我国碳纳米管专利浅析

窦凯飞 万菲 任红轩

1991年，饭岛澄男（Sumio Iijima）发现碳纳米管，其独特的全碳结构，决定了它具有优异的物理、化学和机械性能。依据其极高的机械、电子、热学性能等，碳纳米管成为复合材料、电子器件、传感器、电池组及超级电容器等领域的理想组成材料，其巨大的潜在应用价值得到了广泛的关注，但尚有很多领域未得到充分开发应用。

本文以碳纳米管、巴基管、纳米碳管为检索词，在中国专利库进行了检索。截至2017年2月8日，共检索到1996-2016年间的35 719件相关中国专利申请。由于我国发明专利申请公布一般是申请日后18个月，所以2015-2016年的相关专利申请数据不全，仅供参考。

一、申请量趋势分析

从碳纳米管领域专利年申请数量分布来看，自1991年Sumio Iijima发现碳纳米管到1999年，专利数量缓慢增长；2000年开始，专利申请数量及增长速度明显加快，2002首次超过100件，达到191件，超过了2001年的3倍，出现一个快速增长阶段；从2003年开始，该领域专利申请数量逐年增长，但增长速度却逐年降低，直到2010年达到增长率的最低点，仅环比增长4.8%；2011-2013年，增长率又恢复15%以上的快速增长，并呈逐年提高的趋势。详见图1所示。

2000年开始碳纳米管领域中国专利申请数量的爆发性增长得益于在前期研究积累的基础，同时也受碳纳米管技术得到业界重视程度影响，特别是受美国2000年1月实施的国家纳米技术计划（NNI），带动了该领域的发展。2002年，中国科技部实施的“863”计划，将纳米领域列入重点发展领域之一，带动该年份碳纳米管领域专利申请量出现一个小高峰。鉴于国内外对纳米科技的重视及科研项目的支持，2004-2010年碳纳米管领域中国专利申请数量逐年增长，但由于碳纳米管技术的应用方面没有出现大的突破，年增长率却逐年降低，2010年达到了一个低点，仅4.8%。2010年石墨烯的发现吸引了一批科技人员加入了对碳纳米管和石墨烯等碳材料领域的研究，带动碳纳米管领域专利申请数量的增长速度从2011年开始逐步增长（见图2）。

二、专利申请人/发明人分析

从碳纳米管领域专利申请人来看，高校院所专利申请量最大，占到了53%；来自企业的申请量次之，占到了46%；此外还有少量个人专利申请。碳纳米管领域专利申请人仍然以高校院所为主，尚未进入企业占据专利申请人主体的发展阶段。

其中，高校院所申请人主要包括清华大学、上海交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、东华大学、中原工学院、北京化工大学、天津大学、中国科学院大连化学物理研究所、复旦大学、同济大学、北京大学等，详见图3所示；公司申请人主要包括鸿富锦精密工业（深圳）有限公司、三星SDI株式会社、株式会社半导体能源研究所、三星电子株式会社、丰田自动车株式会社、海洋王照明科技股份有限公司、鸿海精密工业股份有限公司、深圳市海洋王照明技术有限公司等，详见图4所示。

在碳纳米管领域的部分专利申请人之间，形成了颇有成效的合作关系，以鸿富锦精密工业（深圳）有限公司（隶属于鸿海集团旗下富士康集团公司）与清华大学形成紧密的合作关系最为典型，二者专利联合申请合作次数达到了984次。2001年12月开始，富士康科技集团突入10亿元，与清华大学共同建立了清华-富士康纳米科技研究中心。该中心以信息产业为背景，旨在建立一个具有国际先进水平的纳米科技研究基地，充分发挥清华大学的科技与人才优势和富士康企业集团的产业化优势，开展纳米科技的基础和应用研究，促进科研成果的产业化取得具有自主知识产权的创新知识和创新技术，推动纳米科技成果的产业化。这种合作方式值得政府、科研院所和企业重视。

根据申请人申请专利数量趋势分析，碳纳米管领域专利申请人可分为3类：一是在本领域技术发展初期截止2008年进行了專利布局，以三星SDI株式会社和中原工学院等为代表，主要进行碳纳米管的基础研究开发，以制造方法、设备、和抽象应用等方面的开发布局；二是2011年开始至今进行专利申请和布局，围绕碳纳米管的具体应用领域，进行应用端的专利申请和布局，比如在照明领域等；三是始终在这一领域不断进行技术开发，涵盖了从基础到应用的各个阶段。并在2009年达到了申请专利的高峰，随后专利申请量进入平台期或略有下降，以清华大学和鸿海精密工业股份有限公司等为代表。

三、专利技术构成分析

根据国际专利分类号分析，碳纳米管领域专利申请主要集中在化合物、组合物、制造及用途等基础应用领域，及电池、配料、半导体器件，检测与分析、放电管或放电灯、电容器等具体应用领域，详见表1所示。

四、专利区域排名

图5显示了碳纳米管领域中国专利申请量排名情况。其中，北京、江苏、广东、上海和浙江排名前5位。前5位地区均是经济发达地区，这说明碳纳米管领域专利申请数量与各地区经济发展水平密切相关。

图6显示了碳纳米管领域专利申请量较多的13个省市申请专利趋势情况。其中，北京2004年率先开展该领域的专利布局，且申请数量持续增加；上海、广东和江苏紧随其后，分别从2007、2008和2009年开始对该领域专利进行申请布局；浙江、天津和山东从2012年也进入该领域开始申请布局专利；安徽、四川、湖北和辽宁四省市从2013年开始跟进。

从各省市发展趋势来看，北京市进入早，且一路快速发展，始终保持较高的专利申请增长速度；江苏进入稍晚，但增长速度最快，且从2013年开始专利申请量超过了北京，表现十分突出。原因在于江苏将纳米产业作为地区优先发展的领域，培育了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所、苏州大学等一批以纳米产业化研究为基础的研究力量，设立了纳米产业园，聚集了一批企业和投资机构，并在政策方面进行大力扶持，具备了快速发展的条件。

五、结语

根据以上分析，笔者对我国碳纳米管产业发展提出如下2点建议：

第一，建议根据产业需求，由企业出资与科研院所建立以碳纳米管应用中试为目标的研发中心，并探索合适的利益分配机制。

第二，建议围绕碳纳米管及其应用产业链，在有基础的地方形成碳纳米管研发、产业化聚集区。通过政府引导，一方面培育适合本地区工业基础的碳纳米管技术应用领域科研力量，发展储备技术；另一方面，营造良好的政策环境，鼓励成熟技术向企业转移转化。