基于SCI数据的纳米金刚石研究态势分析

曾硕勋,张雪燕,张龙

(1.甘肃省科技情报研究所,甘肃兰州 730000;2.甘肃省科技评价监测重点实验室,甘肃兰州 730000; 3.董志中学,甘肃庆阳 745000)

基于SCI数据的纳米金刚石研究态势分析

曾硕勋1,2,张雪燕3,张龙1,2

(1.甘肃省科技情报研究所,甘肃兰州 730000;2.甘肃省科技评价监测重点实验室,甘肃兰州 730000; 3.董志中学,甘肃庆阳 745000)

采用合著分析法和共词分析法,以SCI数据为基础,借助TDA,Ucinet,NetDraw等可视化工具,通过国内外纳米金刚石的发文数、科研机构、国际合作、高引论文、研究主题的文献分析,以期把握纳米金刚石发展的国际态势,并为我国纳米金刚石研究发展提供参考借鉴。

SCI;纳米金刚石;合著分析;共词分析;研究态势

0 引言

纳米金刚石优越的物理特性已在抛光、磨料、磨具、润滑、磁性记录、医学[1-3]等众多领域得到应用,随着纳米金刚石制备技术的提高,应用广度和深度的递进,以及理论和实验室研究的国际广泛关注,纳米金刚石制备精细度更高,并产生众多极致性的纳米金刚石特性,如由多层,甚至单层碳原子组成的石墨烯,其导热、导电、透光性等都几乎到达理论极限[4-6]。正是基于纳米金刚石材料的超凡特性,十分可观的理论和现实应用前景,以及憧憬无限的社会经济价值,不少国家将纳米金刚石的制备和应用作为一项重大科研战略。

SCI(Science Citation Index)数据库是由美国科学信息研究所创办出版的引文数据库,是国际公认的进行科学统计与科学评价的三大检索系统之一,而且是被认为最具权威性的数据库。为此,从SCI数据库中进行纳米金刚石的文献检索,可以窥见国内外纳米金刚石的研究热点和发展趋势,有利于我们把握科研方向,避免闭门造车,与此同时,从文献角度分析国内外纳米金刚石的研究发展趋势,有利于我们寻找科研合作伙伴,形成国际合作团队,共同攻克科研难题,为纳米金刚石研究和应用机构的多方位决策提供参考。

1 分析内容

纳米金刚石主要指具有纳米级微小,而又具有金刚石硬度的一类物质。据此,寻找相关检索词(包括石墨烯、纳米级立方氮化硼,碳纳米管,具有金刚石特性的富勒烯等),在SCI数据库中进行检索。检索文献类型:(Article or Proceedings Paper or Review);检索数据库:Science Citation Index Expanded(SCIEXPANDED);出版年:(1900-2014);检索时间为:北京时间,2014年12年8日,15:40;共检索到相关文献172,030篇。

通过阅读论文题名判断与“纳米金刚石”主题是否相关,结合TDA(Thomson data analyzer)数据清洗和分析工具,分别对其中的机构名称、作者关键词和作者姓名三个字段进行规范,保留了高度契合主题的115859篇文章。为尽可能分析SCI数据库中较有影响力的文献,同时考虑方便数据分析软件的处理能和分析结果客观真实一致,设置被引阀值为100,进行过滤,最终,将契合度较高的3755篇文献全部纳入研究范围。

2 分析方法与工具

2.1 合著分析(Co-Authorship Analysis)

合著分析是一种研究多名学者合作发表论文现象的计量分析方法。合著有时又称合作。合著分析的原理是:当2名或更多的学者姓名共同出现在论文作者字段中时,假定他们之间存在着合作关联,共现频率越高则认为合作程度越密切。与此同理,可以获得机构合作、国际合作等其他合作关系[7-8]。为了更加直观的展现合著关系,关联图节点大小代表标签对象的发文数量;两个节点间的链接粗细反映合作次数多少;节点颜色、位置和距离暂未赋予特定意义。

2.2 共词分析(Co-Word Analysis)

共词分析是一种研究词语共现现象的计量分析方法,其原理是:具有概念内涵的两个词语在指定范围内多次地共同出现,则假定它们之间存在着某种主题关联,共现频率越高则认为主题关联越紧密。本报告将词共现范围限定在每篇论文的作者关键词字段,将这些共现关系加以汇总,并以知识图谱的形式加以展现[9],[10]。为了更加直观地展现学科内的研究热点,将关键词的文档词频大小设定为节点大小;两个节点间的链接粗细展示共现次数多少;节点颜色、位置和距离暂未赋予特定意义。

2.3 主要工具

考虑到纳米金刚石相关检索词在SCI数据库中获得的文献量大,需要进行必要的去除重复文献,提出在纳米金刚石研究领域有重要价值的文献。同时,提升研究分析的可视化和直观性,文章主要采用TDA(Thomson Data Analyzer),Ucinet,NetDraw以及Excel四个处理工具。

3 结果与分析

3.1 发文数量

图1显示从1991年始,纳米金刚石领域发文国家TOP5总体呈现发文增长态势,尤其是美国自2003年起,均保持了纳米金刚石领域的强大科研投入和学术产出,在此领域保持了全球领头羊态势,其他国家保持了大致相同的态势,说明了纳米金刚石领域仍然处在科研热点中。由于文献被引高峰往往出现在刊出两年以后[11],因此有图1显示情况。

表1显示了纳米金刚石技术领域SCI论文的国别分布TOP10,美国论文数量遥遥领先,约为top10中其他9国总和,中、日、韩、新加坡进入前十,其他为欧美国家,中国论文总数领先于其他前8国家。但从均篇被引情况看,亚洲国家真实学术科研水平浮出了水面,中国更是垫底,美国发文总量大,应该存在良莠不齐,但其均篇被引仍处在第4位,可见其整体学术科研水平的强大。

图1 纳米金刚石领域发文国家TOP5Fig.1 The top5 countries for the number of published papers on nano diamond

表1 纳米金刚石技术领域SCI论文的国别分布TOP10Tab.1 The top10 countries for SCI papers on nano diamond

3.2 科研机构

图表显示全球研究纳米金刚石TOP的科研机构,中科院,清华大学上榜,分列2、6位,英国剑桥大学第7,其余TOP10全为美国科研机构。对比之下,中科院和清华大学发文量与其他TOP10科研机构几无差距,然而,从单篇最高被引和均篇被引看,两个科研机构差距甚大,表明在纳米金刚石研究领域,我国科研机构的前沿研究较为欠缺。

3.3 国际合作

SCI论文中体现出的国际合作情况见图2(合作论文数量少于5篇的国家在图中不显示)。美国的合作国家遍布全球,与中国、英国、韩国、英国、法国、日本等国家合作强度比较大。此外,英国、德国、法国也展示了全球合作的强烈态势。而中国尽管发文量仅次于美国,但与其他国家的合作交流密切程度还十分有限,主要与美国、英国、新加坡、澳大利亚、日本合作,除与美国合作较多,与其他四国合作次数也很有限。

表2 纳米金刚石技术领域SCI论文的科研机构分布TOP10Tab.2 The top10 institutions for SCI papers on nano diamond

各机构间的合作情况见图3(机构合作次数少于5次的节点不显示)。由图中可知,纳米金刚石领域的机构合作具有较为明显的小范围国别或区域特性,中国机构的合作对象主要是国内机构(清华、北大、中科院、哈工大、中国纳米科学中心),且合作次数有限。国外机构如波士顿大学(Boston Univ,美国),米尼奥大学(Univ Minho,葡萄牙)和西班牙皇家科学理事会(CSIC)之间;法国国家科学研究院(CNRS),伦敦大学(Univ London,英国),的里亚斯特大学(Univ Trieste,意大利)之间;剑桥大学(Univ Cambiridge,英国),俄罗斯科学院(Russian Acad Sci),曼切斯特大学(Univ Manchester,英国),内梅亨大学(Radboud Univ Nijmegen,荷兰)之间等均在纳米金刚石技术领域,展现了科研的国际合作的活跃性和普遍性。

图2 纳米金刚石技术领域SCI论文的国际合作情况(＞5)Fig.2 The international cooperation status for nano diamond SCI papers(＞5)

图3 纳米金刚石领域SCI论文的机构合作情况(＞5)Fig.3 The institutional cooperation status for nano diamond SCI papers(＞5)

3.4 高引论文

高被引论文往往被认为是领域内研究重要技术的突破,是一个学科领域的重要基石,因此高被引代表科研工作者,科研机构,以及国家在这个领域的突出贡献,同时也发映出学科发展的主导方向。表3展示了俄罗斯、英国、美国在纳米金刚石领域的突出贡献和重要地位,美国在纳米金刚石领域的领航能力再次凸显。从表3题名看,10篇最高被引文献中,6篇涉及石墨烯的研究,可见石墨烯是纳米金刚石领域的主要学科方向。

表3 纳米金刚石领域SCI论文被引频次TOP10Tab.3 The top10 most cited SCI papers on nano diamond

3.5 研究主题

关键词共现关联见图4(共现关联少于3次的节点不显示)。由图中可以看出,碳纳米管(Carbon nanotubes)、石墨烯(Graphene)是纳米金刚石领域关注和研究的核心主题;与这些核心主题密切相关的还有纳米粒子(Nanoparticles)、纳米技术(nanotechnology)、纳米材料(nanomaterials)、碳(carbon)等主题。其中,纳米粒子、机械性能、纳米复合材料、生物传感与碳纳米管的关联性最为紧密;纳米复合材料、激光拉曼光谱、电化学与石墨烯关联性最为密切。

由图中可知,纳米金刚石的研究形成了5个核心聚类,以碳纳米管为核心的相关研究,关联主题有生物传感(Biosensor)、机械性能(Mechanical properties)、富勒烯(fullerene、fullerene tube)、聚合物(polymer)、石墨(graphite)、给药(drug delivery)、碳纳米纤维(carbon nanofibers)、纳米结构(nano structures)、纳米复合材料(nano composites)、二氧化钛(Titanium dioxide)等;以石墨烯为核心的相关研究,关联主题有碳(carbon)、纳米复合材料(nano composites)、电催化(electrocatalysis)、电化学(electrochemistry)、燃料电池(fuel cell)、拉曼光谱(raman sectroscopy)、超级电容器(supercapacitor)、光催化(photocatalysis)等;以纳米粒子(nanoparicles)为核心的关联主题有纳米技术(nanotechnology)、纳米材料(nanomaterials)、毒性(toxicity)、毒理学(toxicology)等;阳极氧化(anodization)和锂离子(lithiumion)展现了纳米金刚石在电容(电池)领域相对独立的研究。

图4 纳米金刚石领域SCI论文的主题共现关联(＞3)Fig.4 The theme co-occurrence association of SCI papers on nano diamond(＞3)

由此可见,碳纳米管是纳米金刚石领域的绝对研究主题,与碳主题关联度相对较小,表现为围绕碳纳米管的拓展应用研究为主导。石墨烯是纳米金刚石领域的第二大研究主题,与碳主题关联性较大,而与其他密切关联的主题较少,表现为石墨烯的生产制备研究仍然占据重要位置,拓展应用研究正在蓬勃发展。

4 结论与讨论

通过对纳米金刚石的SCI数据库分析,得出以下结论。(1)纳米金刚石领域仍然处在全球科研热点中,其中石墨烯态势最盛;(2)纳米金刚石研究两大核心为碳纳米管和石墨烯,当前碳纳米管以拓展应用研究为主导,石墨烯的生产制备研究仍然占据重要位置,拓展应用研究正在蓬勃发展;(3)美国全面领先全球,亚洲总体落后欧美,中国研究总量仅次于美国,但在纳米金刚石领域的真实科研水平难望其项背。

纳米金刚石无以伦比的特性吸引了众多科研工作者,其研究与应用无疑将持续很长一段时间,科研创新和相关文献仍在不断涌现,文章难以全面把握到位,文中可能存在以下不足之处:(1)SCI数据库检索不全面,漏检新兴主题;(2)数据处理不恰当,尤其是涉及中文作者同名或简写形式时,TDA处理难免出现错和漏;(3)限于篇幅的原因,图谱展示和相关分析难以全面展示,如纳米金刚石研究的国家之间比较,科学交叉等,将试图在后续跟进。

[1] Sarma,SJ;Bhattacharya,I;Brar,SK;Tyagi,RD;Surampalli, RY.Carbon Nanotube-Bioaccumulation and Recent Advances in Environmental Monitoring[J].CRITICAL REVIEWS IN ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY,MAY 3 2015(9),905-938.

[2] Chu,PK.Recent applications of plasma-based ion implantation and deposition to microelectronic,nano-structured,and biomedical materials[J].SURFACE&COATINGS TECHNOLOGY,JUN 25 2010(204)2853-2863.

[3] Han,BG;Sun,SW;Ding,SQ;Zhang,LQ;Yu,X;Ou,JP. Review of nanocarbon-engineered multifunctional cementitious composites[J].COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING,MAR 2015(70)69-81.

[4] Porro,S;Accornero,E;Pirri,CF;Ricciardi,C.Memristive devices based on graphene oxide[J].CARBON,APR 2015 (85),383-396.

[5] Vashist,SK;Luong,JHT.Recent advances in electrochemical biosensing schemes using graphene and graphene-based nanocomposites[J].CARBON,APR 2015(84),519-550.

[6] Jiang,JW;Wang,BS;Wang,JS;Park,HS.A review on the flexural mode of graphene:lattice dynamics,thermal conduction,thermal expansion,elasticity and nanomechanical resonance[J].JOURNAL OF PHYSICS-CONDENSED MATTER,MAR 4 2015(27),8.

[7] 衡晓帆,邱鹏君,王有国,汪雪锋.基于核心期刊论文的我国情报学合著网络分析[J].情报杂志,2014(3):72-76.

[8] 李芳,汪江桦.中国图书情报领域国际合著现象分析[J].图书馆论坛,2012(1):38-41,46.

[9] 王鑫.图书馆用户体验领域研究热点分析[J].图书馆学刊,2014 (7):137-140.

[10] 刘静,马建霞,范云满.研究前沿探测方法概述[J].图书馆理论与实践,2014(7):34-37.

[11] 郭强,赵瑾.基于被引次数的论文影响力下载类指标研究[J].图书馆理论与实践,2014(11):50-54.

Analysis of the Research Trend of Nano Diamond Based on the SCI Data

ZENG Shuo-xun1,2,ZHANG Xue-yan3,ZHANG Long1,2
(1.Institute of Sciences and Technology Information of Gansu,Lanzhou,Gansu 730000,China;
2.Key Laboratory of Scientific&Technical Evaluation and Monitoring of Gansu,Lanzhou,Gansu 730000,China;
3.Dongzhi Junior High School,Qingyang,Gansu 745000,China)

In order to understand the international development trend of nano diamond and to provide a reference for the research and development of nano diamond of our country,a documentary analysis of the number of articles about nano diamond published worldwide, the scientific research institution,the international cooperation,the most cited papers and research topic has been conducted through methods of co-authorship analysis and co-term analysis based on the SCI data and with the help of visual tools such as TDA,Ucinet,Net-Draw,etc.

SCI;nano diamond;co-authorship analysis;co-term analysis;research trend

G352.1;TQ164

A

1673-1433(2015)04-0037-06

2015-06-02

曾硕勋(1981-),男,江西兴国人,硕士,研究方向:区域经济,科技情报资源,E-mail:zsx@gsinfo.net.cn;张雪燕(1985-),女,甘肃庆阳人,学士,研究方向:英语科技文献翻译。E-mail:876096238@QQ.com

国家自然科学基金:兰州新区高技术产业发展机理研究——基于技术生态适应性视觉(编号:71363003),甘肃省技术研究与开发专项计划基金(编号:1004 TCYA014)成果之一

张龙(1980-),男,甘肃兰州人,学士,副研究员,研究方向:科技信息情报,计算机,E-mail:zsx1013zsx@163.com.

曾硕勋,张雪燕,张龙.基于SCI数据的纳米金刚石研究态势分析[J].超硬材料工程,2015,27(4):37-42.