陶瓷膜技术发展态势专利导航分析研究

王利祥，王纯青，李刚，王凌宇，任小明，张晓东

（1.济南市知识产权保护中心，济南 250004；2.山东省国家知识产权保护中心，济南 250014）

1 前言

陶瓷膜是无机膜的一种，主要以不同规格的氧化铝、氧化锆、氧化钛和氧化硅等无机陶瓷材料作为支撑体，经表面涂膜后高温烧成[1]。与有机膜相比具有良好的化学和热稳定性、机械强度高、使用寿命长等优点[2]。目前陶瓷膜技术已被世界各国成功应用于食品工业[3]、海水淡化[4]、污水处理[5-6]、生物医药[7]等领域，并且带来了巨大的经济和社会效益, 陶瓷膜市场有望实现12%年增长率[8]。作为高性能膜材料的重要组成部分，陶瓷膜已成为国家重点发展的战略性新兴产业[9]。随着世界各国对陶瓷膜研发重视程度的不断提升，加速中国陶瓷膜的研发与生产具有重要战略意义。

国家市场监督管理总局与标准委员会联合发布了《专利导航指南》国家标准，并定于2021 年6 月1 日开始实施[10-12]。本文以专利数据为基础，建立专利导航库，分别从申请趋势、地域分布、专利类型等多种维度进行导航分析，为我国陶瓷膜技术创新与产业发展提供决策参考[13]。

2 数据检索

选取Incopat 全球专利数据库进行检索，在进行相关文献调研的基础上广泛征求专家意见，构建陶瓷膜全球专利检索策略如下：TI=((陶瓷(3W)膜)OR (ceramic (3W)membrane))OR (AB= ((陶瓷(3W)膜)OR (ceramic (3W)membrane))AND IPC= (B OR C OR A))。检索日期截止4月1 日，共检索出专利21636 条，进行同族合并后得到14323 个专利族。

3 专利导航分析

3.1 申请趋势分析

图1 全球及中国陶瓷膜专利申请趋势

陶瓷膜的研究始于20 世纪40 年代，美国卡普伦登公司于1935 年提出以氧化镁、氧化铝、二氧化硅为原料制备渗透陶瓷隔膜。直到1980 年之前陶瓷膜的发展都比较缓慢。1980-2000 年期间，法国原子公司开始以陶瓷纤维材料进行陶瓷膜的研发工作，并成功地在法国的奶业和饮料（葡萄酒、啤酒、苹果酒）业推广应用后，陶瓷膜分离技术和产业地位逐步确立。2000 以前，国内陶瓷膜专利申请量较少，主要是因为我国陶瓷膜技术研发起始于20 世纪90 年代，2000 年以前国内成果产出较少。另一个原因是我国专利法1985 年才开始实施，专利法实施早期我国科研人员对知识产权保护认识不足，以致专利申请数量有限。进入2000 年以后，随着陶瓷膜得到更广泛的应用，国内外的研发者急需对相关技术进行保护，陶瓷膜的专利申请量从年申请量45 件（1980 年）增长至年申请量405 件（2000 年），再激增至年申请量1369 件（2021年）。近10 年以来，中国的专利申请引导全球申请趋势，陶瓷膜技术达到了国际领先水平。

由于下列多种原因导致了2021 年及其之后提出的专利申请的统计数量是不完全的，发明专利申请通常自申请日(有优先权的,自优先权日)起18 个月(要求提前公布的申请除外)才能被公布。因此图表显示的2021 年专利申请量呈断崖式下降，而实际上从图中2021 年之前专利申请的发展趋势和近年来世界各国对陶瓷膜的研发热度持续高涨，可以推断出2021 年以后的专利申请量仍然是处于高位且持续上升。

3.2 地域分布

图2 为陶瓷膜全球专利申请人国别，图3 为国外来华专利布局，图4 为中国在海外的专利布局，图5 为中国申请人的省份分布情况。对图2- 图4 综合对比分析可以看出，中国提出的专利申请达到9224 件，位居全球首位。日本提出2590 件，位于全球第二位。中国在海外共布局专利77 件，其中在美国专利布局最多为31 件，主要为南京工业大学的专利布局。国外来华布局专利共计424条，其中日本203 件，主要由日本碍子株式会社和精工爱普生株式会社的专利布局。美国在华布局陶瓷膜专利107 件，主要由普莱克斯技术有限公司的专利。对比图3与图4，发现与其他国家相比，中国的陶瓷膜专利海外布局较少，侧面反映了在陶瓷膜出海方面是国内弱项。由图5 可知，国内陶瓷膜专利申请人主要来自江苏、广东、山东、北京、浙江五大省市，其中江苏2097 件专利申请遥遥领先其他省市。江苏陶瓷膜产业发达，其专利申请量占全国近10%，专利申请主要来自南京工业大学与江苏久吾高科技股份有限公司。

图2 全球陶瓷膜专利申请人国别

图3 国外来华陶瓷膜专利布局

图4 中国专利申请人海外专利布局

图5 中国专利申请人省份分布

3.3 主要申请人

对陶瓷膜领域全球专利进行分析，得到全球前10 位专利申请人的专利申请情况。如表1 所示，其中日本申请人占3 位，美国申请人占1 位，中国申请人占6 位。在全球范围内，中国、日本、美国在陶瓷膜领域具有明显的专利优势，特别的日本的优势企业日本碍子，在全球申请了429 件专利，遥遥领先第2 位的国内高校南京工业大学，而且日本碍子与其他国外龙头企业相比，近五年陶瓷膜专利申请依旧活跃。作为国内陶瓷膜领域的探索者，南京工业大学在国内研发实力最强，其陶瓷膜研发主要涉及陶瓷膜制备、催化和水处理方面，其中在降低陶瓷膜生产成本和提高稳定性方面也有突出表现。表2为国内专利申请人类型。无论是专利数量还是申请人数量，国内企业均占有主要位置，但是企业的实用新型专利申请占比较大，这与企业生产实际中的创新有关但也显示了企业的创新程度相对较低。值得关注的是无论是企业、大专院校还是科研单位，有效专利占比均不到60%。国内申请人应强化研发过程专利管理，加强高价值专利布局与维权保护。

表1 陶瓷膜全球专利申请人排名

3.4 技术构成

CPC（联合专利分类体系）由欧洲专利局（EPO）和美国专利局（USPTO）共同开发，可以准确识别专利技术领域。通过对陶瓷膜专利进行CPC 统计分析，可以准确揭示该领域专利涉及的主要技术、研发热点和技术布局。表3 为全球陶瓷膜专利技术构成，按照CPC 小类进行技术领域分类。从表3 可以看出，陶瓷膜专请涉及技术领域申请数量占比超过6%的分别是：B01D（分离）、C04B（石灰、氧化镁、矿渣、水泥及其组合物）、Y02E（与能量产生，传输或分配相关的温室气体）C02F（水、废水、污水或污泥的处理）、C23C（对金属材料的镀覆、用金属材料对材料的镀覆）。可见陶瓷膜专利申请的主要技术领以分离技术研究为主，陶瓷膜的制备（与C04B、C23C 领域相关）及温室气体及水处理（Y02E、C02F 领域相关）的研究是陶瓷膜专利布局和技术研发的主要热点领域。

表3 全球陶瓷膜专利技术构成

表4 全球陶瓷膜专利运营情况

3.5 专利运营

专利运营是专利价值的重要体现。陶瓷膜专利主要有诉讼、许可、转让、质押四种专利运营形式，具体专利运营情况见表5。从表5 数据来看，陶瓷膜领域专利运营的主要方式集中在专利转让，发生一次转让的专利达到1098 件，转出专利最多国外申请人是日本碍子（34 件），国内申请人南京工业大学（11 件）。在专利诉讼方面，主要集中在行政诉讼且诉讼国家均发生外国，其中日本（49 件）、印度（35 件）、美国（12 件）等，在国内陶瓷膜专利行政诉讼案件尚未发生，这说明国内专利申请人对于自身维权意识尚显不足，这也与国内陶瓷膜和专利体系起步发展较晚有一定关系；质押融资一次质押专利达到100 件，这说明陶瓷膜专利申请人在利用知识产权作为无形资产转化方面也有一定的意识。基于语义算法，通过提取专利标题、摘要与权利要求的关键字，对发生专利运营的专利进行聚类分析，发现陶瓷膜专利运营热点主要围绕：陶瓷膜制备方法、陶瓷膜新材料、陶瓷膜生物发生器、气体分离等方向。

表5 全球陶瓷膜专利被引证次数

3.6 高被引专利分析

专利文献之间的引证是体现其技术间关联性的信息，一般认为专利被引用的次数越多，专利技术的重要程度越高，该专利技术价值越高。通过对陶瓷膜专利族被引次数进行分析（表5）可知，全球专利的51.1%的被引证次数在1-10 之间，被引证次数大于10 的专利占比达到11.2%，其中中国专利占比随着被引证次数的增多而逐渐变少，这与国内专利起步较晚有关。通过分析被引证次数在50 次以上的专利发现，这些专利年代较久，且专利技术涉及陶瓷膜的基础性研究，如公开号为US5645891A 的陶瓷多孔材料及其制造方法，该专利申请日为1994 年11 月23 日，该专利的技术要点在于利用材料的水性和非水性制备基本均匀孔径的陶瓷膜。

4 结论

本文以专利数据为基础，对陶瓷膜专利申请趋势、地域分布、主要申请人、技术构成、专利运营、陶瓷膜孔径控制及材质种类等维度进行导航分析，得出以下结论：

（1）随着世界各国对陶瓷膜研发重视程度的不断提升，陶瓷膜专利申请量逐年上升，中国陶瓷膜技术从无到有，不仅打破了国外的封锁与垄断，尤其是近10 年以来，专利申请引导全球申请趋势，陶瓷膜技术达到了国际领先水平。

（2）我国是陶瓷膜专利产出大国，但是在国外专利布局较少。国内陶瓷膜专利申请人主要来自江苏、广东、山东、北京、浙江五大省市。

（3）从专利申请人来看，中国、日本、美国在陶瓷膜领域具有明显的专利优势。国内创新主体以企业和大专院校为主，但是整体来看，专利质量有待提升。

（4）从技术构成来看，陶瓷膜专利申请的主要围绕分离技术、陶瓷膜制备、温室气体及水处理研究为热点。

（5）陶瓷膜专利运营以转让为主，专利运营热点主要围绕：陶瓷膜制备方法、陶瓷膜新材料、陶瓷膜生物发生器、气体分离等方向。

（6）陶瓷膜被引证次数在10 次以上的专利占全部专利的11.2%，随着被引证次数的增多，国内专利占比逐渐减少。

5 建议

（1）陶瓷膜创新主体应围绕孔径分布窄，通量高、分离效率高陶瓷膜持续研发，进一步降低陶瓷膜的生产成本和工艺复杂度，拓宽陶瓷膜的应用场景。并及时做好创新成果的保护，根据技术先进程度及成熟度不同，做好核心专利布局、基础专利布局及外围专利布局，对研发成果进行全面保护，进一步结合商业策略以获得市场优势地位。

（2）充分利用专利信息，实现“站在巨人的肩膀上”进行“节约而高效”的创新式研发。专利信息是技术和科学信息的重要来源，创新主体应重视陶瓷膜专利技术发展态势，并及时跟踪发展动态，可对正在研发的项目进行专利导航，高效利用专利信息为研发工作提供及时支持。

（3）通过依托行业协会，建立陶瓷膜专利协同运用机构，提供许可、转让、质押等专利运营方式，提升协同运用能力，发挥专利在市场运用运营中的应用，推动陶瓷膜专利无形资产向有形资产转变。