遍重视，仍存在较多的技术空白点。为此，中国专利权人可对这些领域进行重点研发，以抢占技术先机，获得先发优势。这些领域包括：同纳米相关的化学或物理方法及其有关设备、特定金属化合物、纳米材料的测试或分析、电能转换方法或装置、医用纳米材料、纳米金属粉末的加工与处理等。

表3　纳米专利主IPC类别统计表

续表3

4.2IPC类别分布分析

通过对IPC类别进行动态统计分析，能够反映各类别的时序演变特征，预测其未来发展趋势。如图7所示，B82Y类居各类别专利申请量之首，其增长趋势亦表现抢眼。2010年以前该类别涉及的专利申请增长缓慢，而此后5年其专利申请呈井喷式增长，2012年申请专利7485件。近年来，该类别专利申请虽略有下降，但每年仍维持在6000件左右，表明其已成为当前纳米领域的核心技术类别。此外，B82B类的增长也较为迅速。该类别专利申请在2011年以前一直显著高于其他类别，是名副其实的热点类别。2011年该类别专利申请达到顶峰(2849件)，随后呈逐年下降趋势，表明其核心地位有所动摇。C01B、H01L、B01J三大类别的发展趋势基本一致，表现为以2010年为界，在此之前专利申请增长缓慢，在此之后增速加快，表现出较强的发展势头，有望成为新的研究热点。

图7　纳米专利主IPC类别时序发展状况

图8描述了纳米领域主IPC类别的国家分布状况。由图可知，B82Y类分布广泛，在美国和中国均占有较大比重，其次是日本和韩国，表明该类别是上述国家的研发重点。B82B类的分布同样如此，其在韩国和日本占有较大比重。C01B类的专利申请集中于日本和中国，H01L类则以美、日两国为主，B01J类的分布相对均衡。从国家角度看，各国研发重点并不一致。美国专注于B82Y类，该类别在其本国的专利申请占比高达56%，其次是H01L、B82B类。韩国侧重于B82B类，该类别专利申请同样占其专利总量的一半以上。日本研发类别的分布相对均匀，表明其技术布局较为均衡，对各领域均有涉猎。中国则重点关注B82Y类，该类别共包含专利8058件，占其专利总量的68%。其次为C01B类，其他三个类别涉及的专利申请均相对较少。可见，中国专利权人的技术创新领域较为集中。然而，对其他领域关注不足、研究不够，一旦遭遇发展瓶颈势必极大影响其整体创新进程。此外，若其他领域的“技术高地”被国外抢先占领，并完成相应的专利布局与标准制定，也必将对中国的技术研发与专利申请造成巨大阻碍。因而，密切关注国外研发动向，在保持自身技术优势的同时积极开展多领域的技术创新工作，不失为中国纳米产业发展的重要途径。

图8　纳米专利主IPC类别国家分布状况

4.3IPC技术主题分析

图9是利用TI的ThemeScape文本挖掘工具绘制的纳米领域研究主题分布图，通过该图可快速了解纳米技术主题的整体分布状况及其研究热点。图中每一个圆点代表1件专利文献，点与点之间的距离表示专利主题的相近程度。从图中可以看出，纳米领域的研发重点主要集中在锂电池及其制备方法、蓄电池、燃料电池、电极、半导体、纳米晶体、溶液反应、简单反应、混合溶剂、磁场、粒子及金属纳米粒子、纳米金属粉末及其制备方法、核壳结构、纳米金属及其制备过程、纳米光纤、纳米层、基质、碳纳米管及其制备流程、结构体、纳米检测、喷墨记录方法与装置、石墨烯、金属碳化物、金属氧化物、硅纳米线、纳米纤维、聚合物等。这些领域涉及的专利申请相对较多，是当前纳米领域的热点技术。同时，根据这些研发重点，本领域专业人员可以挖掘出相应的技术盲点，并在这些盲点处进行重点创新。

图9　纳米技术研究主题分布图谱

5　结论与启示

本文得出如下结论：①从宏观层面看，当前全球纳米技术正处于快速发展的技术成长期，其专利申请量与专利权人数都在迅猛增长。美国、韩国、日本和中国是全球纳米技术创新的主力军。②从中观层面看，来自韩国、日本与美国的专利权人拥有较强的技术实力。三星电子、韩国先进科技学院、法国原子能委员是纳米技术的领跑者。各高产专利权人的技术布局并不一致，且多集中于少数特定领域，而在抢占本国市场的同时，美国等海外市场也正日益得到关注。各专利权人在技术关联性方面也存在较大差异。③从微观层面看，当前纳米领域的研发主要集中于B82Y、B82B、C01B、H01L四大类别，B01J、C01G、G01N等尚未得到重视。此外，B82Y类增长势头明显，B82B类则有所减弱，而C01B、H01L、B01J类则有望成为新的研究热点。纳米晶体、碳纳米管、硅纳米线等是当前的热点纳米技术。

为进一步促进中国纳米产业的发展，本文认为：①政府及相关部门应继续加大对纳米产业的扶持力度，综合运用政治、经济手段引导纳米产业的发展，营造良好的外部发展环境。②中国专利权人可在自主创新的基础上有针对性地引进国外先进专利技术，以尽快提高技术创新水平，缩小与发达国家间的技术差距。③失效专利是一笔宝贵的技术财富。合理利用失效专利有助于提高专利权人的技术竞争力，增强中国广大中小型企业的技术实力[9]。④科学有效的专利布局可提高专利的整体价值，增强专利权人的市场竞争力[10]。中国专利权人应未雨绸缪，合理布局专利网络，在技术竞争中变被动为主动，争取更大的发展空间。

[1]CHEN R.Design patent map visualization display[J].Expert systems with applications，2009，36(10):12362-12374.

[2]SON C，SUH Y，JEON J，et al.Development of a GTM-based patent map for identifying patent vacuums[J].Expert systems with applications，2012，39(3):2489-2500.

[3]WU CC，LEU HJ.Examining the trends of technological development in hydrogen energy using patent co-word map analysis[J].International journal of hydrogen energy，2014，33(11):19262-19269.

[4]孙斌，赵斐.基于专利地图的江苏省太阳能光伏技术领域发展研究[J].科技进步与对策，2012，29(21)：69-72.

[5]马虎兆，何静，李春成.基于专利地图的中国RFID 技术领域专利态势分析[J].情报杂志，2012，31(8)：50-56.

[6]邓金堂，唐亮，段雪景.基于专利地图的中国光伏发电产业专利情报研究[J].情报杂志，2012，31(2)：19-23.

[7]潘雄锋，张维维，舒涛.中国新能源领域专利地图研究[J].中国科技论坛，2010(4)：41-45.

[8]中国科技发展布局研究小组.中国科技发展研究报告(2005—2006)[M].北京：科学出版社，2006.

[9]符颖.论失效专利的开发与利用策略[J].研究与发展管理，2005，17(3)：96-100.

[10]谢顺星，高荣英，瞿卫军.专利布局浅析[J].中国发明与专利，2012(8)：24-29.

(责任编辑沈蓉)

Nanotechnology Patent Intelligence Analysis Based on Patent Map

Li Xiangyang1,2，Liu Xiaoping1

(1.Department of Intelligence Research，National Science Library，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190,China;2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049,China)

The paper analyzed the development trend of the global nanotechnology by patent map from the macro，meso and micro levels.The research shows that nanotechnology is in the technology growth stage of rapid development at present.US，South Korea，Japan and China are the main forces in nanotechnology innovation.Samsung Electronics，Korea Advanced Institute of Science and Technology and the French Atomic Energy Commission are the major inventors.The fuel cell，electrode and semiconductor are current research focus of nanotechnology.

Nanotechnology;Patent;Patent map;Patent analysis

2015-08-21

李向阳(1989-)，男，河南人，中国科学院文献情报中心、中国科学院大学硕士研究生；研究方向：专利计量、交叉科学等。

G306

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