王哲 王科

納米材料是由大量晶體組成，尺寸在1～100nm范圍內(nèi)的一種固體性材料，主要包括晶態(tài)、非晶態(tài)金屬和陶瓷等材料，由于其尺寸已接近電子的相干長度，因此具有磁性、導(dǎo)熱、光學(xué)、導(dǎo)電等特殊性質(zhì)，并已成為各領(lǐng)域重要的新技術(shù)材料[1，2]。

納米材料是目前材料科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，納米技術(shù)亦被認(rèn)為是21世紀(jì)最具有前途的科研領(lǐng)域之一。我國非常重視納米材料行業(yè)發(fā)展，除在國家各項(xiàng)科技計(jì)劃中予以支持外，還制定了一系列政策措施營造良好發(fā)展環(huán)境，如《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、“十三五”期間印發(fā)的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》等均把納米材料列為重點(diǎn)發(fā)展方向。在政策利好和實(shí)際需求的推動(dòng)下，我國納米材料行業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在行業(yè)形成規(guī)?；⒓蹜B(tài)勢鮮明、技術(shù)漸趨成熟等方面[3]。

本文主要以“十三五”期間納米材料行業(yè)申請的專利文獻(xiàn)為研究樣本，通過與“十二五”期間對(duì)比等方式，從專利申請數(shù)量、專利申請類型、專利技術(shù)來源地、專利申請主體、重點(diǎn)分支領(lǐng)域?qū)＠暾垹顩r等方面進(jìn)行分析，從專利的角度，揭示納米材料行業(yè)“十三五”期間發(fā)展情況。

1 專利申請基本情況

諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Feyneman在1959年曾預(yù)言：“如果我們對(duì)物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會(huì)看到材料的性能產(chǎn)生豐富的變化”，他所說的材料就是現(xiàn)在的納米材料，但直到1984年，德國薩爾蘭大學(xué)的Gleiter以及美國阿貢試驗(yàn)室的Siegel才相繼成功制得了純物質(zhì)的納米細(xì)粉[4]。此后，各國都對(duì)納米材料給予了極大關(guān)注，納米材料開始發(fā)展。

我國在納米材料方面的研究始于20世紀(jì)80年代末，是納米材料研究較早的國家之一，經(jīng)過多年發(fā)展，已取得較為突出的成就，在專利創(chuàng)新方面也迅速發(fā)展?！笆濉逼陂g，我國專利申請總量近11萬件，與“十二五”期間相比，增加近5.5萬件，是“十二五”時(shí)期申請總量的約2倍，而“十二五”期間與“十一五”相比，專利增加數(shù)量約為3.7萬件（見圖1）。

“十三五”期間，在經(jīng)歷了2016年的快速增長后，專利數(shù)量增長趨勢略有減緩，年增長幅度與“十二五”相差不大。雖然增長速度減緩，但整體仍維持在高位，各年申請數(shù)量明顯高于“十二五”期間年最大申請數(shù)量。說明，納米材料行業(yè)在我國正處于快速發(fā)展時(shí)期，快速發(fā)展趨勢仍將持續(xù)。

2 專利申請類型分析

從圖2顯示的“十三五”期間我國納米材料行業(yè)專利申請類型變化情況可以看出，“十三五”期間，我國納米材料專利申請中的實(shí)用新型專利數(shù)量較少，僅占6%，發(fā)明專利數(shù)量明顯高于實(shí)用新型，占比達(dá)94%，這可能與納米材料產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)有關(guān)，一般材料類的技術(shù)創(chuàng)新更適合申請發(fā)明專利進(jìn)行保護(hù)。

雖然“十三五”時(shí)期我國發(fā)明專利數(shù)量居主導(dǎo)地位，但與“十二五”相比，從占比上看略有下降，下降幅度為一個(gè)百分點(diǎn)，但這并意味著“十三五”期間的發(fā)明專利占比一定低于“十二五”，因?yàn)榘l(fā)明專利從申請到公開時(shí)間普遍長于實(shí)用新型專利，尚未公開的發(fā)明專利可能多于實(shí)用新型。

從“十三五”期間我國各年分專利類型的構(gòu)成來看，2016—2018年間，各年發(fā)明專利占比基本一致，在經(jīng)歷了2019年的小幅下降后，2020年又明顯提高。

總體來看，“十三五”期間，我國納米材料行業(yè)以專利技術(shù)含金量較高的發(fā)明專利為主，專利質(zhì)量整體較好。

3 專利技術(shù)來源地

不僅我國本土創(chuàng)新主體在我國納米材料行業(yè)進(jìn)行專利申請，國外也較為重視這一行業(yè)在我國的專利保護(hù)。從圖3顯示的我國納米材料行業(yè)專利來源情況看，國外來華申請正在減少，已經(jīng)由“十二五”的7%降至“十三五”的3%，我國本土創(chuàng)新主體的專利創(chuàng)新能力越來越強(qiáng)。

“十三五”期間，我國本土專利申請數(shù)量位居前5的省份依次為江蘇、廣東、安徽、浙江、山東，主要為東部省份，與“十二五”類似，僅具體排名略有不同，其中，廣東、浙江排名略有上升，安徽、山東略有下降?！笆濉逼陂g，專利申請數(shù)量位居前5的城市依次為北京、上海、蘇州、南京、廣州，全部位于東部。其中，廣州專利申請數(shù)量排名提高幅度較大，由“十二五”的11位，提高到第5位。上述分析中可以看出，我國納米材料行業(yè)地區(qū)發(fā)展不均衡，主要集中在東部地區(qū)，無論“十二五”還是“十三五”期間，都是東部省市專利創(chuàng)新能力相對(duì)較強(qiáng)。

國外來華申請中，“十三五”期間的主要專利來源國為美國、日本、韓國、德國、法國。與“十二五”期間相比，5個(gè)國家的國外來華專利申請占比明顯下降，說明5國在數(shù)量上的優(yōu)勢明顯下降，集中度降低。

4 專利申請主體分析

圖4中我國納米材料行業(yè)專利申請主體類型顯示，高校是我國納米材料行業(yè)最主要的創(chuàng)新主體，其次是企業(yè)在“十三五”期間，雖然企業(yè)專利申請比例略有提高，如成都新柯力化工科技有限公司、蘇州星爍納米科技有限公司、無錫東恒新能源科技有限公司等企業(yè)在“十三五”期間的專利申請量明顯多于“十二五”（成都新柯力化工科技有限公司“十三五”期間增加10倍，蘇州星爍納米科技有限公司增加近19倍，無錫東恒新能源科技有限公司增加11倍），并新出現(xiàn)了杭州高烯科技有限公司、深圳烯灣科技有限公司、南京旭羽睿材料科技有限公司等一批納米材料行業(yè)企業(yè)，但仍擺脫不了以高校為主的技術(shù)創(chuàng)新和專利申請模式。

從圖5顯示的“十三五”期間主要專利申請人中可以看到，前10申請人全部是我國高校，這一方面說明了我國本土高校的創(chuàng)新能力較強(qiáng)，在我國納米材料行業(yè)居主導(dǎo)地位，另一方面進(jìn)一步驗(yàn)證了我國企業(yè)創(chuàng)新能力較弱、高校相對(duì)突出，我國本土企業(yè)的專利申請雖然也占據(jù)了相當(dāng)大的比例，但是創(chuàng)新能力突出的企業(yè)較少，普遍小而散。

“十三五”期間，前10申請人主要分布在我國東部地區(qū)，進(jìn)一步證明了我國東部創(chuàng)新資源較為集中的現(xiàn)狀。前10申請人中，華南理工大學(xué)專利申請數(shù)量位居第1，該校在納米材料行業(yè)的專利創(chuàng)新已有20多年，“十三五”期間專利申請數(shù)量與“十二五”相比增加近1900件，是“十二五”的6倍之多。浙江大學(xué)和天津大學(xué)專利申請數(shù)量分別位居第2、第3位。

高校一般多以基礎(chǔ)性研究為主，我國納米材料行業(yè)高校專利創(chuàng)新能力較強(qiáng)的這一現(xiàn)象不利于技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為改善這一現(xiàn)象，“十三五”期間，我國高校采取了多種方式力爭實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：一是與企業(yè)進(jìn)行合作申請，我國校企合作申請數(shù)量已由“十二五”期間的1 200余件，增加至“十三五”期間的近2 100件，如清華大學(xué)與鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司、江蘇隆力奇生物科技股份有限公司等多家企業(yè)建立和合作關(guān)系，合作申請數(shù)量達(dá)100次以上；二是通過轉(zhuǎn)讓、許可等方式向企業(yè)輸出專利技術(shù)，如浙江大學(xué)將其20多件石墨烯專利轉(zhuǎn)讓給長興德烯科技有限公司，南京林業(yè)大學(xué)也將其光催化納米材料領(lǐng)域的專利通過普通許可的方式同時(shí)許可給南京滌太太科技有限公司、南京信天源精細(xì)化工廠2家企業(yè)。

5 石墨烯材料發(fā)展情況

納米材料發(fā)展至今已有30多年，材料種類越來越多，石墨烯作為納米材料家族的新成員，具有廣闊的發(fā)展前景。石墨烯是《中國制造2025》列出的4大重點(diǎn)前沿新材料領(lǐng)域之一，也是“十三五”期間發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》中的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

石墨烯（Graphene）是由單層碳原子緊密堆疊而成的蜂窩狀材料。2004年英國曼徹斯特大學(xué)首次成功從石墨中分離出石墨烯，并于2010年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯具有比表面積大、傳熱性能好、導(dǎo)電能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種未來革命性的材料[5，6]。

我國在石墨烯材料的專利創(chuàng)新雖略晚于國外，但發(fā)展迅速，尤其是“十三五”期間，專利申請總量已達(dá)8 600余件，是“十二五”申請總量的2倍多。

“十三五”期間，石墨烯領(lǐng)域雖然仍未擺脫以高校為主要?jiǎng)?chuàng)新主體的專利創(chuàng)新模式，但已有部分企業(yè)脫穎而出，如成都新柯力化工科技有限公司在“十三五”期間的專利申請數(shù)量已位居第1，成都格萊飛科技股份有限公司也進(jìn)入前10之列（見圖6）。

在技術(shù)布局方面，“十二五”期間我國在石墨烯領(lǐng)域的專利創(chuàng)新主要是石墨烯材料，石墨烯復(fù)合材料專利占比較低，“十三五”期間，這一比例明顯上升，說明“十三五”期間關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)漸漸由石墨烯轉(zhuǎn)為石墨烯復(fù)合材料?！笆濉逼陂g，各種復(fù)合材料層出不窮，涵蓋石墨烯—金屬復(fù)合材料、石墨烯—有機(jī)高分子聚合物復(fù)合材料、石墨烯—金屬氧化物復(fù)合材料等種類，并具有優(yōu)良的性能。例如成都新柯力化工科技有限公司申請的專利CN105800597B中，以石墨作為原料，將金屬以離子狀態(tài)滲入到石墨層間，獲得了高導(dǎo)電性復(fù)合石墨烯。中國科學(xué)院過程工程研究所申請的專利CN105951116B中制得的甲殼素生物炭/石墨烯復(fù)合材料具有導(dǎo)電性能好、比表面積大、孔隙率高等特點(diǎn)（參見表1）。

6 結(jié)語

我國納米材料行業(yè)在經(jīng)過了20多年的技術(shù)積累后，“十三五”時(shí)期發(fā)展進(jìn)一步加快，專利申請數(shù)量快速增加，專利質(zhì)量較好，本土申請人創(chuàng)新能力不斷增強(qiáng)，在我國主導(dǎo)地位進(jìn)一步加強(qiáng)。但應(yīng)該看到的是，我國仍存在一定的不足需進(jìn)一步改進(jìn)，如地區(qū)發(fā)展不均衡，專利創(chuàng)新主要集中在東部地區(qū)；創(chuàng)新主體以高校為主，企業(yè)創(chuàng)新能力相對(duì)較弱，在石墨烯領(lǐng)域這一情況雖有所改善，但仍未擺脫以高校為主的現(xiàn)象。因此，我國應(yīng)鼓勵(lì)企業(yè)不斷吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，提高企業(yè)自身技術(shù)創(chuàng)新能力，并扶持部分技術(shù)先進(jìn)企業(yè)做大做強(qiáng)，以點(diǎn)帶面，帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展；進(jìn)一步加強(qiáng)校企合作，通過合作申請、轉(zhuǎn)讓、許可、建立校辦企業(yè)等方式積極推進(jìn)高校專利技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化實(shí)施。

10.19599/j.issn.1008-892x.2021.01.003

參考文獻(xiàn)

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[4] 周裁民，楊雄波，許瑞珍.納米材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技信息，2008（17）：17—18.

[5] 劉霞平，王會(huì)才，孫強(qiáng)，等.石墨烯、3D石墨烯及其復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2018，37（1）：168—174.

[6] 章翀，張乃千.石墨烯：即將掀起一場能源革命[N].解放軍報(bào)，2016—12—15（007）.