液态金属新材料产业创新生态系统及其演化研究

杨 凡 可 星

(昆明理工大学管理与经济学院，昆明 650093)

0 引 言

新材料的研发和应用被认为是21世纪科学技术发展的主要方向之一，新材料领域的每一次重大发现和突破都是人类在探索科学道路上的一次重要的里程碑。在工信部、财政部和保监会共同组织编制的《重点新材料首批次应用示范指导目录(2017年版)》中，液态金属被列为重点新材料。液态金属新材料及其应用正处于蓄势待发的阶段，将为众多领域带来新的变革。

液态金属新材料领域的一系列突破性研发始于中国，近年来已从最初的冷门发展成国际重大科技前沿。学界对液态金属产业相关研究给予了极大关注，从不同角度对液态金属产业的发展进行了探讨，但是从生态学角度对液态金属这样一个新兴产业的创新生态系统的分析还鲜有研究。本文用生态学相关理论和方法，研究液态金属新材料产业创新生态系统的种群构成和关系，探析液态金属新材料产业创新生态系统的演化机制及动力。

1 研究综述

国外学者首先将生态学思想引入了企业管理研究。1985年，朗德沃尔率先提出“创新生态系统”的概念，之后又被应用于技术创新领域。2004年，创新生态系统在美国总统科技顾问委员会(PCAST)的研究报告《维护国家的创新生态体系》中正式被提出[1]。Lansiti和Levin(2004)认为创新生态系统的结构特征可以用生态学中的生态位概念来阐述，认为创新生态系统由不同企业组成，不同的企业在系统中占据不同但彼此相关的生态位，如果某个企业生态位发生变化，其他同生态位企业会跟随发生变化[2]。Rohrbeck等(2009)指出，创新生态系统的运作具有开放性，这种开放性旨在提升模块创新的效率，并吸引更多新兴高科技企业加入系统[3]。在产业层面，Ander和Kapoor(2010)认为，创新生态系统可以使产业间联系更加紧密并促进产业技术创新的形成[4]。国内学者曹如中等(2011)对创意产业创新生态系统的演化过程进行研究并认为创意产业创新生态系统中的主体具有其特定的生态位，种群间的演化遵循特定规律[5]。张运生(2008)、梅亮等(2014)、蒋石梅等(2015)进一步指出，创新生态系统是企业在与外部组织之间互动过程中获取竞争优势的重要来源[6-8]。李万、常静和王敏杰等(2014)总结了创新模式的演化脉络并系统梳理了近年来从创新1.0到创新2.0再到创新3.0创新范式演变的理论基础与实践探索[9]。陈劲(2017)提出了基于核心能力的企业创新生态系统模型，对企业面向互联网平台的全面创新、面向产业核心技术的创新系统建设等进行了理论设计[10]。

2 液态金属新材料产业创新生态系统的结构

2.1 液态金属新材料产业创新生态系统的种群

种群是生态学重要概念，指一定时间内占有一定空间的同种生物个体的集合，是物种存在的基本形式。液态金属新材料产业创新生态系统主要由产业创新种群、知识种群、制度和环境种群和服务种群四大种群组成。在创新生态系统中，不同种群内部以及不同种群之间存在着信息交换和资源共享，并且彼此之间的需求会互相反馈给对方。本文结合液态金属产业的特点，类比自然生态系统，构建了液态金属新材料产业创新生态系统(见图1)。

产业创新种群是液态金属新材料产业创新生态系统中的核心种群，主要由前端技术产业、核心企业、竞争合作企业、互补企业以及应用企业构成。液态金属的前端技术产业涉及原材料供应商、计算机、电子、软件等行业，是液态金属产业的基础，也是产业创新种群进行创新活动的前提。核心企业、竞争合作企业、互补企业是对基础创新成果进行应用与开发并进行产业化的部门，是技术创新的主体。核心企业是产业创新生态系统中的关键种，数量并不占优势，但是对群落和生态系统的结构具有重大影响。核心企业依靠其手中掌握的关键技术和人才资源等优势，在产业创新生态系统中占据稳固的生态位，同时带动上下游企业发展，维系整个创新网络。竞争合作企业则依托在创新生态系统中特定的资源集聚优势，通过整合创新资源，与核心企业在液态金属产业领域开展技术和产品上的竞争，同时寻求与核心企业开展合作，提升自身创新能力。互补企业围绕核心企业并沿着液态金属产业链进行创新活动，为核心企业的发展提供必要的支持,同时获取利益。下游应用企业是对液态金属产业技术创新成果进行应用的企业，液态金属应用领域极为广泛，包括电子装备制造、3D打印机制造、功能墨水制造、液态金属合金散热、柔性智能机器等。下游应用企业通过市场调研和反馈及时识别市场需求，同时根据消费者反馈与液态金属核心企业保持合作与沟通，进而组织产品研发创新、工艺改进和生产。

以高校与科研机构为主所形成的知识种群作为液态金属新材料产业创新生态系统中知识与人才的主要提供者，是创新生态系统中的原始创新主体,从源头上为液态金属技术创新提供专利、技术和相关理论知识。液态金属产业是高技术产业，中小型企业由于自身规模、人才和资金的限制，没有足够的资源在企业内部设立独立的研发部门，这时企业作为技术需求方可选择与高校或科研院所进行合作研发或者委托其进行研发工作，形成产学研一体化的先进系统，促进液态金属技术创新所需的各种生产要素的有效组合。而对于实力较强并在创新生态系统中占据强势生态位的大型企业，即便有充足的资本和能力进行液态金属的技术创新和新产品开发等活动，但也无法覆盖所有产品和技术领域。在以利润最大化为导向的经营目标下，极少企业会投资于无法迅速形成市场和带来利润的基础研究，而基础研究是技术创新产生的基础，因此高校与科研机构正是从事这类研究的最佳主体。

图1 液态金属新材料产业创新生态系统结构模型

政府和公共部门所组成的制度和环境种群是创新生态系统中的创新催化主体。政府作为政策制定者，通过出台产业政策、政策资金支持、建设基础设施，为液态金属新材料产业创新生态系统的发展创建了外部环境，为产业的创新发展提供外部支持与动力。液态金属新材料产业作为国防军工、航空航天、生物医疗等有关国家安全和竞争力的高技术产业，政府会对其在税收、人才引进、融资和补贴等政策方面予以优惠。

以银行和风险投资机构、科技中介、行业协会以及液态金属技术咨询、技术推广、转让和检测等机构所组成的服务种群降低了液态金属新材料产业创新生态系统中各个主体间的交易成本，加快了创新生态系统中知识、信息、资本、人才等创新要素的流动，提高了资源配置的效率。

2.2 液态金属新材料产业创新生态系统中的种群关系

随着经济全球化发展，产业链的全球布局，产业创新生态系统打破地域限制，竞合共生是创新主体的生存法则[11]。在液态金属新材料产业创新生态系统中，不同创新种群之间表现为共生、竞争和合作三种模式(见图2)。共生是指液态金属产业中不同创新种群之间相互依存，共同努力解决当前面临的技术困境，同时降低创新成本，提高创新收益，最终实现技术突破。竞争是指不同创新种群之间为了占据更好的生态位相互竞争，在竞争中完成产业技术创新，实现更多的利益。合作是指不同创新主体之间通过产业技术联盟或项目合作等方式，实现技术交换、知识转移和信息共享，完成技术创新。

图2 液态金属新材料产业创新生态系统种群关系

随着科技的发展，新技术的不断涌现，液态金属产业的发展对于跨技术领域融合的需求大大增加，跨行业、跨群落的新技术涌现与融合也是其产业创新生态系统的特点。例如，5G时代已经来临，由于5G将采用3Ghz以上的频谱，该频谱毫米波的波长很短，金属的干扰将是一个难以解决的问题。无论在低频和高频下，金属后盖对天线设计将带来巨大难度，如再引入无线充电，后盖将只能采用非金属。因此,为配合5G信号要求，随着3D玻璃与陶瓷盖板等材料的崛起，5G手机对中框强度等方面的要求越来越高，不锈钢、钢铝复合材料等高强度金属逐渐成为焦点。同不锈钢相比，液态金属在手机中框中的应用更是具有成本优势和性能优势，相比不锈钢中框，液态金属将降低成本30%以上。在性能方面，液态金属天生具备高强度、高硬度和高弹性，且具有极强的耐磨性和耐腐蚀性，在散热和电磁屏蔽等方面也十分出众。因此，5G时代将给液态金属产业注入崭新的活力，通信产业与液态金属产业间的合作和技术的融合将日益频繁。

3 液态金属新材料产业创新生态系统的演化研究

3.1 演化机制

自然生态系统中的生物进化遵循遗传、变异和自然选择三大核心规律，在演化过程中，有利的变异特性通过自然选择而被保留下来，不利的变异被淘汰，经过长时间的自然选择，不适应环境的原有物种将灭亡，发生有利变异的个体将演化成更高级的新物种。类似于自然生态系统，液态金属新材料产业创新生态系统的演化可以认为是基因的变异、环境的选择以及优势基因的累积性保留，并且在创新过程的不断展开中逐渐丰富。

在液态金属新材料产业创新生态系统的演化中，遗传是指系统内具有竞争优势的基因在系统演化过程中得到扩散和复制。系统内已形成的创新能力、创新知识、创新资源、创新成果等在主体演化的时间序列中被传递，并且通过知识溢出、创新能力的扩散与捕获、竞争性学习等机制被加入系统的其他主体模仿或复制，系统所形成的合作机制、创新文化和制度、人才资金吸引力、组织结构、有益于创新生态系统的政策等也会被后续的企业、政府等效仿或传承。如企业增加研发投入，吸纳行业顶尖人才，发掘新的市场需求，采用新的商业模式以及政府为了促进创新积极推行新的创新政策等。因此，越是具有创新优势的和能够经得住环境检验的基因，越容易被扩散和复制，越容易遍布于系统和被后续进入系统内的企业遗传下去。

液态金属新材料产业创新生态系统的变异是系统受到某些具有随机性的因素的影响发生的部分基因的突变，如产业中发生的技术创新、企业组织结构的改变、新的商业模式被发现并被某些企业采用、政府出台的影响力较大的产业政策法规等。液态金属产业是典型的高新技术产业，由于创新生态系统内外部环境的不断变化，原有的可维持系统及个体竞争优势的基因可能不再适应新环境的发展，现有的知识水平、运行范式无法解决遇到的新问题，或由于产业中创新主体的学习性和竞争性，以及外部创新成果的刺激和吸引力，企业总希望寻找更好地解决问题的新方法、新思路，去占据更好的生态位及资源，以提升自身水平获取高水平的竞争优势要素。因此，出于创新动机需要，液态金属新材料产业创新生态系统内占据高端生态位的核心企业不断加大研发投入，进行技术创新活动并推出新的创新成果，由此对处于较低生态位的竞争合作企业和互补企业带来新的挑战和技术、服务方面的要求，而面临淘汰威胁的低层次生态位企业不得不追随核心企业进行创新和变革，进而低层次生态位企业的创新能力在这个过程中得到提升，同时也对高层次生态位企业的创新活动提供有力的支持，这样一个循环往复的过程为整个产业的持续创新注入了动力。

自然选择是指在产业创新生态系统中，获得竞争优势的液态金属企业以及得到认可的创新活动或商业模式和产业创新政策等，它们在产业的发展演化过程中得到验证和延续。液态金属新材料产业创新生态系统的自然选择包括外部环境对系统的自然选择和系统对外部环境的能动适应两个方面。环境对系统的自然选择，主要是指创新生态系统的结构功能、创新成果、竞争能力、盈利水平等不断接受市场环境的检验，适应市场需求的、具有生命力的、能够占据一定竞争优势的新企业、新网络组织将不断扩大和成长，人才、资本、技术、优势竞争要素等也将不断涌入这些企业和组织，而那些不适应市场需求的企业和技术将被淘汰，客户、投资者、人才等资源也将萎缩。在系统主观能动性下，系统会主动重新优化配置人才、资金等创新要素以适应当前环境的发展，同时主体也会通过主观努力去影响或改变政策环境、客户需求环境、产业发展环境等，以提升环境对变异的选择性以及系统对环境的适应性。因此，自然选择实现了创新资源和要素的优化配置，提高了系统运行效率。随着产业的不断发展和进步，创新企业通过持续的创新活动获得创新成果，整个过程持续发生遗传和变异，并开始新一轮的自然选择，随着时间的推移，液态金属新材料产业创新生态系统就会在遗传、变异和自然选择这三大机制中不断循环往复并进化。

3.2 演化动力

液态金属新材料产业创新生态系统是一个不断演化和自我超越的系统，在对竞争优势不断追逐的演化动力下，在自组织和基于遗传、变异、选择的演化机制和演化过程中，包括系统要素在内的整个系统竞争势能不断提升，不断适应新环境，迎合和融入技术更替、产业革新、市场变革并进一步引发资源、能力、价值的变化提升，从而形成基于系统不断演化发展的竞争优势。动态变化环境中，创新生态系统中的企业很难长期保持原有的竞争优势。因此，在以创新经济为导向和市场竞争为目的的驱使下，演化的根本动力来自对竞争优势的不断追逐，即随着系统内外部环境的动态发展，在原有竞争优势基础上不断地适应或创新，从而创造出新的竞争优势。

液态金属新材料产业创新生态系统演化的动力分为内生动力和外生动力。内生动力来自创新主体的新奇性、创造性。演化经济学的核心观念是新奇对经济体系的内生变化发挥着重要作用。新奇是在已有的个体技能和学习模式下的创造性活动。在新奇性推动下，创新主体会不断有目的地进行创造性活动，搜寻未知的机会，创造出新的行为、方案、产业、市场和技术。创新生态系统演化的外部动力包括全球技术进步、市场消费需求以及制度变迁三大方面。技术进步是创新生态系统外部环境变化的主要因素，它可能导致新材料产业革命、新能源革命、新经济模式等大环境事件的出现，也可能导致一个产业、一个区域集群的兴衰，一个企业的出现与消失。因此，技术进步是推动创新生态系统演化的重要外生力量，它激励创新主体不断建设创新生态系统，以此不断积极吸纳科技成果或主动研发创造新技术，提升自身创新势能。市场消费需求是推动产业创新生态系统演化最直接的外部动力因素，它推动整个系统合力进行渐进性创新，优化产品功能和商业模式以更好地服务顾客和维系顾客，满足顾客的现实需求，并推动整个系统不断进行突破性创新，以发现、创造新的顾客需求，从而在满足顾客需求的过程中优化组合系统要素，集聚企业资源和培育能力，使整个生态系统及个体得到发展演化。制度可以看作是一种关于经济、政治、法律、文化等的社会规则，当系统及企业所生存的外部制度环境发生变迁时，整个生态系统所承载的技术、组织模式、创新要素、经济行为等也将发生变化并与社会制度相协调。

4 研究结论

液态金属新材料产业作为一个新兴的高技术产业，要密切关注其产业创新生态系统的建设问题，结合产业的特点与发展目标，把握产业在不同阶段的演化规律，才能够使得液态金属新材料产业创新生态系统健康又有活力的运转和进化。同时，良好的创新环境是液态金属新材料产业创新生态系统健康长远发展的保障，政府作为创新环境的主要营造者，应当围绕人才引进、知识产权保护、创新成果转化等方面制定更加合理的政策，促进液态金属产业创新不断涌现，提升液态金属新材料产业创新生态系统的活力。