中國儲能網(wǎng)訊：不久前，中科院寧波材料所會同浙江工業(yè)技術(shù)研究院、中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、寧波市科技信息研究院等多家單位，撰寫完成了《2015石墨烯技術(shù)專利分析報告》并向社會公開發(fā)布。作為2015中國國際石墨烯創(chuàng)新大會的前奏，該報告分析了全球石墨烯技術(shù)的整體專利態(tài)勢和研發(fā)熱點，為石墨烯學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界指明了未來潛在發(fā)展方向。本文節(jié)選自《2015石墨烯技術(shù)專利分析報告》。
石墨烯作為一種新型二維納米材料，是目前發(fā)現(xiàn)唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體。自2004年發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯不僅在理論科學(xué)上受到了極大關(guān)注，并且由于其特殊的納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能而在電子學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲能和傳感器等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛能，引起了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注。世界各國紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，以期在由石墨烯引發(fā)的新一輪產(chǎn)業(yè)革命中占據(jù)主動和先機(jī)。
近年來，圍繞石墨烯的專利申請在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出高速增長態(tài)勢，已成為一個活躍的新興熱點領(lǐng)域。
專利申請進(jìn)入穩(wěn)定增長期
石墨烯相關(guān)研究已有較長時間，但一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，無法單獨穩(wěn)定存在。直至 2004 年，英國曼徹斯特大學(xué)科學(xué)家安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫成功地在實驗中從石墨分離出石墨烯，才證實它可以單獨存在。兩人也因在二維石墨烯材料研究中的開創(chuàng)性實驗，共同獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
石墨烯相關(guān)專利的申請在上世紀(jì)末就已出現(xiàn)，但隨后發(fā)展較為緩慢。直到 2008 年后，專利申請數(shù)量才開始出現(xiàn)實質(zhì)性的大幅增長。特別是在安德烈˙海姆和康斯坦丁˙諾沃肖洛夫因?qū)κ┑难芯抗餐@得2010年諾貝爾物理學(xué)獎以后，全球石墨烯專利申請數(shù)量開始急劇增長，表明石墨烯相關(guān)專利技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展軌道。2011年、2012年、2013年、2014年石墨烯相關(guān)專利數(shù)量的年度數(shù)量分別為1161、2403、3704、5047個，截至2015年6月，是450個。
一種技術(shù)的生命周期通常由萌芽(產(chǎn)生)、成長(發(fā)展)、成熟、瓶頸(衰退)幾個階段構(gòu)成。技術(shù)萌芽階段，社會投入意愿低，專利申請數(shù)量與專利權(quán)人數(shù)量都很少;技術(shù)成長階段，產(chǎn)業(yè)技術(shù)有了一定突破或廠商對于市場價值有了認(rèn)知，競相投入發(fā)展，專利申請數(shù)量與專利權(quán)人數(shù)量呈現(xiàn)快速上升態(tài)勢;技術(shù)成熟階段，廠商投資于研發(fā)的資源不再擴(kuò)張，且其他廠商進(jìn)入此市場意愿低，專利申請數(shù)量與專利權(quán)人數(shù)量逐漸減緩或趨于平穩(wěn);在技術(shù)瓶頸期，相關(guān)產(chǎn)業(yè)已過于成熟，或產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)遇到瓶頸難以有新的突破，專利申請數(shù)量與專利權(quán)人數(shù)量呈現(xiàn)負(fù)增長。
2008年之前為石墨烯相關(guān)專利技術(shù)的萌芽階段;2009 年之后石墨烯相關(guān)專利技術(shù)開始進(jìn)入快速成長階段，并有望在2014年之后進(jìn)入技術(shù)成熟階段。目前，已有部分企業(yè)開始石墨烯技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。從2009年開始，每年都有大量的新增發(fā)明人進(jìn)入石墨烯相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。近年來，該領(lǐng)域每年都有大量的新技術(shù)條目涌現(xiàn)。這說明石墨烯相關(guān)技術(shù)正在處于成長階段，全球相關(guān)技術(shù)研發(fā)投入在快速增長，推動石墨烯技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大?？梢灶A(yù)測，在未來幾年中，全球石墨烯專利申請數(shù)量將會保持繼續(xù)穩(wěn)定增長態(tài)勢。
中國先闖入領(lǐng)地
研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯專利技術(shù)主要集中在以下幾個方向：石墨烯的制備，例如氧化還原法、化學(xué)氣相沉積(CVD)等;石墨烯用于制備半導(dǎo)體器件、光電器件及場發(fā)射晶體管等;用于制備石墨烯復(fù)合材料及薄膜等;石墨烯用于鋰離子電池電極等。
石墨烯專利的熱點技術(shù)領(lǐng)域主要包括以下幾個方面：石墨烯制備，例如液相剝離、化學(xué)氧化、外延生長和化學(xué)氣相沉積;石墨烯分散和粉末制備技術(shù);石墨烯用作鋰離子電池電極材料、超級電容器材料、太陽能電池電極材料等;石墨烯用于制備薄膜晶體管、光電器件、透明導(dǎo)電薄膜等半導(dǎo)體器件;石墨烯用于復(fù)合材料，例如導(dǎo)電導(dǎo)熱材料、復(fù)合纖維和碳纖維等;涂層、石墨烯功能薄膜、傳感器、水處理等。
中國處于技術(shù)原創(chuàng)國的首位，其專利受理數(shù)量大幅領(lǐng)先于隨后其他各國家和地區(qū)，占據(jù)了46%的份額;韓國、美國、日本緊隨其后，也是該項技術(shù)的主要技術(shù)原創(chuàng)國。這是因為該領(lǐng)域目前處于產(chǎn)業(yè)化前夕，需要政府的大力支持。中國政府在石墨烯技術(shù)領(lǐng)域的諸多專項支持極大推動了該國在石墨烯技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)速度，為未來在行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位奠定了堅實基礎(chǔ)。
美國和日本是最早進(jìn)入該技術(shù)領(lǐng)域的國家，其他國家則在2006年前后開始相關(guān)研究，其中日本、英國、加拿大等國的申請量始終保持穩(wěn)定，增長緩慢，而中國、美國和韓國在2010年后申請數(shù)量增長迅速。其中以中國的增長速度最快，受理的石墨烯相關(guān)專利基本上集中在近3年，在專利申請總量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越美國、日本和韓國。
技術(shù)原創(chuàng)國和技術(shù)目標(biāo)申請國排名基本相似，可見中國、韓國、美國、日本不僅是石墨烯技術(shù)的主要技術(shù)原創(chuàng)地，也是主要技術(shù)保護(hù)地。從各原創(chuàng)國的技術(shù)申請范圍來看，韓國、美國和日本都在積極進(jìn)行全球布局，中國在這方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。
可努力的方向
從全球范圍來看，石墨烯相關(guān)技術(shù)目前仍處于高速發(fā)展階段，美、日、韓的專利申請人以大型跨國公司為主，技術(shù)領(lǐng)域主要集中在通過由下至上(Bottom-Up) 途徑制備石墨烯以及相關(guān)應(yīng)用，并且不管是在專利申請數(shù)量還是在專利布局方面，都具有優(yōu)勢地位。中國申請人在該領(lǐng)域的相關(guān)專利申請起步較晚，申請人相對分散，還沒有形成有規(guī)模的專利申請布局;中國專利申請人的技術(shù)目前主要集中在通過由上到下(Top-Down)途徑制備石墨烯以及相關(guān)應(yīng)用，雖然在專利申請數(shù)量上占有優(yōu)勢，但通過?？献鲄f(xié)定途徑申請的專利卻非常少。
在Top-Down 途徑制備石墨烯上，目前，中國國內(nèi)申請人在該領(lǐng)域的專利申請占有主導(dǎo)地位，比較熱點的領(lǐng)域包括鋰離子電池、超級電容器、太陽能、導(dǎo)電/導(dǎo)熱材料、吸波材料、防腐、潤滑等。
在Bottom-Up 途徑制備石墨烯上，尤其在石墨烯生長設(shè)備以及石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域，國外申請人在華專利申請數(shù)量雖然較少，但大都屬于基礎(chǔ)專利。國內(nèi)申請人在該領(lǐng)域起步較晚，但發(fā)展迅速，專利技術(shù)主要集中在石墨烯薄膜生長、相關(guān)設(shè)備技術(shù)的改進(jìn)以及液晶顯示、觸摸等產(chǎn)業(yè)的下游領(lǐng)域。在石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)極少涉及，多數(shù)申請人在石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移領(lǐng)域的專利申請日都在韓國三星之后，并且目前國內(nèi)還沒有大規(guī)模轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜的設(shè)備專利。國外申請人在該領(lǐng)域雖然專利申請數(shù)量目前占有較大優(yōu)勢，但其專利技術(shù)大多偏向于基礎(chǔ)研究，相當(dāng)一部分專利的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價值并不高。
近年來我國對高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的扶持力度逐漸增大，諸多高新企業(yè)紛紛投入到石墨烯薄膜的制備和應(yīng)用研究中。和國外的專利申請人相比，我國在此方面申請專利的產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)向更為明顯，但是申請人相對分散且相互間缺乏合作關(guān)系，建議國家相關(guān)部門在政策方面加強(qiáng)引導(dǎo)和支持，推動在該技術(shù)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研合作和技術(shù)轉(zhuǎn)移。
