羅翔， 李政， 賴丹

（江西理工大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，江西 贛州 341000）

稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土拋光材料、稀土儲氫材料和稀土合金等，是支撐新一代信息技術(shù)、航空航天、先進軌道交通、節(jié)能與新能源汽車、高端醫(yī)療器械和高端裝備制造等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展及建設(shè)國防科技工業(yè)的關(guān)鍵材料[1-2]，對于維護國家安全和實現(xiàn)“雙碳”目標具有不可替代的保障作用。近年來，在國際關(guān)系日趨復(fù)雜和大國競爭愈演愈烈的形勢下，稀土新材料戰(zhàn)略價值的日益凸顯使其持續(xù)成為全球關(guān)注的焦點，引發(fā)中、美、日等國展開了激烈的大國博弈。主要表現(xiàn)為以美國為首的西方發(fā)達國家以“舉國體制+全球陣營”的戰(zhàn)略手段加速重構(gòu)稀土產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈，逐步擺脫對中國稀土礦產(chǎn)品和稀土新材料的進口依賴，試圖通過“全面脫鉤”的方式對中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈進行戰(zhàn)略遏制和圍堵孤立[1,3]。由此看來，稀土大國博弈必將逐漸重塑全球稀土格局，也勢必對中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈的比較優(yōu)勢和安全穩(wěn)定造成巨大挑戰(zhàn)。

實際上，中國僅在稀土產(chǎn)業(yè)鏈的上游（稀土資源→稀土礦物→稀土冶煉分離產(chǎn)品）和中游（稀土新材料）具備一定的比較優(yōu)勢。但歷史上較長時期大規(guī)模無序開采導(dǎo)致稀土資源消耗過快，資源儲量占全球總儲量的比例持續(xù)下降[4-5]；在高端稀土新材料領(lǐng)域與日本等發(fā)達國家存在實質(zhì)性差距[1]，近年來自主研發(fā)生產(chǎn)的部分高端稀土新材料并不具備成本優(yōu)勢。此外，中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈的安全穩(wěn)定系數(shù)較低，突出表現(xiàn)在尚未有效延伸至具有高附加值的產(chǎn)業(yè)鏈下游（稀土元器件和零部件等稀土高端應(yīng)用產(chǎn)品→稀土高端制成品）[6]，一些重要元器件、關(guān)鍵零部件乃至整機等稀土高端應(yīng)用產(chǎn)品和終端制成品基本依賴進口，這也是中國在全球稀土價值鏈中長期呈現(xiàn)“低端鎖定”態(tài)勢的根本原因。面對西方國家重構(gòu)稀土產(chǎn)業(yè)鏈和供應(yīng)鏈的嚴峻挑戰(zhàn)，倘若中國未能及時優(yōu)化和調(diào)整產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，“低端鎖定”的不利困局則必將會被進一步束縛和加重[7]。因此，驅(qū)動稀土產(chǎn)業(yè)鏈向高附加值的下游環(huán)節(jié)實現(xiàn)延伸刻不容緩。

然而，中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸面臨著“久推難延”的現(xiàn)實困境[6]，究其原因之一在于稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向未能形成共識。稀土新材料產(chǎn)品種類的多樣性和應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性決定稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸方向選擇的復(fù)雜性。中國在稀土高端應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)起步較晚、科技積累不足，短時間內(nèi)在所有稀土高端應(yīng)用的領(lǐng)域都有實質(zhì)性突破并不現(xiàn)實，需要明確重點延伸方向，集中力量加緊推進[8]。理論上，延伸重點方向的確定需要兼顧技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性，應(yīng)根據(jù)稀土新材料的技術(shù)發(fā)展趨勢及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的技術(shù)門檻和經(jīng)濟價值等尺度來綜合確定稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向。因此，開展稀土新材料及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)演進研究，有助于客觀認識全球稀土新材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進趨勢以及科學(xué)探尋稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向。

近年來，以內(nèi)蒙古大學(xué)許振亮教授為代表的學(xué)者從專利申請人、專利內(nèi)容、區(qū)域特征等方面對整個稀土產(chǎn)業(yè)[9-12]、產(chǎn)業(yè)鏈上游[13-16]、產(chǎn)業(yè)鏈中游[17-19]及某一稀土新材料[20-24]的技術(shù)專利進行分析與評價，但普遍存在以下不足或可拓展之處：一是準確選取檢索詞是有效分析技術(shù)專利的前提和關(guān)鍵，但以往相關(guān)研究在檢索稀土技術(shù)專利時，普遍僅將“稀土”一詞作為基礎(chǔ)檢索詞進行檢索，尚未將各種稀土元素的名稱和元素符號加入基礎(chǔ)檢索詞，這種做法顯然會遺漏一些技術(shù)專利，導(dǎo)致檢索結(jié)果無法真實和全面地揭示稀土技術(shù)專利水平，而本文研究恰好證實加入各種稀土元素的名稱和元素符號與否會導(dǎo)致檢索出的專利數(shù)量存在巨大差異。二是已有研究普遍采用專利申請數(shù)來反映技術(shù)水平的做法，忽略了專利權(quán)人為擴大技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢在多個國家或地區(qū)申請同一專利的可能性，會導(dǎo)致同一項技術(shù)因多次申請專利而被重復(fù)統(tǒng)計，因而難以揭示真實的技術(shù)水平。三是很少有學(xué)者對稀土新材料細分領(lǐng)域的技術(shù)專利水平進行比較，然而，從技術(shù)可行性視角分析與比較各種稀土新材料技術(shù)專利水平的演變趨勢，不僅有助于探尋全球稀土新材料產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展趨勢，而且有利于判斷稀土新材料產(chǎn)業(yè)的重點延伸方向。

基于此，本文首先全面搜集與整理稀土新材料技術(shù)專利數(shù)據(jù)；其次，利用統(tǒng)計分析和知識圖譜等方法，從專利申請時間趨勢、新材料類別、國家（地區(qū)）分布、熱點技術(shù)領(lǐng)域等多個角度深入分析了全球稀土新材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進狀況；最后，對中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向進行了判斷與技術(shù)演進分析。以期為中國準確把握稀土新材料的未來發(fā)展趨勢，合理選擇產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向，優(yōu)化和調(diào)整產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)，提升稀土全產(chǎn)業(yè)鏈的國際競爭力和話語權(quán)提供參考。

1 全球稀土新材料的技術(shù)演進分析

1.1 數(shù)據(jù)來源與檢索方法

專利是對科研主體發(fā)明創(chuàng)造成果的保護，同樣的發(fā)明創(chuàng)造僅能授予一項專利權(quán)。由于專利的內(nèi)容存在不可重復(fù)性，因此，特定國家在某個領(lǐng)域的專利數(shù)量能夠直接反映其在該領(lǐng)域取得的發(fā)明創(chuàng)造成果數(shù)量。據(jù)世界知識產(chǎn)權(quán)組織統(tǒng)計，全球90%以上的技術(shù)創(chuàng)新會在專利文獻中有所體現(xiàn)[25]，專利數(shù)據(jù)已經(jīng)成為進行核心技術(shù)識別和技術(shù)演進分析的重要數(shù)據(jù)來源[26]。基于此，本文選取專利數(shù)量來分析稀土新材料的技術(shù)演進態(tài)勢。具體地，以全球國際專利信息收錄最全且更新速度最快的德溫特專利索引數(shù)據(jù)庫（Derwent Innovations Index，簡稱DII）作為專利數(shù)據(jù)檢索源，通過查找主題關(guān)鍵詞確定檢索結(jié)果。具體檢索時，先以“稀土”一詞以及各稀土元素的名稱和元素符號作為基礎(chǔ)檢索詞（即：CTB=（rare earth OR lanthanum OR cerium OR praseodymium OR neodymium OR promethium OR samarium OR europium OR gadolinium OR terbium OR dysprosium OR holmium OR erbium OR thulium OR ytterbium OR lutetium OR yttrium OR scandium OR La OR Ce OR Pr OR Nd OR Pm OR Sm OR Eu OR Gd OR Tb OR Dy OR Ho OR Er OR Tm OR Yb OR Lu OR Sc OR Y OR lanthanide）），再加入各種稀土新材料技術(shù)領(lǐng)域的檢索詞（見表1）。考慮到DII中的專利數(shù)據(jù)收錄始于1966年，且專利信息公開普遍存在12～18個月的滯后期，本文將檢索區(qū)間設(shè)定為1966—2020年，數(shù)據(jù)最后更新時間為2022年6月17日。最終得到201 182個專利家族，共607 765條專利信息。

表1 稀土新材料技術(shù)專利檢索詞及IPC分布Table 1 Search terms and IPC distribution of rare earth new material technology patents

需要特別說明的是，本文充分考慮到專利家族是相同專利內(nèi)容在不同國家申請專利的集合，與專利申請數(shù)相比，專利家族數(shù)不包括對同一專利內(nèi)容的重復(fù)統(tǒng)計，能夠更準確地反映技術(shù)水平。因此，本文以專利家族數(shù)為基礎(chǔ)來分析稀土新材料的技術(shù)演進狀況。

1.2 全球及主要國家稀土新材料技術(shù)演進趨勢的總體分析

為了揭示全球及主要國家稀土新材料技術(shù)的總體演進趨勢，依據(jù)前文檢索出的專利家族數(shù)，繪制1966—2020年全球及主要國家稀土新材料技術(shù)演進趨勢及其分布圖，分別如圖1和圖2所示。

圖1 1966—2020年全球及主要國家稀土新材料技術(shù)演進趨勢Fig.1 Global and major countries of technology trends in the evolution of rare earth new material from 1966 to 2020

圖2 1966—2020年全球稀土新材料技術(shù)的國家（地區(qū)）分布結(jié)構(gòu)Fig.2 Distribution structure of global rare earth new material technology by country and region from 1966 to 2020

由圖1和圖2可知，從總體上看，全球稀土新材料專利家族數(shù)呈現(xiàn)快速上升的演進態(tài)勢，基本符合y=-0.000 05x6+0.007 7x5-0.441 6x4+11.414x3-132.42x2+693.28x-583.92的變動曲線，擬合程度R2=0.975 3。從技術(shù)的國家（地區(qū)）分布來看，中國和日本占據(jù)了全球稀土新材料專利家族數(shù)的半壁江山，在全球中的比例分別為36.42%和32.14%。其中，中國稀土新材料技術(shù)研發(fā)起步較晚，但發(fā)展速度較快，已成為全球稀土新材料專利家族數(shù)最多的國家；日本對稀土新材料技術(shù)研發(fā)起步較早，且總體上保持著較為穩(wěn)定的增長態(tài)勢，擁有的專利家族數(shù)僅次于中國。雖然中國稀土新材料專利家族數(shù)略高于日本，但從圖3所呈現(xiàn)的中、日兩國稀土新材料專利類型構(gòu)成來看，日本專利家族數(shù)中有高達99.85%的比例為發(fā)明專利，明顯高于中國專利家族中發(fā)明專利所占比例88.52%，兩國的發(fā)明專利家族數(shù)相差無幾，且日本的專利家族公開時間普遍早于中國。此外，美國和歐盟的研發(fā)起步相對較早，且每年新增的專利家族數(shù)比較穩(wěn)定，但增長幅度緩慢，占全球的比例較低，分別為12.84%和9.05%。

圖3 中、日兩國稀土新材料專利類型構(gòu)成：（a）中國；（b）日本Fig.3 Patent type composition of rare earth new material of China and Japan：（a）China；（b）Japan

從新增專利家族數(shù)的演變趨勢來看，大致可將全球稀土新材料技術(shù)演進分為以下4個階段：①第1階段為1966—1980年，全球稀土新材料技術(shù)處于萌芽起步期，美國、日本和歐盟率先開展了稀土新材料技術(shù)研發(fā)，專利家族數(shù)呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，新增專利家族數(shù)由1966年的184個增長至1980年的1 246個，并經(jīng)歷了以美國為主要引領(lǐng)（1966—1973年）向日本為主要引領(lǐng)（1974—1980年）的轉(zhuǎn)變。②第2階段為1981—1990年，全球稀土新材料技術(shù)處于初步增長期，專利家族數(shù)呈現(xiàn)快速增長的趨勢，新增專利家族數(shù)由1981年的1 566個增長至1990年的4 709個。該階段的增長主要得益于日本稀土新材料技術(shù)研發(fā)力度的持續(xù)加大，基本形成了以日本為主要引領(lǐng)者的全球稀土新材料技術(shù)格局。美國和歐盟雖然研發(fā)起步也較早，但增長規(guī)模和速度均遠遠落后于日本。由于《中華人民共和國專利法》于1985年開始實施，之前的專利信息處于空白，其稀土新材料領(lǐng)域?qū)＠畔⒆钤绯霈F(xiàn)于1987年，因此，在此階段的專利家族數(shù)僅有114個。③第3階段為1991—2007年，全球稀土新材料技術(shù)處于雛形探索期，新增專利家族數(shù)總體上不僅有所下降，而且波動較大，具體表現(xiàn)為由期初的4 709個下降到2007年的3 780個，并經(jīng)歷了兩次相繼上升（1997年,2000—2007年）和相繼下降（1991—1996年,1998—1999年）的演變軌跡。這一階段日本的新增專利家族數(shù)總體上有所下降，但在全球稀土新材料技術(shù)中仍發(fā)揮著主導(dǎo)作用；美國和歐盟的新增專利家族數(shù)一直保持在低位徘徊；中國仍然處于技術(shù)萌芽期，新增專利家族數(shù)始終未突破600個。④第4階段為2008年至今，全球稀土新材料技術(shù)進入了高速增長期，專利家族數(shù)呈現(xiàn)迅速增長的趨勢，新增專利家族數(shù)由2008年的5 776個增長至2020年的10 699個。這一階段的根本性轉(zhuǎn)折是中國加大了對稀土新材料的研發(fā)力度，在較短的時間內(nèi)搶占了稀土新材料的戰(zhàn)略制高點，成為了全球稀土新材料技術(shù)的主要引領(lǐng)者。具體表現(xiàn)為2008年開始中國新增專利家族數(shù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，于2009年成功趕超日本，并一直保持至今。主要原因在于進入21世紀后，稀土新材料在戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)及國防科技工業(yè)的應(yīng)用價值日益凸顯，中國將其列為國家重點管控和發(fā)展的戰(zhàn)略資源，并在《中國制造2025》等國家中長期發(fā)展規(guī)劃中列入重點發(fā)展對象，特別是《國務(wù)院關(guān)于促進稀土行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的若干意見》等相關(guān)政策的出臺有力地推動了中國稀土新材料技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。與此同時，日本的新增專利家族數(shù)不斷放緩，美國新增專利家族數(shù)一直維持在600個左右，呈平穩(wěn)增長趨勢。需要說明的是，由于專利公開的滯后性，截至檢索時間仍有部分專利尚未被收錄，故在2019年開始出現(xiàn)新增專利家族數(shù)下降的跡象，實際上可能是上升態(tài)勢。

1.3 不同類型稀土新材料技術(shù)演進趨勢分析

為了深入分析不同類型稀土新材料的技術(shù)演進狀況及其差異，依據(jù)前文檢索出的專利家族數(shù)，繪制1966—2020年全球各種稀土新材料技術(shù)演進趨勢及其分布圖，分別如圖4和圖5所示。

圖4 1966—2020年全球各種稀土新材料技術(shù)演進趨勢Fig.4 Global technology trends in the evolution of various rare earth new materials from 1966 to 2020

圖5 1966—2020年全球各種稀土新材料技術(shù)的國家（地區(qū)）分布結(jié)構(gòu)：（a）全球稀土新材料專利技術(shù)分布；（b）全球稀土新材料專利技術(shù)結(jié)構(gòu)Fig.5 Global distribution structure of various rare earth new material technologies by country and region from 1966 to 2020：（a）global distribution of rare earth new material patents；（b）the structure of global rare earth new material patent technology

由圖4可知，稀土新材料技術(shù)的專利家族數(shù)從多到少依次是稀土催化材料（59 618個）、稀土永磁材料（56 945個）、稀土光功能材料（45 290個）、稀土合金（28 964個）、稀土拋光材料（7 514個）和稀土儲氫材料（2 851個）。除稀土拋光材料和稀土儲氫材料發(fā)展較為緩慢外，其他各種稀土新材料技術(shù)水平總體上均呈現(xiàn)出快速發(fā)展的演進態(tài)勢，特別是稀土永磁材料、稀土催化材料和稀土光功能材料持續(xù)成為全球稀土新材料技術(shù)的三大研發(fā)熱點。稀土永磁材料是目前應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛、生產(chǎn)規(guī)模最大、產(chǎn)量增長最快、產(chǎn)值規(guī)模最高的稀土新材料，在推動全球稀土新材料技術(shù)發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用，成為了稀土新材料領(lǐng)域的“上甘嶺”[1,8]。稀土催化材料、稀土光功能材料和稀土合金的研發(fā)起步和技術(shù)基礎(chǔ)較好，技術(shù)發(fā)展軌跡頗為相似。稀土拋光材料在前3個發(fā)展階段技術(shù)發(fā)展速度十分緩慢，在第4階段取得了一定發(fā)展，主要是由于平板顯示設(shè)備的普及使得市場對稀土拋光材料的性能提出了更高要求[27]；稀土儲氫材料的技術(shù)發(fā)展始終維持在較低水平，主要原因在于其應(yīng)用范圍狹窄，且主流的稀土儲氫材料經(jīng)過長期發(fā)展性能逐漸達到極限[28]。

結(jié)合圖5進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，中國和日本是全球稀土新材料技術(shù)發(fā)展最全面的2個國家。在稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土拋光材料和稀土合金等4種稀土新材料中，中國都是專利家族數(shù)最多的國家，其次是日本；在稀土永磁材料和稀土儲氫材料中，日本專利家族數(shù)位居全球第一，中國第二。美國的稀土新材料技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在稀土催化材料，在全球發(fā)展速度最快的稀土永磁材料領(lǐng)域的技術(shù)布局較少，這與美國稀土催化材料生產(chǎn)使用的稀土資源量占據(jù)其稀土資源總消耗量一半以上的資源消耗現(xiàn)狀相契合。稀土催化材料是所有稀土新材料中分布結(jié)構(gòu)最均衡的領(lǐng)域。

1.4 全球稀土新材料熱點技術(shù)領(lǐng)域演進趨勢分析

利用VOSviewer軟件繪制不同技術(shù)演進階段全球稀土新材料技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖6所示。圖6中節(jié)點大小反映技術(shù)領(lǐng)域的受關(guān)注程度，由IPC代碼的共現(xiàn)頻次決定，節(jié)點由小到大，共現(xiàn)頻次逐漸增多，即技術(shù)關(guān)注度逐漸提高。

圖6 不同技術(shù)演進階段全球稀土新材料技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜：（a）第一階段（1966—1980年）；（b）第二階段（1981—1990年）；（c）第三階段（1991—2007年）；（d）第四階段（2008年至今）Fig.6 Coexistence network mapping of global rare earth new material technology field at different stages of technology evolution：（a）the first stage（from 1966 to 1980）；（b）the second stage（from 1981 to 1990）；（c）the third stage（from 1991 to 2007）；（d）the forth stage（since 2008）

從圖6可以看出不同技術(shù)演進階段全球稀土新材料熱點技術(shù)變化情況如下：

圖6（a）反映1966—1980年熱點技術(shù)領(lǐng)域，按密度大小排名前十的技術(shù)領(lǐng)域依次是：C07c-000/00（無環(huán)或碳環(huán)化合物）、C09k-011/46（發(fā)光材料，例如電致發(fā)光材料、化學(xué)發(fā)光材料）、B01j-000/00（化學(xué)或物理方法，例如，催化作用或膠體化學(xué)；其有關(guān)設(shè)備）、C22c-019/07（鈷基合金）、B01j-011/00（催化作用及其有關(guān)設(shè)備）、C07f-000/00（含除碳、氫、鹵素、氧、氮、硫、硒或碲以外的其他元素的無環(huán)，碳環(huán)或雜環(huán)化合物）、C22c-019/00（鎳或鈷基合金）、B01d-053/34（廢氣的化學(xué)或生物凈化）、H01f-001/08（壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵）、C08f-000/00（僅用碳-碳不飽和鍵反應(yīng)得到的高分子化合物）。

圖6（b）反映1981—1990年熱點技術(shù)領(lǐng)域，按密度大小排名前十的技術(shù)領(lǐng)域依次是：C22c-038/00（鐵基合金）、G11b-011/10（使用激磁或退磁進行記錄的信息存儲）、H01f-001/08（壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵）、H01f-001/04（金屬或合金磁體、電磁鐵）、C22c-019/07（鈷基合金）、C07b-061/00（有機化學(xué)的其他一般方法，純化；分離；穩(wěn)定化）、B01d-053/36（廢氣，例如發(fā)動機廢氣、煙氣、煙霧、煙道氣、氣溶膠的化學(xué)或生物凈化）、C04b-035/00（以成分為特征的陶瓷成型制品；陶瓷組合物；準備制造陶瓷制品的無機化合物的加工粉末）、B01j-023/10（包含稀土族金屬或金屬氧化物或氫氧化物的催化劑）、H01f-041/02（用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）。

圖6（c）反映1991—2007年熱點技術(shù)領(lǐng)域，按密度大小排名前十的技術(shù)領(lǐng)域依次是：C22c-038/00（鐵基合金）、C07b-061/00（有機化學(xué)的其他一般方法，純化；分離；穩(wěn)定化）、H01f-001/053（含稀土金屬的磁體、電磁鐵）、H01f-001/08（壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵）、H01f-041/02（用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）、B01d-053/94（通過催化方法進行廢氣凈化）、C08f-010/00（只有1個碳-碳雙鍵的不飽和脂族烴的均聚物或共聚物）、B22f-001/00（金屬粉末；金屬粉末的處理，例如使之易于加工或改善其性能）、C09k-011/08（含無機發(fā)光材料）、G11b-011/10（使用激磁或退磁進行記錄的信息存儲）。

圖6（d）反映2008—2020年熱點技術(shù)領(lǐng)域，按密度大小排名前十的技術(shù)領(lǐng)域依次是：C22c-038/00（鐵基合金）、C07b-061/00（有機化學(xué)的其他一般方法，純化；分離；穩(wěn)定化）、H01f-001/08（壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵）、H01f-001/053（含稀土金屬的磁體、電磁鐵）、H01f-041/02（用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）、G11b-011/10（使用激磁或退磁進行記錄的信息存儲）、B01d-053/94（通過催化方法進行廢氣凈化）、B01j-023/10（包含稀土族金屬或金屬氧化物或氫氧化物的催化劑）、C08f-010/00（只有1個碳-碳雙鍵的不飽和脂族烴的均聚物或共聚物）、B22f-001/00（金屬粉末；金屬粉末的處理，例如使之易于加工或改善其性能）。

為了更為直觀地反映稀土新材料熱點技術(shù)領(lǐng)域演進情況，借鑒相關(guān)研究的做法[14]，根據(jù)不同技術(shù)演進階段的技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，繪制全球稀土新材料熱點技術(shù)領(lǐng)域演進坐標圖，如圖7所示。

圖7 全球稀土新材料熱點技術(shù)領(lǐng)域演進Fig.7 Global hot technology field evolution of rare earth new materials

由圖7可知，全球稀土新材料熱點技術(shù)研究領(lǐng)域較多，且不同時期的熱點技術(shù)領(lǐng)域存在較大的差異。總體而言，在萌芽起步期，含稀土元素的無環(huán)、碳環(huán)、雜環(huán)或高分子化合物是稀土新材料技術(shù)的核心研究領(lǐng)域。進入初步增長期后，伴隨市場發(fā)展和研究的不斷深入，稀土永磁材料技術(shù)（含稀土金屬的磁體、電磁鐵，壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵，用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）成為稀土新材料技術(shù)研發(fā)中長久不衰的熱點技術(shù)領(lǐng)域。此外，稀土催化材料（催化作用及其有關(guān)設(shè)備，廢氣的化學(xué)或生物凈化，有機化學(xué)的純化、分離、穩(wěn)定化，包含稀土族金屬元素的催化劑，通過催化方法進行廢氣凈化等）和稀土光功能材料（電致發(fā)光材料，化學(xué)發(fā)光材料，含無機發(fā)光材料，電致發(fā)光光源）也同屬于長期以來稀土新材料技術(shù)研究熱度較高的領(lǐng)域。

2 中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的方向選擇分析

通過對稀土新材料技術(shù)演進趨勢的分析可知，中國在各種稀土新材料技術(shù)研發(fā)中均有較大布局，總體上正處于全球主導(dǎo)地位，除稀土永磁材料和稀土儲氫材料的專利量居全球第2外，其他均居全球第1。這種全方位的技術(shù)研發(fā)格局，在顯著提升中國稀土新材料國際競爭力的同時，也不可避免地導(dǎo)致各界在選擇產(chǎn)業(yè)鏈延伸重點方向上難以達成共識。具體表現(xiàn)為稀土永磁材料和稀土催化材料是6種稀土新材料中專利數(shù)量最多且?guī)缀醪幌嗖俚膬纱箢I(lǐng)域，很容易導(dǎo)致各界在甄選產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向時，針對應(yīng)選擇其中何種新材料的應(yīng)用領(lǐng)域作為重點延伸方向存在某種程度的爭議與分歧。本文認為，應(yīng)選擇對國民經(jīng)濟影響大、未來發(fā)展?jié)摿Υ蟆⒓夹g(shù)水平領(lǐng)先或不存在難以克服的技術(shù)障礙或技術(shù)突破可能性大的新材料應(yīng)用領(lǐng)域，作為稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向。

目前，在所有稀土新材料中，稀土永磁材料的生產(chǎn)規(guī)模最大、產(chǎn)量增長最快且產(chǎn)值規(guī)模最高[1,8,29]，表明稀土永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿?。稀土永磁材料可?yīng)用于永磁電機、醫(yī)療器械、軍工設(shè)備等眾多領(lǐng)域，其中，使用稀土永磁材料生產(chǎn)種類繁多的稀土永磁電機是對國民經(jīng)濟影響大、未來發(fā)展?jié)摿Υ蟮闹匾獞?yīng)用領(lǐng)域[8,30]。首先，電機行業(yè)產(chǎn)值巨大，2019年中國電機市場規(guī)模已接近萬億元[31]，中國電機市場中97%以上仍然是普通能效等級的傳統(tǒng)異步電機，而節(jié)能率高達11%～18%的稀土永磁電機占比不到3%[8,30]，在國家“雙碳”目標導(dǎo)向下開發(fā)和推廣使用稀土永磁電機迫在眉睫。其次，稀土永磁電機應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，可應(yīng)用于交通與運載、高效風(fēng)機與泵、壓縮機、電動汽車、發(fā)電設(shè)備、數(shù)控機床、智能機器人、航空航天、航海和軍工等領(lǐng)域，《中國制造2025》列出的十大重點領(lǐng)域中有7個領(lǐng)域涉及對稀土永磁電機的廣泛應(yīng)用需求。最后，國外受稀土永磁材料供應(yīng)限制尚未大規(guī)模應(yīng)用稀土永磁電機，而中國恰好具備材料供應(yīng)優(yōu)勢。由此可見，從經(jīng)濟角度而言，發(fā)展稀土永磁電機具有極大的可行性。但重點延伸方向的選擇，不僅需要考慮經(jīng)濟可行性，而且還需要綜合考慮技術(shù)可行性?；诖?，下文對稀土永磁電機這一重要稀土新材料應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)演進進行剖析。

2.1 全球稀土永磁電機技術(shù)演進趨勢的總體分析

參照文獻[32-37]的研究結(jié)果及訪談相關(guān)專家，依據(jù)稀土永磁電機的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及技術(shù)特征選取關(guān)鍵詞，構(gòu)建專利檢索式為：CTB=（motor OR rotor OR generator OR electric machine）AND CTB=（rare earth OR neodymium OR samarium）AND CTB=（magnet OR magnetic material OR alloy），檢索區(qū)間、數(shù)據(jù)來源及其最后更新時間與前文稀土新材料專利檢索一致，最終得到17 659個專利家族，共35 267條專利信息。據(jù)此繪制1966—2020年全球及主要國家稀土永磁電機技術(shù)演進趨勢圖，如圖8所示。

由圖8可知，從總體上看，全球稀土永磁電機專利家族數(shù)呈現(xiàn)快速上升的發(fā)展態(tài)勢，基本符合y= 0.000 000 7x6-0.000 1x5+ 0.005 3x4-0.154 4x3+2.403 3x2-14.266x+ 22.778的增長曲線，擬合程度R2= 0.991 2。從新增專利家族數(shù)的演變趨勢來看，大致可分為以下3個階段：①第1階段為1966—1988年，全球稀土永磁電機技術(shù)處于萌芽起步期，1975年之前，每年的全球稀土永磁電機新增專利家族數(shù)都不到10個，持續(xù)到1988年均未破百；在此階段日本的專利家族數(shù)最多（186個），而中國僅有21個。②第2階段為1989—2008年，全球稀土永磁電機技術(shù)處于緩慢增長期，新增專利家族數(shù)由1989年的110個增加至2008年的356個，基本形成以日本為主導(dǎo)的稀土永磁電機技術(shù)格局。③第3階段為2009年至今，全球稀土永磁電機技術(shù)處于高速發(fā)展期，2009年新增專利家族數(shù)躍升至506個，2020年增至2 023個；在此階段中國稀土永磁電機技術(shù)水平迅速提升，逐漸趕超日本并成為了全球稀土永磁電機專利家族數(shù)最多的國家。

2.2 全球稀土永磁電機熱點技術(shù)領(lǐng)域分析

采用與全球稀土新材料技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜一致的做法，繪制全球稀土永磁電機技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖9所示。由圖9可知，節(jié)點H02k-001/27（有永久磁體的轉(zhuǎn)子鐵芯的磁路的轉(zhuǎn)動零部件）和H01f-041/02（用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）分別形成明顯的局部中心，這意味著目前全球稀土永磁電機領(lǐng)域主要圍繞電機零部件設(shè)計與制造和永磁材料的生產(chǎn)工藝開展技術(shù)研究。進一步分析可得出，以電機零部件設(shè)計與制造為中心的技術(shù)研究可以劃分為電機零部件（H02k-001：磁路零部件；H02k-005：機殼、外罩、支撐物等）、稀土永磁電機整機（H02k-021：有永久磁體的同步電動機、發(fā)電機；H02k-029：具有非機械換向裝置的換向器電動機或發(fā)電機等）和稀土永磁專用電機（B60k-007：裝在牽引輪上或靠近牽引輪的汽車發(fā)動機；F04b-035：彈性流體泵的驅(qū)動裝置等）3部分；對永磁材料生產(chǎn)工藝的技術(shù)研究同樣由3個主要方面構(gòu)成，相關(guān)度由高到低依次是稀土永磁材料的研發(fā)和生產(chǎn)工藝（H01f-001：按所用磁性材料區(qū)分的磁體或磁性物體；H01f-041：專用于制造磁性材料或裝配磁體、電感器、變壓器的設(shè)備或方法等）、合金材料的生產(chǎn)（C22c-038：鐵基合金；C22c-019：鎳或鈷基合金等）和金屬粉末的加工和處理（B22f-003：壓實或燒結(jié)金屬粉末制造工件或制品的方法及其專用設(shè)備；B22f-009：制造金屬粉末或其懸浮物的方法及專用裝置或設(shè)備等）。

圖9 全球稀土永磁電機技術(shù)領(lǐng)域共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜Fig.9 Coexistence network mapping of global rare earth permanent magnet motor technology field

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié) 論

本文打破以往相關(guān)研究專利檢索詞構(gòu)建單一的片面做法，創(chuàng)建相對全面而合理的專利檢索體系，從專利申請時間趨勢、新材料類別、國家（地區(qū)）分布、熱點技術(shù)領(lǐng)域等多個角度深入分析了全球稀土新材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進狀況，并在此基礎(chǔ)上，對中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向進行了判斷與技術(shù)演進分析，得到以下主要研究結(jié)論：

1）從稀土新材料專利申請時間趨勢來看，全球稀土新材料專利家族數(shù)總體上呈現(xiàn)快速上升的演進態(tài)勢，基本符合y=-0.000 05x6+0.007 7x5-0.441 6x4+11.414x3- 132.42x2+ 693.28x- 583.92的變動曲線；從技術(shù)演進歷程來看，大致可分為萌芽起步期（1966—1980年）、初步增長期（1981—1990年）、雛形探索期（1991—2007年）和高速增長期（2008年至今）等4個階段，經(jīng)歷了“美國→日本→中國”的技術(shù)引導(dǎo)演變格局。

2）從稀土新材料的類別差異來看，全球稀土新材料專利家族數(shù)從多到少依次是稀土催化材料、稀土永磁材料、稀土光功能材料、稀土合金、稀土拋光材料和稀土儲氫材料；除稀土拋光材料和稀土儲氫材料發(fā)展速度較為緩慢外，其他各種稀土新材料技術(shù)水平都表現(xiàn)出強勁的增長勢頭，特別是稀土永磁材料、稀土催化材料和稀土光功能材料持續(xù)成為引領(lǐng)全球稀土新材料技術(shù)發(fā)展的三大“主力軍”。

3）從稀土新材料的國家（地區(qū)）分布來看，中國和日本占據(jù)了全球稀土新材料專利家族數(shù)的半壁江山，占全球總量之比分別為36.42%和32.14%。其中，中國后發(fā)優(yōu)勢明顯，發(fā)展速度最快；日本研發(fā)起步較早，增長態(tài)勢穩(wěn)定。進一步分析中、日兩國的專利類型構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，日本的發(fā)明專利比例明顯高于中國。美國雖然研發(fā)起步較早，且每年的專利家族數(shù)比較穩(wěn)定，但增長幅度緩慢，占全球總量之比僅有12.84%。

4）將稀土新材料的類別差異和國家（地區(qū)）分布結(jié)合一起來看，在稀土催化材料、稀土光功能材料、稀土拋光材料和稀土合金方面，中國都是專利家族數(shù)最多的國家，其次是日本；在稀土永磁材料和稀土儲氫材料方面，日本居全球第一，中國第二。美國的稀土新材料技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在稀土催化材料，在全球發(fā)展速度最快的稀土永磁材料方面的專利布局較少。

5）從稀土新材料熱點技術(shù)領(lǐng)域可視化分析來看，在萌芽起步期，含稀土元素的無環(huán)、碳環(huán)、雜環(huán)或高分子化合物是稀土新材料產(chǎn)業(yè)的熱點技術(shù)領(lǐng)域。進入初步增長期后，伴隨市場發(fā)展和研究的不斷深入，稀土永磁材料技術(shù)（含稀土金屬的磁體、電磁鐵，壓制的、燒結(jié)的或黏結(jié)在一起的磁體、電磁鐵，用于制造磁芯、線圈或磁體的設(shè)備或方法）成為稀土新材料技術(shù)研發(fā)中長久不衰的熱點領(lǐng)域。

6）從稀土永磁電機專利申請趨勢來看，全球稀土永磁電機專利家族數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)步增長的演進態(tài)勢，基本符合y=0.000 000 7x6- 0.000 1x5+ 0.005 3x4-0.154 4x3+ 2.403 3x2- 14.266x+ 22.778的增長曲線；從技術(shù)演進歷程來看，大致可分為萌芽起步期（1966—1988年）、緩慢增長期（1989—2008年）和高速發(fā)展期（2009年至今）等3個階段，經(jīng)歷了由日本向中國演變的技術(shù)引導(dǎo)格局。

7）從經(jīng)濟角度而言，使用稀土永磁材料生產(chǎn)種類繁多的稀土永磁電機是對國民經(jīng)濟影響大、未來發(fā)展?jié)摿Υ蟮南⊥列虏牧蠎?yīng)用產(chǎn)業(yè)；從技術(shù)角度而言，中國已成為全球稀土永磁電機專利家族數(shù)最多的國家，將稀土永磁電機作為稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向不僅具備經(jīng)濟可行性，而且具備技術(shù)可行性。但也必須清楚地認識到中國在稀土永磁電機基礎(chǔ)研究方面與日本尚存在一定的差距。

3.2 建 議

基于上述結(jié)論，結(jié)合稀土產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀，提出如下相關(guān)建議：

1）持續(xù)加大創(chuàng)新政策支持力度，切實提高科技創(chuàng)新成果質(zhì)量。雖然中國在稀土新材料專利數(shù)量上已居全球領(lǐng)先地位，但在一些關(guān)鍵核心領(lǐng)域與日本等國還存在較大差距，面對西方發(fā)達國家加速重構(gòu)稀土產(chǎn)業(yè)鏈帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，中國政府亟待加大政策扶持力度以防被國外趕超。一是瞄準稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向及國家重大發(fā)展戰(zhàn)略，針對“雙碳”目標和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等對稀土新材料的需求，優(yōu)化稀土新材料國家級重點研發(fā)平臺的定位和研究方向，加快形成稀土新材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化全流程協(xié)同創(chuàng)新體系。二是完善創(chuàng)新投融資體系和風(fēng)險投資機制，發(fā)揮稀土新材料企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新投入中的主體地位，優(yōu)化財政資金技術(shù)研發(fā)配套補助政策。三是將制約稀土新材料產(chǎn)業(yè)鏈延伸的“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)列入《國家重點研發(fā)計劃“稀土新材料”重點專項》，實施“揭榜掛帥”“賽馬”等機制，保持科技創(chuàng)新政策實施的延續(xù)性和連續(xù)性，尤其是對影響稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的關(guān)鍵稀土新材料技術(shù)攻關(guān)形成長期穩(wěn)定的國家支持。

2）加快完善專利產(chǎn)權(quán)保護機制，推廣中國稀土行業(yè)技術(shù)標準。一方面，在以美國為首的西方發(fā)達國家加速重構(gòu)稀土產(chǎn)業(yè)鏈的背景下，從技術(shù)角度保障中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈的安全穩(wěn)定至關(guān)重要，中國政府亟需規(guī)避專利知識外溢風(fēng)險，當務(wù)之急是盡快完善專利產(chǎn)權(quán)保護法律體系及其執(zhí)行機制，切實發(fā)揮“中國稀土產(chǎn)業(yè)知識產(chǎn)權(quán)運營中心”的作用。另一方面，搶抓全球稀土格局劇變的契機，爭取在更多核心技術(shù)領(lǐng)域獲取國際技術(shù)標準制定權(quán)，擇機在海外布局中國稀土新材料技術(shù)研究分院，通過牽頭組建產(chǎn)業(yè)專利聯(lián)盟，促進中國稀土新材料企業(yè)積極主導(dǎo)或參與國際技術(shù)標準制定，將中國稀土新材料技術(shù)標準上升至國際技術(shù)標準。

3）進一步深化產(chǎn)學(xué)研合作機制，大力推動專利成果有效轉(zhuǎn)化。研究表明，雖然近年來中國稀土新材料專利量增長迅猛，但與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴張速度有所失衡，意味著相當部分專利成果并未有效轉(zhuǎn)化落地，在一定程度上限制了稀土產(chǎn)業(yè)鏈向下游延伸。目前，中國稀土新材料技術(shù)研發(fā)仍然是以高校和科研院所為主，企業(yè)創(chuàng)新活力稍顯不足。因此，需要進一步發(fā)揮企業(yè)的創(chuàng)新主體作用，不斷加強產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟建設(shè)。一是要進一步激發(fā)龍頭企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，引導(dǎo)企業(yè)合理增加科技創(chuàng)新投入。二是加大對企業(yè)、高校與科研院所聯(lián)合創(chuàng)建研發(fā)機構(gòu)的支持力度，激勵各主體共同承擔(dān)重大科技攻關(guān)項目。三是建立與完善專利成果轉(zhuǎn)化與孵化中心，推廣技術(shù)要素參與企業(yè)收益分配的激勵手段，提升高校和科研院所的專利成果轉(zhuǎn)化效率，推動稀土新材料技術(shù)的市場化進程，促進稀土新材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈延伸方向的有效融合。

4）明確大力發(fā)展稀土永磁電機，破解稀土全產(chǎn)業(yè)鏈延伸障礙。研究表明，將稀土永磁電機作為中國稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的重點方向，兼?zhèn)浣?jīng)濟可行性和技術(shù)可行性。一是在《電機能效提升計劃（2021—2023年）》的基礎(chǔ)上出臺稀土永磁電機產(chǎn)業(yè)專項發(fā)展規(guī)劃，加大對稀土永磁電機核心技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)，推動以稀土永磁電機生產(chǎn)為核心的電機產(chǎn)業(yè)整合，盡快形成稀土永磁電機大企業(yè)集團，促進稀土永磁電機產(chǎn)業(yè)在包頭和贛州等稀土資源地形成集聚。二是鼓勵稀土永磁電機企業(yè)、終端用戶和稀土新材料企業(yè)簽訂供應(yīng)鏈合同，或以參股、控股等方式建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，共同開發(fā)和推廣稀土永磁電機。三是穩(wěn)定稀土礦產(chǎn)品和稀土新材料價格，切實保障稀土永磁電機企業(yè)的原料供應(yīng)，破解稀土產(chǎn)業(yè)鏈延伸的障礙因子。