基于专利的全球纳米材料应用研究

熊书玲，郑 佳，李志荣，赵蕴华

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

纳米材料是纳米级结构材料的简称，广义上是指微观结构在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的超精细颗粒材料的总称[1,2]。自纳米颗粒材料问世以来，纳米材料的发展历程主要经历了纳米晶或纳米相材料阶段、复合材料阶段、纳米组装材料体系阶段，其在化工、生物医学、能源、环境、食品、微电子学、航天技术等领域有着广泛的应用前景[3-8]。21世纪以来，纳米材料的应用研究不断成为全球关注的热点[9-14]，纳米材料及其相应产品在全球市场上所创造的经济效益每年保持快速増长，应用研究己初具规模[15,16]。

按照化学组成成分，纳米材料可以分为纳米晶体材料、纳米高分子材料、纳米金属材料、纳米玻璃材料、纳米陶瓷材料、纳米复合材料等[17,18]。本研究基于Innography专利检索系统分别得到2000—2019年全球在纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料领域申请的专利数据（同族扩展），检索日期为2021年3月20日。基于专利数据，从专利年度申请趋势、申请专利的主要地区分布、主要专利权人、重点技术分布、专利发明人等多个维度清晰展示了全球纳米材料在应用领域的发展态势，以期为其未来发展和行业研究提供参考。由于专利的公开一般会有18个月的滞后期，2019年的专利数据尚未全部公开，仅供参考[19]。

1 纳米材料发展趋势

由图1可知，纳米金属材料的专利申请量自2000年起呈现大幅增长趋势，遥遥领先于其他纳米材料，是全球纳米材料应用研究领域的一大热点，具有广阔的市场应用前景。其次是纳米晶体材料和纳米玻璃材料。纳米晶体材料的专利申请量自2014年起呈现快速增长趋势，纳米玻璃材料的专利申请量自2013年起呈现快速增长趋势，近几年在应用研究领域发展势头良好。再次是纳米高分子材料和纳米陶瓷材料，近几年专利申请量也不断增长。全球纳米复合材料在应用研究领域的进展较为缓慢，每年的专利申请量均不足100件。

图1 纳米材料专利申请量年度变化趋势

由表1可知，纳米材料领域申请的专利主要分布在中国、美国、韩国、日本、世界知识产权组织（WIPO）、德国、欧洲专利局（EPO）等国家/地区/组织。中国在这几种纳米材料领域均拥有的专利量/组织最多，且遥遥领先于其他国家/地区/组织，是全球纳米材料应用研究领域最主要的创新国家，其次是美国和韩国。日本在纳米高分子领域拥有相对强的优势。德国在纳米陶瓷、纳米复合材料领域，法国在纳米复合材料领域略有优势。

表1 纳米材料专利主要分布区域

2 几种纳米材料的专利分析

2.1 纳米金属材料

由图2可知，在全球纳米金属材料领域申请专利量最多的专利权人依次是中国科学院（以下简称中科院）、三星集团、三星SDI、韩国科学技术研究院、LG化学、巴斯夫等，这些机构在纳米金属材料应用研究领域的创新能力强。在我国，中科院的专利申请量大幅领先，其次是浙江大学、清华大学、台湾工业技术研究院等。

图2 纳米金属材料主要专利权人

纳米金属材料领域的主要专利发明人为海洋王照明科技股份有限公司的周明杰（440件专利）、美国环球石墨烯集团/美国纳米技术仪器公司的Bor Z. Jang（378件）和Aruna Zhamu（369件）、清华大学/鸿海精密工业股份有限公司的范守善（272件）等。

对纳米金属材料进行专利技术分布统计，其主要关注的技术领域见图3。可以看出，全球纳米金属材料的应用研究重点关注电极、半导体器件、催化剂、金属粉末、光学/电化学测试分析等领域。

图3 纳米金属材料主要专利技术领域

2.2 纳米晶体材料

由图4可知，在全球纳米晶体材料领域申请专利量最多的专利权人依次是中科院、三星集团、LG集团、日立公司、浙江大学、默克集团、京东方等，这些机构在纳米晶体材料应用研究领域的创新能力强。在我国，中科院专利申请量较为领先，其次是浙江大学、京东方、陕西科技大学、清华大学、武汉大学等。

图4 纳米晶体材料主要专利权人

纳米晶体材料领域的主要专利发明人为清华大学/鸿海精密工业股份有限公司的刘亮（100件）、陕西科技大学的黄剑锋（91件）、韩国三星电子的Eun Joo Jang（90件）等。

对纳米晶体材料进行专利技术分布统计，其主要关注的专利技术领域见图5。可知，全球纳米晶体材料的应用研究重点关注半导体器件、光学器件、电极、催化剂等领域。

图5 纳米晶体材料主要专利技术领域

2.3 纳米玻璃材料

由图6可知，在全球纳米玻璃材料领域申请专利量最多的专利权人依次是美国康宁、法国圣戈班、美国3M、中科院、德国卡尔·蔡司、瑞士EMS化学、三星SDI等，这些机构在纳米玻璃材料应用研究领域的创新能力强。在我国，中科院专利申请量排名相对靠前，其次是浙江大学、华南理工大学等。

图6 纳米玻璃材料主要专利权人

纳米玻璃材料领域的主要专利发明人为中原工学院的李玉魁（202件）、美国钢铁公司的Daniel James Branagan（113件）、美国康宁公司的Stephan Lvovich Logunov（75件）等。

对纳米玻璃材料进行专利技术分布统计，其主要关注的技术领域见图7。可以看出，全球纳米玻璃材料的应用研究重点关注表面处理、电化学测试分析、半导体器件、化合物制备等领域。

图7 纳米玻璃材料主要专利技术领域

2.4 纳米高分子材料

由图8可知，在全球纳米高分子材料领域申请专利量最多的专利权人依次是中科院、浙江大学、北京化工大学、复旦大学、美国加利福尼亚大学、江苏大学、巴斯夫等，这些机构在纳米高分子材料应用研究领域的创新能力强。在我国，中科院专利申请量遥遥领先。在全球专利申请量前15的专利权人中，我国占11个，表明我国专利权人在纳米高分子材料应用研究领域的创新能力较强。

图8 纳米高分子材料主要专利权人

纳米高分子材料领域的主要专利发明人为美国环球石墨烯集团/美国纳米技术仪器公司的Aruna Zhamu（72件）和Bor Z. Jang（69件）、美国Allexcel公司的Ann Louise Onton（58件）和Jayant G. Tatake（58件）等。

对纳米高分子材料进行专利技术分布统计，其主要关注的技术领域见图9。可以看出，全球纳米高分子材料的应用研究重点关注医药配制、（光学）测试分析、包含酶或微生物的测定/检验、电极等领域。

图9 纳米高分子材料主要专利技术领域

2.5 纳米陶瓷材料

由图10可知，在全球纳米陶瓷材料领域申请专利量最多的专利权人依次是中科院、三星集团、哈尔滨工业大学、德国卡尔·蔡司、美国康宁、德国西门子、美国通用电气等，这些机构在纳米陶瓷材料应用研究领域的创新能力强。在我国，中科院专利申请量居首，其次是哈尔滨工业大学、天津大学、吉林大学、西安交通大学等。

图10 纳米陶瓷材料主要专利权人

纳米陶瓷材料领域的主要专利发明人为德国ItN纳米平板陶瓷超滤膜公司的Ralph Nonninger（80件）和Olaf Binkle（63件）、美国康奈尔大学的Yong Lak Joo（54件）和Nathaniel S. Hansen（43件）等。

对纳米陶瓷材料进行专利技术分布统计，其主要关注的专利技术领域见图11。可以看出，全球纳米陶瓷材料的应用研究重点关注陶瓷化合物（制品）、陶瓷后处理、黏土制品、结构零件、电极等领域。

图11 纳米陶瓷材料主要专利技术领域

2.6 纳米复合材料

由图12可知，在全球纳米复合材料领域专利申请量最多的专利权人依次是比利时索尔维、法国阿科玛、美国雷神技术、美国波音、美国赫氏、美国IBM等，这些机构在纳米复合材料应用研究领域的创新能力强。其中，我国仅中科院、阜阳华顺水泥制品公司位列前15名，且排名相对靠后，表明我国专利权人在纳米复合材料应用研究领域的创新能力偏弱。

图12 纳米复合材料主要专利权人

纳米复合材料领域的主要专利发明人为美国氰特工业公司的Emiliano Frulloni（36件）、Fiorenzo Lenzi（33件）和Carmelo Luca Restuccia（28件），法国阿科玛的Gilles Hochstetter（31件）和Mathieu Capelot（28件）等。

对纳米复合材料进行专利技术分布统计，其主要关注的专利技术领域见图13。可以看出，全球纳米复合材料的应用研究重点关注高分子制品、成型复合材料、层状产品、组合物制备等领域。

图13 纳米复合材料主要专利技术领域

3 结论与建议

（1）自2000年以来，全球纳米材料领域的专利申请量不断增长，专利分布于多个国家或地区，纳米材料具有广阔的市场应用前景。其中我国专利申请量遥遥领先，是纳米材料应用领域最主要的创新国家，其次是美国、韩国等。我国专利权人在纳米高分子材料领域实力较强，美国专利权人在纳米玻璃、纳米复合材料领域实力较强，韩国专利权人在纳米金属、纳米晶体材料领域实力较强。

（2）纳米金属材料领域的专利申请量遥遥领先，是全球纳米材料领域研究的前沿和重中之重，主要关注电极、半导体器件、催化剂等技术领域。其次是纳米晶体材料和纳米玻璃材料。纳米晶体材料主要关注半导体器件、光学器件、电极、催化剂等技术领域，纳米玻璃材料主要关注表面处理、电化学测试分析、半导体器件等技术领域。

（3）我国在几种纳米材料应用领域的创新主体均以中科院为主，其次是高校。企业的研发能力偏弱，且纳米材料科技成果转化不畅。企业应加大研发投入力度，积极引进高技术专业人才，同时积极与高校院所进行产学研用合作，提高科技成果转化率，促进我国纳米材料产业向规模化产业化发展。