石墨烯ZL申請范圍有待擴大

　　 不久前，中科院寧波材料所會同浙江工業技術研究院、中國石墨烯產業技術創新戰略聯盟、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ZL分析報告》并向社會公開發布。作為2015中國國際石墨烯創新大會的前奏，該報告分析了全球石墨烯技術的整體ZL態勢和研發熱點，為石墨烯學術界和產業界指明了未來潛在發展方向。本文節選自《2015石墨烯技術ZL分析報告》。

　　石墨烯作為一種新型二維納米材料，是目前發現唯一存在的二維自由態原子晶體。自2004年發現以來，石墨烯不僅在理論科學上受到了極大關注，并且由于其特殊的納米結構以及優異的物理化學性能而在電子學、光學、磁學、生物醫學、催化、儲能和傳感器等諸多領域展現出巨大的應用潛能，引起了科學界和產業界的高度關注。世界各國紛紛將石墨烯及其應用技術作為長期戰略發展方向，以期在由石墨烯引發的新一輪產業革命中占據主動和先機。

　　近年來，圍繞石墨烯的ZL申請在全球范圍內呈現出高速增長態勢，已成為一個活躍的新興熱點領域。

　　ZL申請進入穩定增長期

　　石墨烯相關研究已有較長時間，但一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩定存在。直至 2004 年，英國曼徹斯特大學科學家安德烈·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性實驗，共同獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

　　石墨烯相關ZL的申請在上世紀末就已出現，但隨后發展較為緩慢。直到 2008 年后，ZL申請數量才開始出現實質性的大幅增長。特別是在安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因對石墨烯的研究共同獲得2010年諾貝爾物理學獎以后，全球石墨烯ZL申請數量開始急劇增長，表明石墨烯相關ZL技術進入快速發展軌道。2011年、2012年、2013年、2014年石墨烯相關ZL數量的年度數量分別為1161、2403、3704、5047個，截至2015年6月，是450個。

　　一種技術的生命周期通常由萌芽（產生）、成長（發展）、成熟、瓶頸（衰退）幾個階段構成。技術萌芽階段，社會投入意愿低，ZL申請數量與ZL權人數量都很少；技術成長階段，產業技術有了一定突破或廠商對于市場價值有了認知，競相投入發展，ZL申請數量與ZL權人數量呈現快速上升態勢；技術成熟階段，廠商投資于研發的資源不再擴張，且其他廠商進入此市場意愿低，ZL申請數量與ZL權人數量逐漸減緩或趨于平穩；在技術瓶頸期，相關產業已過于成熟，或產業技術研發遇到瓶頸難以有新的突破，ZL申請數量與ZL權人數量呈現負增長。

　　2008年之前為石墨烯相關ZL技術的萌芽階段；2009 年之后石墨烯相關ZL技術開始進入快速成長階段，并有望在2014年之后進入技術成熟階段。目前，已有部分企業開始石墨烯技術的產業化開發。從2009年開始，每年都有大量的新增發明人進入石墨烯相關技術領域。近年來，該領域每年都有大量的新技術條目涌現。這說明石墨烯相關技術正在處于成長階段，全球相關技術研發投入在快速增長，推動石墨烯技術應用范圍不斷擴大。可以預測，在未來幾年中，全球石墨烯ZL申請數量將會保持繼續穩定增長態勢。

　　中國先闖入領地

　　研究發現，石墨烯ZL技術主要集中在以下幾個方向：石墨烯的制備，例如氧化還原法、化學氣相沉積（CVD）等；石墨烯用于制備半導體器件、光電器件及場發射晶體管等；用于制備石墨烯復合材料及薄膜等；石墨烯用于鋰離子電池電極等。

　　石墨烯ZL的熱點技術領域主要包括以下幾個方面：石墨烯制備，例如液相剝離、化學氧化、外延生長和化學氣相沉積；石墨烯分散和粉末制備技術；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、透明導電薄膜等半導體器件；石墨烯用于復合材料，例如導電導熱材料、復合纖維和碳纖維等；涂層、石墨烯功能薄膜、傳感器、水處理等。

　　中國處于技術原創國的首位，其ZL受理數量大幅領先于隨后其他各國家和地區，占據了46%的份額；韓國、美國、日本緊隨其后，也是該項技術的主要技術原創國。這是因為該領域目前處于產業化前夕，需要政府的大力支持。中國政府在石墨烯技術領域的諸多專項支持極大推動了該國在石墨烯技術領域的研發速度，為未來在行業內領先地位奠定了堅實基礎。

　　美國和日本是最早進入該技術領域的國家，其他國家則在2006年前后開始相關研究，其中日本、英國、加拿大等國的申請量始終保持穩定，增長緩慢，而中國、美國和韓國在2010年后申請數量增長迅速。其中以中國的增長速度最快，受理的石墨烯相關ZL基本上集中在近3年，在ZL申請總量上已經遠遠超越美國、日本和韓國。

　　技術原創國和技術目標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的主要技術原創地，也是主要技術保護地。從各原創國的技術申請范圍來看，韓國、美國和日本都在積極進行全球布局，中國在這方面還需要進一步加強。

　　可努力的方向

　　從全球范圍來看，石墨烯相關技術目前仍處于高速發展階段，美、日、韓的ZL申請人以大型跨國公司為主，技術領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應用，并且不管是在ZL申請數量還是在ZL布局方面，都具有優勢地位。中國申請人在該領域的相關ZL申請起步較晚，申請人相對分散，還沒有形成有規模的ZL申請布局；中國ZL申請人的技術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應用，雖然在ZL申請數量上占有優勢，但通過專刊合作協定途徑申請的ZL卻非常少。

　　在Top-Down 途徑制備石墨烯上，目前，中國國內申請人在該領域的ZL申請占有主導地位，比較熱點的領域包括鋰離子電池、超級電容器、太陽能、導電/導熱材料、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備以及石墨烯薄膜的轉移技術領域，國外申請人在華ZL申請數量雖然較少，但大都屬于基礎ZL。國內申請人在該領域起步較晚，但發展迅速，ZL技術主要集中在石墨烯薄膜生長、相關設備技術的改進以及液晶顯示、觸摸等產業的下游領域。在石墨烯薄膜轉移技術領域，國內極少涉及，多數申請人在石墨烯薄膜轉移領域的ZL申請日都在韓國三星之后，并且目前國內還沒有大規模轉移石墨烯薄膜的設備ZL。國外申請人在該領域雖然ZL申請數量目前占有較大優勢，但其ZL技術大多偏向于基礎研究，相當一部分ZL的產業化應用價值并不高。

　　近年來我國對高新技術產業的扶持力度逐漸增大，諸多高新企業紛紛投入到石墨烯薄膜的制備和應用研究中。和國外的ZL申請人相比，我國在此方面申請ZL的產業化導向更為明顯，但是申請人相對分散且相互間缺乏合作關系，建議國家相關部門在政策方面加強引導和支持，推動在該技術領域的產學研合作和技術轉移。