我国石墨烯领域专利信息可视化分析

陈长益+吴华珠

作者简介：陈长益（１９８６－），男，实习研究员，硕士，研究方向：专利信息分析、科技查新等。·企业情报工作·

〔摘要〕以中国国家知识产权局专利数据库为数据源，借助Bibexcel和Pajek等分析工具，采用定量和定性的专利信息分析方法，从技术生命周期、技术主题和合作网络3个角度对我国石墨烯领域的相关专利文献进行可视化分析，揭露我国石墨烯领域存在研发合作强度较弱、研发机构技术优势不明显、研发主体合作意识淡薄3个主要问题，并提出对策建议，今后应加强我国石墨烯领域的政府支持力度和研发投入与研发合作强度。

〔关键词〕石墨烯；专利信息分析；技术生命周期；技术主题；合作网络

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８２１．２０１４．０３．０２６

〔中图分类号〕Ｇ３５３１；ＴＱ１２７１〔文献标识码〕Ａ〔文章编号〕１００８－０８２１（２０１４）０３－０１２０－０５

Visual Analysis on Graphene Patent Information of ChinaChen ChangyiWu Huazhu

（Jiangsu Science and Technology Information Institute，Nanjing 210042，China）

〔Ａｂｓｔｒａｃｔ〕Based on State Intellectual Property Office of PRChina（SIPO）patent databases,by the software tools of the Bibexcel and Pajek,this article conducted visual analysis on the Graphene technology of China from the angles of technology life cycle and technology Subject and collaborative network research to reveal its development status and the problem by the method of the quantitative and qualiative patent information analysis.It revealed the three major problems to be weakness in the R&D collaboration,uncharacteristic in the technical advantage,poor awareness in the cooperation among R&D institutions in the Graphene field of China.Finally,the paper provided countermeasures to enhance government support,the R&D investment and collaboration in graphene of China in future.

〔Ｋｅｙｗｏｒｄｓ〕graphene;patent information analysis;technology life cycle;technology subject;collaboration network

石墨烯（graphene），又称单层石墨，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。2004年，石墨烯首次由英国曼彻斯特大学物理学教授安德烈·海姆（Andre KGeim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）利用微机械剥离方法获得［１］。它是已知材料中最薄的一种，其厚度仅为035nm［２］。因石墨烯具有独特的结构，集优异的光学、化学、电学、力学等特性于一身，迅速成为物理学、化学和材料科学等领域最热门的研究主题之一［３］。石墨烯也被认定为新型潜力材料，可广泛应用于新型复合材料、储能装置、电极、超灵敏传感器、新型催化剂等领域。

专利是技术创新的重要产出成果，专利文献蕴藏着大量的技术信息，能够反映科学技术发展水平及发展状况。据WIPO数据统计显示：全世界90％以上的技术创新成果会出现在专利说明书、权利要求书、专利公报等专利文献中。专利信息分析就是通过数据挖掘、数理统计、文本分析等定量与定性相结合的方法，挖掘专利文献中的潜在价值，发掘重点领域、热点领域、技术发展趋势等重要技术信息。专利信息分析是制定专利战略和保护知识产权的前提，正确运用专利信息分析能有利于保护发明创造和鼓励技术创新，因而获得竞争优势，促进产业整体的创新发展和产业结构的优化升级［４］。本文通过对我国石墨烯领域专利文献信息的可视化分析，揭示我国石墨烯领域的发展现状，为我国石墨烯产业发展及其研发主体的研发决策提供参考。

１数据获取及分析工具

进入中国国家知识产权局专利数据库，以石墨烯为检索词，以关键词为检索字段，时间范围是1985年至2013年9月4日，共检索到国内外在我国申请的石墨烯领域专利3 318件，其中发明专利3 168件，占比95%，实用新型150件，占比5%。

本文主要借助了文献计量工具Bibexcel软件和复杂网络分析工具Pajek软件。首先借助Bibexcel软件分析石墨烯领域专利IPC分类号、专利权人合作、地区合作和发明人合作的共现关系，并生成net数据格式，然后导入Pajek软件，得到可视化的技术主题图谱和合作网络图谱。

２我国石墨烯领域专利信息可视化分析

２１技术生命周期

一种技术的生命周期通常由萌芽（产生）、成长（发展）、成熟、瓶颈（衰退）几个阶段构成［３］。本文采用技术生命周期图法，基于专利申请量与专利权人随时间推移而变化的数据绘制出石墨烯领域的技术生命周期图（图１）。从图中可以看出，我国石墨烯领域专利申请首次出现在2001年，随后进入了技术生命萌芽期，直到2009年，专利申请量迅速增长，进入了快速成长阶段。目前，石墨烯专利技术正处于技术生命周期的快速成长阶段。

２２技术主题分析

２２１总体分析

通过对专利IPC小类频次的统计，得出排名前10位的

图１石墨烯领域专利技术生命周期图注：由于专利从申请到公开有18个月的延迟，图中近2年，尤其是2013年的数据小于实际数据，仅供参考。

IPC小类分别为C01B（碳；其化合物）、H01M（电极；电池组）、H01L（半导体器件）、B01J（催化剂）、G01N（测试或分析材料）、C08L（高分子化合物复合材料）、H01G（电容器）、C23C（膜材料）、H01B（导电材料）、C04B（混凝土；陶瓷；其组合物）。为了更了解石墨烯具体细分领域，以IPC大组为分析对象，利用Pajek软件绘制出石墨烯领域技术关联图（图２）。图中的圆点代表技术领域（IPC大组），圆点的大小表示该技术领域与其他技术领域的关联性，圆点越大，与其相关联的技术领域（IPC大组）越多；两个圆点之间有连线表示两个技术同时出现在同一件专利中，连线越粗表示这两个技术领域出现在同一件专利中的次数越多，联系越密切［５］。图２石墨烯领域专利IPC大组技术关联图

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从图２可以看出，在石墨烯领域，碳及其化合物（C01B31）、纳米材料（B82Y30、B82Y40）、电极（H01M4、H01M10）、催化剂（B01J21、B01J23等）、导电材料（H01B1、H01B5、H01B13）、膜材料（C23C16）、半导体器件（H01L21、H01L29）、复合材料（C08K3、C08K13、C08L79等）等技术分类圆点较大，申请的专利较多，是石墨烯的重点技术领域。由于石墨烯是由碳原子构成的这一本质特性，因此分类号C01B31圆点越大，与其相关联的分类号越多，申请的专利（C01B）也越多；电极、催化剂、复合材料等是石墨烯应用最为广泛的技术领域，因此H01M4、B01J21、C08L79等分类号圆点也较大，与其关联的分类号也较多，申请的专利（H01M、B01J、C08L等）也较多。

其中碳及化合物、纳米材料、电极、催化剂、导电材料、膜材料、半导体器件之间的连线较粗，它们具有很强的技术关联，位于图２的中部左边；复合材料之间的连线较粗，它们具有很强的技术关联，位于图２的中部右边。其它技术领域圆点连线较细，或者没有直接连线，而是通过中间圆点间接相连。一方面，反映出这些技术领域间可能不存在直接关联关系，而是间接相关；另一方面，可能存在某些被忽视的非常规手段的关联关系；研发人员可从中寻找新的潜在关联关系，获得新的技术突破。

２２２重要专利权人技术主题分析

选取专利申请量排名前10位的专利权人，对他们申请专利的IPC小类进行统计分析，得出其专利申请的重点技术主题（图３）。图３中选取的是申请量排名前8位的IPC小类，彩色圆球代表各个专利权人的IPC小类，圆球上面的数字表示不同专利权人各IPC小类的专利申请量。可以看出海洋王照明科技股份有限公司专利申请主要集中在电池组电极（H01M）和电容器（H01G）等方面，浙江大学专利申请主要集中在电池组电极（H01M）和催化剂（B01J）等方面，西安电子科技大学专利申请主要集中在半导体器件（H01L）和膜材料（C23C）等方面，总之，不同的专利权人申请专利的技术主题都有所差异。图３石墨烯领域不同专利权人主要IPC小类分布图

２３合作网络分析

２３１研发机构合作和地区合作

在所检索的3 318件专利中，由2个及以上研发主体共同申请的专利只有301件，占申请总量的91%，剔除其中128件由母公司与子公司合作申请的专利，则只有173件，占申请总量的52%。这表明在我国石墨烯领域研发机构间缺乏技术交流与合作，跨机构合作研发程度较低。

由石墨烯领域专利申请的研发机构合作图（图４）可以看出，整体来看，研发机构合作程度较弱，连线最粗的是清华大学和鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，共合作申请专利27件，反映出他们之间合作最密切。其次，深圳市海洋王照明技术有限公司、深圳市海洋王照明工程有限公司和海洋王（东莞）照明科技有限公司都是海洋王照明科技股份有限公司的子公司，不具有合作的代表性。

由石墨烯领域专利申请的地区合作图（图５）可以看出，北京分别与上海、广东、江苏和山东等地开展了广泛的研发合作，是合作次数最多的地区。其中，北京和广东的研发合作最密切，共合作27次；其次是上海和江苏，共合作9次。广东除与北京合作最密切外，还与香港合作了3次，数据显示，这3次是香港中文大学和中国科学院深圳先进技术研究院的合作。

２３２发明人合作

如果同一专利有2个及以上的发明人，则称为发明人合作专利。专利发明人的合作情况在一定程度上反映某一行业或领域的发明人分布情况和技术扩散程度［６］。我国石墨烯领域的3 318件专利中，有3 031件为合作申请专利，合作率为91%，平均每件专利由43个发明人共同完成。由此可见，从整体来看，我国石墨烯领域的发明人合作较普图４石墨烯领域专利申请研发机构合作图谱

图５石墨烯领域专利申请地区合作图谱

遍，合作程度较高，有利于知识的传播、共享和技术的扩散。

由石墨烯领域专利发明人合作图谱（图６）可以看出，石墨烯领域专利发明人合作图谱呈多个非连通网，构成了若干个合作团队，各团队之间基本上没有互动关系，通过进一步的分析可知各团队都是来自各大研发机构，是该机构石墨烯领域的重要研发力量。图６中海洋王照明科技股份有限公司的周明杰和王要兵合作最密切，共合作申请专利118件；西安电子科技大学的宁静、王东和韩砀等7人构成独立的连通网，郭辉、张克基和张玉明等6人构成独立的连通网，这两组人员可能是该单位不同研究方向的两组团队。分析可知，各个小连通网中的团队成员都是来自同一研发机构，而由来自不同研发机构成员组成的研发团队几乎没有。反映出虽然整体上发明人合作程度较高，但从结构上来看，几乎没有跨机构的合作。

３结论及建议

通过对我国石墨烯领域专利申请文献的可视化分析可知，虽然2008年之前石墨烯领域的专利申请量较少，处于技术酝酿阶段。但近几年，随着石墨烯领域受到越来越多的企业、科研院所及专家学者的关注，2009年开始，我国石墨烯领域专利急剧增长，目前已经进入了快速成长阶段。经过了漫长的酝酿，进入成长阶段的石墨烯领域将会蓄势待发，但也会遇到困难，总之，机遇与挑战共存。

从技术主题看，我国石墨烯领域专利技术主题广泛，主要集中于石墨烯电极、电容器、石墨烯纳米材料、传感器、石墨烯催化剂等技术领域。不同的研发机构，专利技术主题各不相同，同一研发机构内部也存在多种不同的技术主题，形成了一个较良性的竞争环境。比如海洋王照明科技股份有限公司专利申请量主要集中在电池组电极和电容器等方面，浙江大学专利申请量主要集中在电池组电极和催化剂等方面，西安电子科技大学专利申请量主要集中在半导体器件和膜材料等方面。

从合作申请看，研发机构合作方面，我国石墨烯领域研发机构合作强度较小，反映出合作意识较弱，其中合作强度最大的是清华大学和鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。地区合作方面，合作强度较小，其中地区合作强度最大的是北京和广东、上海和江苏这些较发达的地区，有些图６石墨烯领域专利发明人合作图谱

欠发达地区甚至没有合作。专利发明人合作方面，虽然整体上发明人合作程度较高，合作率高达91%，但合作主要发生在机构内部，几乎没有跨机构的合作；另外，这些机构内部的合作人员形成了该机构的合作团队，有些大的研发机构有若干研发团队。

根据上述结论可以看出，目前我国石墨烯领域虽然取得了一定成绩，但也存在以下问题：（1）研发机构和地区合作强度较弱；（2）各研发机构技术优势不够明显；（3）各研发主体合作意识淡薄。针对以上问题，提出3点建议：（1）政府相关部门应继续加大对石墨烯领域扶持力度。资金扶持方面，加大R&D投入，建立专项资金支持，积极帮助企业拓展合作融资渠道，引导各级金融机构、民间组织等各方投资力量；政策扶持方面，帮助企业拓展合作渠道，建立专项支持项目，大力促进科技创新平台的高效运转，活跃政产学研合作体系，努力帮扶产业创新联盟、产业协会的发展；（2）加强研发机构合作力度，包括企业与科研院所等研发主体合作、地区合作等，实现资源优势互补，促进石墨烯领域快速发展及其科研成果的快速产业化。一方面，借助政府搭建的科技创新平台，如通过政产学研合作加强与科研院所的合作，通过产业创新联盟、协会等拓宽合作渠道与合作方式；另一方面，各企业自身应加强合作意识，摒弃担心技术泄露的顾虑，积极开展跨机构、跨地域合作，通过合作既能促进技术交流、提高自身技术创新度，也有利于整个产业的发展。（3）相关研究表明，成长期阶段，市场规模迅速增大，需求迅速增长，产业内的利润较大，竞争逐渐加剧［７］；因此，相关研发机构必须注重提高研发投入、加大研发力度，掌握产业核心技术，提高企业核心竞争力，获得竞争优势；同时，加强石墨烯的现有应用领域，尤其是夯实本研发机构的特色优势技术，并拓展潜在应用领域，时刻走在产业发展前列。

参考文献

［１］卫立现，杜骁勇，李涛，等.石墨烯领域中国专利申请状况分析［Ｊ］.中国发明与专利，2013，（5）:57-61．

［２］黄毅，陈永胜.石墨烯的功能化及其相关应用［Ｊ］.中国科学（B辑:化学），2009，（9）:887-896．

［３］马廷灿，万勇，冯瑞华.石墨烯专利技术国际研发态势分析［Ｊ］.科学观察，2012，（3）:25-36．

［４］陈燕，黄迎燕，方建国，等.专利信息采集与分析［Ｍ］.北京：清华大学出版社，2006:59-63．

［５］刘盛博，丁.中国科技管理领域科技合作复杂网络分析［Ｊ］.情报学报，2010，（1）:177-183．

［６］文晓芬，杜艳艳.我国生物柴油技术专利计量分析［Ｊ］.情报杂志，2011，（1）:8-12．

［７］郭志军.基于生命周期理论的产业绩效研究——以中国工业39个子行业为例［Ｄ］.南宁：广西大学，2008:14-19．

（本文责任编辑：孙国雷）

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