李向陽，劉小平

(1.中國科學院文獻情報中心情報研究部，北京　100190　2.中國科學院大學，北京　100049)

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基于專利地圖的納米技術領域專利情報分析

李向陽1,2，劉小平1

(1.中國科學院文獻情報中心情報研究部，北京1001902.中國科學院大學，北京100049)

本文采用專利地圖方法，從宏觀、中觀與微觀三個層面對全球納米技術的發(fā)展態(tài)勢進行探討。研究表明，當前納米技術正處于快速發(fā)展的技術成長期，美國、韓國、日本和中國是納米技術創(chuàng)新的主力軍，三星電子、韓國先進科技學院、法國原子能委員會是納米技術的領跑者，燃料電池、電極、半導體等是當前納米領域的研發(fā)重點。

納米技術；專利；專利地圖；專利分析

1　國內(nèi)外研究綜述

當前，國內(nèi)外許多學者都曾采用專利地圖方法對相關領域的發(fā)展動態(tài)進行過探討。Chen以美國專利商標局(USPTO)2005—2007年授權的74件汽車外觀設計專利為研究對象，并在10名資深專利審查員與29名工業(yè)設計師的協(xié)助下，繪制了該領域的專利地圖[1]。Son提出一種新的基于生成式拓撲映射的專利地圖方法，并以光刻技術為目標領域，證明了該方法在揭示專利技術主題方面的客觀性與準確性[2]。Wu則以USPTO授權的79件氫能源專利為研究對象，采用專利共詞地圖(PCMA)識別了該領域的研究熱點[3]。國內(nèi)研究中，孫斌等基于專利地圖方法，系統(tǒng)探討了江蘇省太陽能光伏技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況[4]。馬虎兆等則對中國射頻識別(RFID)技術領域的專利文獻進行了計量分析，揭示了該領域的競爭格局與發(fā)展態(tài)勢[5]。鄧金堂等從競爭機構、專利相對指數(shù)等角度，對中國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的專利申請與授權狀況進行了統(tǒng)計研究[6]。潘雄鋒等繪制了中國新能源專利技術的發(fā)展動向圖、地區(qū)分布圖等，深入揭示了該領域的發(fā)展動態(tài)[7]。學者們基于專利地圖等方法對全球乃至某個國家特定技術領域的發(fā)展狀況進行了分析探討，然而將專利地圖方法用于納米領域的專利情報分析還鮮有研究。為此，本文將借助該方法從宏觀、中觀與微觀三個層面對全球納米技術的發(fā)展狀況進行探討。

2　專利宏觀分析

本文的研究對象為全球納米專利。在分析中，筆者采用了Thomson公司的Thomson Innovation(TI)專利檢索與分析系統(tǒng)。TI是國際領先的專利信息檢索分析平臺，整合了全球權威的、深加工的、高附加值的世界專利引文索引(Derwent World Patent Index)、科學引文索引(Web of Science)等情報研究必備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，目前數(shù)據(jù)總量已超過9000萬件。采用關鍵詞與IPC分類號進行綜合檢索，共獲得納米專利55453件，數(shù)據(jù)下載日期為2015年8月2日。由于專利申請的公開時間與國際專利進入國家階段的時間滯后，近兩年的專利數(shù)據(jù)并不完整，在分析時僅作參考。

2.1專利申請數(shù)量

圖1描述了全球納米專利2000—2015年的申請與公開狀況。統(tǒng)計顯示，該時段納米專利的申請量為49997件，占全球納米專利的90%，可見20世紀以來納米產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了較快發(fā)展。由圖1可知，納米專利的申請量及公開量正穩(wěn)步增長，尤其是2010年以后，迎來了一輪申請熱潮，并在2011年達到頂峰，該年共申請專利7340件。隨后，專利公開量于2012年也增至9590件，標志著納米技術進入了發(fā)展的“快車道”。因而，2000年以前可視為全球納米技術發(fā)展的第一階段，即技術引入期。該階段納米技術方興未艾，其諸多理論與實踐問題仍待探索，發(fā)展?jié)摿σ辔赐耆宫F(xiàn)。2000年以后，納米技術日臻成熟，其影響力與知名度也迅速提升，各類專利權人爭相研發(fā)，并不斷取得技術突破，使納米技術進入了發(fā)展的成長期。當前，納米專利的申請量與專利權人數(shù)均增長迅速，可以預見這一趨勢在未來一段時間仍將持續(xù)下去。

圖1　2000—2015年全球納米專利申請與公開狀況

2.2專利申請國家

由圖2可知，美國、韓國、日本和中國是全球納米專利的主要申請國家。其中，美國共申請專利12711件，占全球納米專利的23%；韓國緊隨其后，申請專利11343件，占比20%；其次是日本與中國，專利申請均在8000件以上，占比均突破了15%。上述四國總計申請專利41780件，占全球納米專利的75%。因而，該四國是全球納米技術創(chuàng)新的主力軍。此外，來自WIPO與歐洲專利局(EPO)的專利申請也占較大比重，表明專利權人對納米技術的發(fā)展前景普遍看好，正積極進行全球專利布局，進軍國際市場。

圖2　納米專利申請國家分布狀況

圖3動態(tài)描述了主要申請國家2005—2015年的專利申請狀況。由圖可知，澳大利亞、加拿大、德國與法國的專利申請正穩(wěn)步增長，且增幅變化較小。可見，這些國家納米技術的發(fā)展較為平穩(wěn)，但相比美國、韓國而言，其發(fā)展速度明顯偏慢。美國2009年以前的歷年專利申請均不足500件，2010年陡增至1654件，2011年更是高達4247件，表現(xiàn)出強勁的競爭優(yōu)勢。韓國自2005年以來專利申請不斷增長，2008年一度高達1900件,此后卻呈現(xiàn)明顯的下滑趨勢，到2012年已不足1000件，可見其技術實力有所減弱。日本的專利申請相對平穩(wěn)，歷年申請量基本維持在600～800件。中國的納米專利申請雖起步較晚，但增長迅猛，2013年已達680件，2014年陡增至2283件，展現(xiàn)出強勁的后發(fā)優(yōu)勢。

圖3　納米專利申請國家歷年專利申請狀況

3　專利中觀分析

3.1專利權人分析

表1列出了納米專利申請排名全球前20位的專利權人信息，共包括5所大學、6家科研機構與9家企業(yè)。可見，大學與科研機構是納米技術創(chuàng)新的重要主體，而作為市場主體的企業(yè)其研發(fā)實力則有待提高。從來源國家看，日本專利權人占6位，包括佳能、國立材料科學研究所、科學振興機構等，總計申請專利1746件，占全球納米專利的3.2%。可見，日本在納米領域擁有較強的集團優(yōu)勢。來自韓國與美國的專利權人各5位，韓國包括三星電子、先進科技學院、食品開發(fā)研究所等，合計申請專利3010件，占比5.4%，其整體技術創(chuàng)新實力不可小覷；美國專利權人包括IBM、加州大學、MIT等，共申請專利1700件，占比3.1%。其余專利權人來自法國和中國；法國專利權人雖數(shù)量不多，但排名靠前，共申請專利1092件，占比2.0%；中國雖有不少機構申請了納米專利，但申請數(shù)量少且較為分散，僅鴻海精密工業(yè)與清華大學榜上有名，合計申請專利783件，占比1.4%?？梢姡袊鴮＠麢嗳嗽诩{米領域的創(chuàng)新實力有待提高。

圖4動態(tài)描述了部分高產(chǎn)專利權人的專利申請狀況，可見各專利權人的專利申請趨勢基本一致：以2010年為界，在此之前專利申請較少且增長緩慢，2010年以后專利申請增速加快，表明各專利權人的技術創(chuàng)新進入高潮。其中，三星電子、韓國先進科技學院、法國原子能委員會、IBM的專利申請增幅明顯，展現(xiàn)出強勁的發(fā)展勢頭。鴻海精密工業(yè)、清華大學在2010年以前的歷年申請均不足百件，2011年已分別增至134件、141件，表明兩大專利權人的技術創(chuàng)新實力正不斷增強。

表1　納米專利前20位高產(chǎn)專利權人

數(shù)據(jù)來源：本文各表數(shù)據(jù)均來自TI數(shù)據(jù)庫。

圖4　納米領域高產(chǎn)專利權人歷年專利申請狀況

3.2專利權人技術布局分析

專利權人的技術布局反映了其研發(fā)投入的主要方向，同時預示著其產(chǎn)品研發(fā)趨勢。通過對技術布局進行分析，可以獲悉專利權人的研發(fā)重點，揭示其當前及未來的發(fā)展走向。IPC包含了與發(fā)明創(chuàng)造有關的全部技術類別，本文即借助其對各專利權人的研發(fā)領域進行分類，結果如圖5所示。從專利權人看，三星電子在B01J、B82B、B82Y、C01B、H01L五大技術類別中雖均有專利布局，然而其研發(fā)重點卻集中在B82B、B82Y、H01L三個類別，各類別專利申請量分別為687件、523件、438件。因而，三星電子的研發(fā)領域與產(chǎn)品市場具有集中化的特征。與其類似，法國原子能委員會同樣重點關注B82Y、B82B、H01L三個類別，各類別專利申請量分別為332件、305件、266件。鴻海精密工業(yè)以B82Y類為主，清華大學則專注于B82Y、C01B類，表明兩大專利權人的研究領域更為集中。其他專利權人在IPC布局上也表現(xiàn)出類似狀況?？梢姡鲗＠麢嗳硕加邢鄳募夹g專長，而實力雄厚的專利權人涉足領域更廣。從IPC類別看，三星電子在B82B類中占有絕對優(yōu)勢，擁有專利687件，其他專利權人則相差不大；在B82Y類中，三星電子一枝獨秀，擁有專利523件，其次為IBM與清華大學；三星電子在C01B類中也處于領先地位，共申請專利203件，其他專利權人均不足200件；在H01L類中，三星電子依然獨占鰲頭，擁有專利438件，其次為IBM與法國原子能委員會；各專利權人在B01J類中的研發(fā)實力較為均衡，整體相差不大。

圖5　納米領域高產(chǎn)專利權人技術布局狀況

3.3專利權人國家布局分析

專利國家布局是指專利權人在國內(nèi)外的專利申請分布狀況。專利具有地域性法律的特點，即一國專利若要在他國獲得保護，就必須向該國提出專利申請，因而專利國家布局能夠反映并預測專利權人技術布局的重點區(qū)域及其產(chǎn)品市場狀況，部分高產(chǎn)專利權人的國家布局如圖6所示。

圖6　納米領域高產(chǎn)專利權人專利國家布局狀況

由圖6可知，三星電子在韓國共申請納米專利535件，占其專利申請總量的48%?？梢姡摴緡鴥?nèi)與國際市場的產(chǎn)品與業(yè)務比重幾乎平分秋色，在穩(wěn)定占有國內(nèi)市場的同時，其對國際市場的拓展也非常迅速。三星電子的國外專利主要集中于美國(309件)和日本(135件)，表明兩國是其主要的海外市場所在地。一般而言，在美國獲得的專利數(shù)量，可被用來衡量一個國家或企業(yè)的整體技術實力[8]。三星電子在美專利申請量占其專利總量的25%以上，可見其整體技術實力較為雄厚。鴻海精密工業(yè)、清華大學同樣表現(xiàn)搶眼，在美專利申請占比分別高達78%、70%，可見這兩大專利權人都將美國作為其最主要的海外技術布局地。從布局國家看，10位專利權人共有6位在美國申請了納米專利，IBM、三星電子與鴻海精密工業(yè)位列前三，表明美國市場正得到全球的普遍關注。其次，有4位專利權人通過WIPO進行了專利申請，表明各專利權人正尋求通過國際申請的方式走向全球市場。

3.4專利權人技術關聯(lián)性分析

表2列出了部分高產(chǎn)專利權人的技術關聯(lián)狀況。從引用角度看，各專利權人之間差別較大。其中，佳能公司416件專利共引用了3232件先前專利，每件專利平均引用7.8件；加州大學471件專利共引用先前專利3123件，每件專利平均引用6.6件；IBM同樣如此，這三位專利權人對先前專利的平均引用頻次均顯著高于其他專利權人，表明其對先前專利技術有著較強的繼承性。韓國食品開發(fā)研究所、法國原子能委員會及國家科研中心對先前專利的引用頻次均相對較低，表明其對先前技術的借鑒較少，獨立研發(fā)能力較強。專利被引頻次能夠反映專利技術的影響力，如果一件專利被后續(xù)專利頻繁引用，表明該專利擁有較高的技術價值。由表2可知，各專利權人專利的平均被引頻次均在2.0次以上，表明其專利質量整體較高。其中，佳能公司高達8.6次，IBM為7.2次。加州大學、鴻海精密工業(yè)與清華大學也均在4.0以上。因而，這些專利權人對其他專利權人的后續(xù)技術創(chuàng)新產(chǎn)生了較大影響。此外，我們發(fā)現(xiàn)引用較多先前專利的專利權人，其專利往往也被后續(xù)專利頻繁引用，表現(xiàn)出了良好的技術繼承性。

表2　納米領域高產(chǎn)專利權人技術關聯(lián)狀況

4　專利微觀分析

4.1IPC技術類別分析

全球納米專利涉及多個IPC類別，其中包含專利數(shù)量最多的10個IPC小類，如表3所示。由表可知，當前納米技術的研發(fā)主要集中在B82Y、B82B、C01B、H01L四個類別，各類別涉及專利均在1萬件以上，占全球納米專利的比重均突破了15%。其中，B82Y、B82B類表現(xiàn)突出，各包含專利32183件、25595件，占比58.0%、46.2%。因而，納米結構的特定用途或應用、測量或分析、制造或處理、非金屬元素及其化合物、半導體器件等是當前的熱點納米技術。其他技術類別包含的專利數(shù)量相對較少，占比均不足10%?？梢?，這些領域當前尚未得到普遍重視，仍存在較多的技術空白點。為此，中國專利權人可對這些領域進行重點研發(fā)，以搶占技術先機，獲得先發(fā)優(yōu)勢。這些領域包括：同納米相關的化學或物理方法及其有關設備、特定金屬化合物、納米材料的測試或分析、電能轉換方法或裝置、醫(yī)用納米材料、納米金屬粉末的加工與處理等。

表3　納米專利主IPC類別統(tǒng)計表

續(xù)表3

4.2IPC類別分布分析

通過對IPC類別進行動態(tài)統(tǒng)計分析，能夠反映各類別的時序演變特征，預測其未來發(fā)展趨勢。如圖7所示，B82Y類居各類別專利申請量之首，其增長趨勢亦表現(xiàn)搶眼。2010年以前該類別涉及的專利申請增長緩慢，而此后5年其專利申請呈井噴式增長，2012年申請專利7485件。近年來，該類別專利申請雖略有下降，但每年仍維持在6000件左右，表明其已成為當前納米領域的核心技術類別。此外，B82B類的增長也較為迅速。該類別專利申請在2011年以前一直顯著高于其他類別，是名副其實的熱點類別。2011年該類別專利申請達到頂峰(2849件)，隨后呈逐年下降趨勢，表明其核心地位有所動搖。C01B、H01L、B01J三大類別的發(fā)展趨勢基本一致，表現(xiàn)為以2010年為界，在此之前專利申請增長緩慢，在此之后增速加快，表現(xiàn)出較強的發(fā)展勢頭，有望成為新的研究熱點。

圖7　納米專利主IPC類別時序發(fā)展狀況

圖8描述了納米領域主IPC類別的國家分布狀況。由圖可知，B82Y類分布廣泛，在美國和中國均占有較大比重，其次是日本和韓國，表明該類別是上述國家的研發(fā)重點。B82B類的分布同樣如此，其在韓國和日本占有較大比重。C01B類的專利申請集中于日本和中國，H01L類則以美、日兩國為主，B01J類的分布相對均衡。從國家角度看，各國研發(fā)重點并不一致。美國專注于B82Y類，該類別在其本國的專利申請占比高達56%，其次是H01L、B82B類。韓國側重于B82B類，該類別專利申請同樣占其專利總量的一半以上。日本研發(fā)類別的分布相對均勻，表明其技術布局較為均衡，對各領域均有涉獵。中國則重點關注B82Y類，該類別共包含專利8058件，占其專利總量的68%。其次為C01B類，其他三個類別涉及的專利申請均相對較少?？梢姡袊鴮＠麢嗳说募夹g創(chuàng)新領域較為集中。然而，對其他領域關注不足、研究不夠，一旦遭遇發(fā)展瓶頸勢必極大影響其整體創(chuàng)新進程。此外，若其他領域的“技術高地”被國外搶先占領，并完成相應的專利布局與標準制定，也必將對中國的技術研發(fā)與專利申請造成巨大阻礙。因而，密切關注國外研發(fā)動向，在保持自身技術優(yōu)勢的同時積極開展多領域的技術創(chuàng)新工作，不失為中國納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要途徑。

圖8　納米專利主IPC類別國家分布狀況

4.3IPC技術主題分析

圖9是利用TI的ThemeScape文本挖掘工具繪制的納米領域研究主題分布圖，通過該圖可快速了解納米技術主題的整體分布狀況及其研究熱點。圖中每一個圓點代表1件專利文獻，點與點之間的距離表示專利主題的相近程度。從圖中可以看出，納米領域的研發(fā)重點主要集中在鋰電池及其制備方法、蓄電池、燃料電池、電極、半導體、納米晶體、溶液反應、簡單反應、混合溶劑、磁場、粒子及金屬納米粒子、納米金屬粉末及其制備方法、核殼結構、納米金屬及其制備過程、納米光纖、納米層、基質、碳納米管及其制備流程、結構體、納米檢測、噴墨記錄方法與裝置、石墨烯、金屬碳化物、金屬氧化物、硅納米線、納米纖維、聚合物等。這些領域涉及的專利申請相對較多，是當前納米領域的熱點技術。同時，根據(jù)這些研發(fā)重點，本領域專業(yè)人員可以挖掘出相應的技術盲點，并在這些盲點處進行重點創(chuàng)新。

圖9　納米技術研究主題分布圖譜

5　結論與啟示

本文得出如下結論：①從宏觀層面看，當前全球納米技術正處于快速發(fā)展的技術成長期，其專利申請量與專利權人數(shù)都在迅猛增長。美國、韓國、日本和中國是全球納米技術創(chuàng)新的主力軍。②從中觀層面看，來自韓國、日本與美國的專利權人擁有較強的技術實力。三星電子、韓國先進科技學院、法國原子能委員是納米技術的領跑者。各高產(chǎn)專利權人的技術布局并不一致，且多集中于少數(shù)特定領域，而在搶占本國市場的同時，美國等海外市場也正日益得到關注。各專利權人在技術關聯(lián)性方面也存在較大差異。③從微觀層面看，當前納米領域的研發(fā)主要集中于B82Y、B82B、C01B、H01L四大類別，B01J、C01G、G01N等尚未得到重視。此外，B82Y類增長勢頭明顯，B82B類則有所減弱，而C01B、H01L、B01J類則有望成為新的研究熱點。納米晶體、碳納米管、硅納米線等是當前的熱點納米技術。

為進一步促進中國納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本文認為：①政府及相關部門應繼續(xù)加大對納米產(chǎn)業(yè)的扶持力度，綜合運用政治、經(jīng)濟手段引導納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，營造良好的外部發(fā)展環(huán)境。②中國專利權人可在自主創(chuàng)新的基礎上有針對性地引進國外先進專利技術，以盡快提高技術創(chuàng)新水平，縮小與發(fā)達國家間的技術差距。③失效專利是一筆寶貴的技術財富。合理利用失效專利有助于提高專利權人的技術競爭力，增強中國廣大中小型企業(yè)的技術實力[9]。④科學有效的專利布局可提高專利的整體價值，增強專利權人的市場競爭力[10]。中國專利權人應未雨綢繆，合理布局專利網(wǎng)絡，在技術競爭中變被動為主動，爭取更大的發(fā)展空間。

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(責任編輯沈蓉)

Nanotechnology Patent Intelligence Analysis Based on Patent Map

Li Xiangyang1,2，Liu Xiaoping1

(1.Department of Intelligence Research，National Science Library，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190,China;2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049,China)

The paper analyzed the development trend of the global nanotechnology by patent map from the macro，meso and micro levels.The research shows that nanotechnology is in the technology growth stage of rapid development at present.US，South Korea，Japan and China are the main forces in nanotechnology innovation.Samsung Electronics，Korea Advanced Institute of Science and Technology and the French Atomic Energy Commission are the major inventors.The fuel cell，electrode and semiconductor are current research focus of nanotechnology.

Nanotechnology;Patent;Patent map;Patent analysis

2015-08-21

李向陽(1989-)，男，河南人，中國科學院文獻情報中心、中國科學院大學碩士研究生；研究方向：專利計量、交叉科學等。

G306

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