基于数据可视化软件的量子点研究现状分析∗

王宿慧 张 旭 郭腾霄 丁学全

（1.军事科学院防化研究院 北京 102205）（2.国民核生化灾害防护国家重点实验室 北京 102205）

1 引言

量子点又称纳米晶、人造原子，是一种纳米级的半导体新材料。量子点在三个维度上的尺寸都小于或近似等于其体激子玻尔半径，尺寸限域引起了尺寸效应、量子限域效应、隧道效应、表面效应等等，使其具有宏观材料难以企及的良好物理、化学性能。量子点在医药、生物学、光学、材料学等领域都具有广阔的应用前景［1］，因此对量子点的研究现状进行综合分析，有助于把握量子点当前和未来的研究重点和研究方向。但传统的现状分析方法有不少局限，如定性分析的多、定量分析的少，文字表述多、图示展示少，对个别文献解剖多，对海量文献概括少。

论文首先通过关键词（使用通配符等高级检索）或主题词，尽可能查全查准量子点领域相关文献，将文献批量导出，数量越多，最后的分析结果越准确。再将文献导入Endnote 文献管理软件中，再通过Endnote 导出文献，使得文献导出格式符合可视化软件导入文献的格式要求，通过选择共献、共著、发展趋势、网络关系等选项，定制自己需要的图表。获得图表后，结合查阅的相关资料，分析图表，得出现状分析结论。

2 量子点研究的历史趋势与经典事件分析

首先，我们利用AMiner 工具+关键查询，对量子点的发文数量及关键事件进行了历史趋势分析，之后，利用中国工程科技知识中心网站提供的工具+关键查询，对中外发刊数量进行了历史趋势及对比研究，二者也进行了相互验证。

通过AMiner 科技情报挖掘平台，对关键词“量子点”进行分析，并结合百度文库以及网页资料查询，可得到以下基本的研究趋势结论，量子点领域相关研究工作，自1952 年发表第一篇论文起，不断深入，截至2016年共发表论文10859篇，期间，2015年发表论文最多，达到1215 篇，表明量子点研究内容的不断深化、范围的不断扩大的总体趋势，参见图1。

图1 量子点研究趋势

在量子点不断深化的研究过程中，有以下典型的研究节点和典型事件。

1993 年MIT 的Bawendi 课题组合成出硒化镉等金属硫族化合物纳米晶体，成为半导体纳米晶研究快速发展时期，这也是系统研究量子点的早期经典之作［2］。

1998 年P.Alivisatos 等将量子点用于纤维原细胞标记，从此揭开量子点作为荧光探针应用于生物医学成像的标志性事件［3］。

从图1中看，2001年～2005年，量子点的研究有较大发展斜率，结合百度百科，我们发现在2003 年量子点有非常重要的研究进展，如Burda 团队在本年度，首先阐释了量子点作为光敏剂的发展潜力［4］，其他团队也进行了相关研究。同年，中科院与香港城市大学的联合研究团队发现石墨烯量子点，这种量子点可高效产生单线态氧，并作用于活体，可杀死肿瘤，近年来，仍有许多医疗医药研究机构将量子点材料应用到肿瘤光热治疗以及放射治疗上。

2006年前后，S.J.Rosenthal等制备了一种超小CdSe 纳米晶作为白光荧光粉，大大拓展了量子点发光二极管（QLED）的应用前景。

2012 年，量子点催化体系的光催化产氢研究取得了重要突破，大大提升了无贵金属催化剂的应用可行性。

2014 年，Kovalenko 的课题组率先制备了全无机铯铅卤化物钙钛矿量子点，钙钛矿量子点成为新兴的研究热点，这种量子点不仅在光伏电池和光电显示器件有所应用，还为制造新型激光材料提供了新策略［5］。

2014 年前后，我国的量子点显示技术也迎来了发展小高潮，在近年来的电视市场中，量子点显示技术成为了各厂商争夺的战略高地，利益争夺往往能推动科技的进步［6］。厂商纷纷斥资致力于其在电视产品中的应用，而量子点在显示屏中的应用也将朝着“电致发光”，即QLED的最终形态进化。

下面，我们再利用中国工程科技知识中心网站提供的工具，检索相关领域文献、期刊，并进行中外期刊在量子点方面研究的特点对比。

图2 中文期刊年发刊数量柱状图

图2 为以“量子点”“光谱”为关键字的中文期刊年发表量柱状图。由图可见，国内量子点光谱相关研究发刊数量有小的波动，但大体成增长趋势。2003 年，有凸点出现，印证了该年度量子点的突破性研究进展。

图3 为以“量子点”“光谱”为关键字的外文期刊年发表量柱状图。由图可见，2000 年～2002 年，国外量子点光谱相关研究发刊数量波动较大，推知国外可能在2002 年前后取得了量子点领域中的重大突破，查阅资料我们得知，2002 年美国研究人员率先探索了量子点体内标记的可能性［7］，同年，美国麻省理工大学首次报道了一种新型的量子点发光器件，将有机材料和高效发光的无机量子点纳米晶结合在一起产生拥有新型结构的量子点发光器件［8］，也是在该年，美国首次将量子点投入商业化应用。

通过图2、图3对比，美国量子点研究论文的发表，始于1972 年（1952 年的论文，未收录于该数据库，但不影响大趋势的分析），而我国在1998 年才开始刊载，美国的量子点研究较国内早20 年以上，年发刊较国内多3～7 期。但从近期研究态势看，我国正在逐渐缩小与美国间的差距，并推知在未来几年，我国量子点相关领域的研究将更加广泛而深入。

图3 英文期刊年发刊数量柱状图

3 量子点研究的关键问题与重点方向分析

利用AMiner 工具，我们将量子点研究的关键词进行了图示化展示，得出图4，分析得知：

1992 年～2004 年，近12 年，量子点相关领域研究都以半导体量子点、半导体、光致发光三个领域和方向为主。

2005 年～2008 年，荧光探针的研究逐渐代替了半导体领域进入量子点相关领域研究最热门前三名，也就是，半导体量子点、荧光探针、光致发光。

2009 年CdTe 量子点研究兴起，至2012 年，始终保持着最多论文发表数量。

与此同时，碳量子点与石墨烯量子点逐渐进入人们视线，碳量子点领域研究迅猛，由2012年的12篇论文激增至2013 年的34 篇论文，代替CdTe量子点领域成为了最热门的研究领域。

自2014 年石墨烯量子点领域研究兴起至今，CdTe 量子点、碳量子点、石墨烯量子点始终保持量子点领域研究最热门前三名。

碳量子点具有优秀的光学性质，良好的水溶性、低毒性、环境友好、原料来源广、成本低、生物相容性好等诸多优点，在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等许多的领域都有较好的应用前景［9］。

石墨烯量子点内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著，具有许多独特的性质。这或将为电子学、光电学和电磁学领域带来革命性的变化。但是由于碳量子点在制备过程中容易团聚，形成大小不均匀的量子点严重影响其光学性质，而石墨烯量子点的合成不仅耗时而且制备工艺繁杂，要求制备条件苛刻［10］。因此预计碳量子点及石墨烯量子点的制备合成工艺将在未来几年有着更深入的研究。

图4 量子点领域研究方向分布图

通过使用VOSviewer 共献分析软件，从CNKI中以量子点光谱为关键字，检索了500 条文献，通过密度可视化分析，我们可以看出，碳量子点、石墨烯量子点为近年研究热点，与以上结论相一致，相互进行了印证，如图5所示。

图5 量子点光谱领域密度图

我们又以“量子点”为关键字，在中国工程科技知识中心网站中检索近一年的中、英文期刊，通过词云分析，可显示出近一年国内外量子点领域的热词、相关词以及其热度与相关性，我们对比国内外词云（图6（a）、（b））可以发现：

我国量子点领域比较热门的研究方向为碳量子点、石墨烯量子点、荧光。美国的热门方向为光致发光、石墨烯量子点、荧光。由于美国研究量子点较我国早20 年，因此我们也可借鉴美国经验，将光致发光作为未来重点突破方向。

接下来我们通过一年内的国内外期刊对量子点领域进行相关性分析，通过提取数据中的关键词，分析出每个词的热度指数，以及词与词之间相关度。图7 中“量子点”为中心词，其他词与“量子点”的相关度越高，则在图中与“量子点”的距离越近；反之，与“量子点”的距离相对较远。图中，每个词的圈越大，则表示该词热度指数越高，圈越小代表该词热度指数相对较低。如图七所示，我们可以很明显地看到美国量子点相关领域热度平均较我国高很多，因此我们应该加大资金投入、加快研究速度，促进量子点领域科研发展，提高我国的科技竞争力。

图6（a） 国外量子点领域相关词云分析

图6（b） 国内量子点领域相关词云分析

图8（a）和图8（b）为图7 中相应的热词排行和关键词排行，可清楚地看出我们与美国近一年里的科研差距主要体现在发文数量上的差距。

4 量子点研究的权威作者与权威机构分析

通过中国知网，以“量子点”为关键字检索文献，以被引次数为统计指标由高到低排序，导出前500 条文献，通过VOSviewer 共著可视化分析，如图9。可以看出该领域较为权威的作者有徐淑坤、王丽萍、张皓、杨柏、林章碧、金钦汉、曾庆辉等。

图7 量子点领域国内外期刊近一年相关性分析

图8（a） 量子点领域国内外期刊近一年热词、相关度排行

图8（b） 量子点领域国内外期刊近一年热词、相关度排行

图9 量子点相关作者共著密度可视化分析图

从web of science 核心合集中以量子点光谱为关键字，以被引顺序由大到小排列，导出500 条文献，通过VOSviewer 共著可视化分析，可以看出中间的作者zadiranov.yu.m.参与了很多量子点光谱相关领域的论文编著，其文章应该相对具有权威性。左边红色区域的作者为近几年发文较多的作者，可推知他们近几年继续从事量子点光谱方向的研究，可对作者blundell.s.a、kapaldo.j、oktyabrsky.s、merz，j.i进行深入了解，如果有与研究量子点光谱仪相关的作者，可对其研究成果、发表论文进行后续跟进，如图10所示。

图10 量子点光谱相关作者共著可视化分析图

我们同样可以通过中国工程科技知识中心网站来分析作者分布情况，下面以英文期刊作者为例，通过数据提取，获得了一张作者玫瑰图，如图11 所示。由于分析篇幅较少，因此作者之间的差异体现并不是很大，但右边色块的排序直接反映了作者影响力的大小。我们可以通过AMiner 对权威作者进行追踪，查看其研究领域、科研单位以及相关人员，如图12所示（由于AMiner没有第一位作者相关信息，因此我们以第二位为例展示该作者资料）。

图11 量子点领域英文期刊作者分析

图12 量子点领域作者cunzhuTong相关信息

通过此处雷达图可以看到该作者在AMiner 平台的发文量为15，被引次数为81，H 指数为5，G 指数为9 等等信息，中间的彩色不规则色条显示的是该作者的随时间变化研究方向的情况。右侧是该作者的网络关系，与其关系最密切的作者可能是其导师、科研合作伙伴、学生等，若该作者研究方向与我们十分契合，则可以通过该网络，对其及其网络关系人进行追踪，实时获取其发布论文、期刊等信息。

在研究机构的分析方面，我们采用的是中国工程科技知识中心的分析工具，通过高级搜索，以量子点光谱为关键词搜索中文期刊，通过重点个人分析可得到申请专利数量最多的申请个人排名情况，并通过专利数，推断相应的研究机构，如图13 所示，可以看出“中国科学院半导体研究所”、“上海交通大学”、“南开大学”这三个单位的申请人申请的专利数量最多，数量分别为14件、12件、12件。

图13 中文期刊申请人排名图

图14 量子点相关领域相关机构发文图

通过中国工程科技知识中心，以量子点为关键字做工程领域可视化分析，得到图14 相关机构以及发表的文章数量，由图可见“中国科学院半导体研究所”、“中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激发态物理重点实验室”、“内蒙古大学物理与机电学院”发表文献最多，分别为548、137、114篇。

综合分析以上两图可以推知“中国科学院半导体研究所”是目前国内从事量子点研究方面的权威机构，我们可以对其研究动态进行重点关注。

5 结语

本文通过一系列的研究分析，推测量子点未来将朝着石墨烯量子点、碳量子点的合成与运用以及光致发光方向发展，量子点领域相关权威专家有徐淑坤、王丽萍、zadiranov.yu.m.等，量子点领域权威机构为中国科学院半导体研究所。上述研究是初步的，我们查阅多个文库发现，量子点领域权威专家在不同的文库中有些出入，原因可能是发文作者投稿的文库不一样，文库收录的文献不够全面，因此对专家的权威性的认定不一定十分精准，后期可通过更细致的筛查研究确定。