颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析.pdf
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颠覆性技术案例研究： 基于文献、专利计量分析 浙江大学信息资源分析与应用研究中心 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 内容 1 分析方法 2 案例1：高锟文献、专利分析 3 案例2：石墨烯技术专利分析 4 后续展望 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 经典文献的原有学科工程学-电气和电 子(ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC )占据引文学科的第一位 物理学-应用物理学(PHYSICS, APPLIED)、电信 (TELECOMMUNICATIONS)、材料科学 -陶瓷（MATERIALS SCIENCE, CERAMICS）、光学(OPTICS )等学科引 文波动较大，个别年份与工程学-电气和 电子的引文数量上已较为接近 电信学科的引文自1973年起增幅较为 明显 经典文献引文WOS学科分布（1966-1979） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 施引文献的主要发文学科：工程学-电气和 电子(ENGINEERING, ELECTRICAL & 经典文献的WOS学科分类： 工程学-电气和电子 多学科渗透 ELECTRONIC )、光学(OPTICS ) 电信(TELECOMMUNICATIONS) 在19841986年亦是发文的重要学科，但在此后20年 却归于沉寂，到2008年才重新开始活跃起来 2008年起施引文献的学科分布趋于均衡， 除工程学-电气和电子、光学、电信外，物理 学-应用物理学(PHYSICS, APPLIED)、材料科 学-多学科(MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY)、物理学-冷凝物质 (PHYSICS, CONDENSED MATTER)等多个学 科均表现不俗 经典文献引文WOS学科分布（1980-2017） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.3 专利分析 高锟专利年度分布（基于专利公开年） 年份 1977 1978 1979 1980 1981 1983 1986 1988 总计 专利数量 13 7 5 5 4 1 3 3 41 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.6 专利被引用分析 年份 专利数量 年份 专利数量 年份 专利数量 年份 专利数量 1977 13 1988 19 1999 8 2010 19 1978 13 1989 17 2000 4 2011 21 1979 14 1990 16 2001 8 2012 17 1980 29 1991 22 2002 13 2013 16 1981 22 1992 15 2003 13 2014 21 1982 17 1993 21 2004 21 2015 14 1983 23 1994 11 2005 12 2016 18 1984 27 1995 8 2006 10 2017 6 1985 10 1996 7 2007 6 1986 13 1997 8 2008 9 1987 12 1998 10 2009 11 施引专利年度分布（基于专利公开年） 分析方法 1 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 1.1 整体思路（分析角度） 某研究领域文献/专利分析 以文献/专利的出版时间/公开时间为时间主线，进行基于语义聚类分析的 时序与脉络发展分析，挖掘领域研究脉络和重要的时间节点 分析重点：研究领域文献/专利本身 案例2：石墨烯技术专利分析 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 1.1 整体思路（分析角度） 以点带面的信息挖掘分析 基于关键性支撑文献/专利等重要基础文献为线索的展开分析，以文 献/专利的被引时间（即施引文献的出版时间或公开时间）为时间主线， 进行基于语义聚类分析的时序与脉络发展分析，挖掘领域研究脉络和 重要的时间节点 分析重点：基础文献的施引文献 案例1：高锟文献、专利分析 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 1.2 研究工具 文献分析 数据来源：WOS、Scopus、EI、CNKI等数据库 科研分析工具： Incites、Scival等 可视化软件：CiteSpace等 专利分析 数据来源：Derwent Innovations Index等数据库 专利分析工具：Thomson Innovation 案例1：高锟文献、专利分析 2 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.1 文献分析 在WOS核心合集*检索得到高锟论文24篇 90%以上的被引集中在1966年的论文《DielectricFibre Surface Waveguides for Optical frequencies》 （《光频率的介质纤维表面波导》），该文首次提出用 玻璃纤维作为光波导用于通讯的理论（经典文献） 在WOS核心合集通过被引参考文献检索，得到经典 文献的施引文献321篇（施引文献） 高锟（1933.11.4－），生于中国上海，华裔物理学家， 光纤通讯、电机工程专家，“光纤通讯之父”，2009 *包含SCI-EXPANDED, SSCI, A&HCI, CPCI-S, CPCI-SSH, ESCI, CCREXPANDED, IC **检索时间：2017年4月17日 年获诺贝尔物理学奖。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 经典文献被引引证关系图 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 经典文献引文年代分布图 经典文献引文年代分布 年份 论文数 年份 论文数 年份 论文数 年份 论文数 1966 1 1980 4 1993 5 2007 4 1968 3 1981 6 1995 3 2008 10 1969 1 1982 7 1996 3 2009 6 1970 9 1983 4 1997 2 2010 10 1971 5 1984 8 1998 7 2011 12 1972 4 1985 9 1999 1 2012 21 1973 9 1986 11 2000 9 2013 17 1974 6 1987 3 2001 2 2014 12 1975 7 1988 2 2002 5 2015 10 1976 13 1989 2 2003 5 2016 19 1977 5 1990 5 2004 4 2017 4 1978 4 1991 1 2005 6 1979 7 1992 2 2006 6 经典文献共被引321次。1970-1986年是引用较为活跃的区间。高锟获得诺贝尔奖 后（2010年起），引用迎来了新的一波高峰 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 经典文献的原有学科工程学-电气和电 子(ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC )占据引文学科的第一位 物理学-应用物理学(PHYSICS, APPLIED)、电信 (TELECOMMUNICATIONS)、材料科学 -陶瓷（MATERIALS SCIENCE, CERAMICS）、光学(OPTICS )等学科引 文波动较大，个别年份与工程学-电气和 电子的引文数量上已较为接近 电信学科的引文自1973年起增幅较为 明显 经典文献引文WOS学科分布（1966-1979） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 施引文献的主要发文学科：工程学-电气和 电子(ENGINEERING, ELECTRICAL & 经典文献的WOS学科分类： 工程学-电气和电子 多学科渗透 ELECTRONIC )、光学(OPTICS ) 电信(TELECOMMUNICATIONS) 在19841986年亦是发文的重要学科，但在此后20年 却归于沉寂，到2008年才重新开始活跃起来 2008年起施引文献的学科分布趋于均衡， 除工程学-电气和电子、光学、电信外，物理 学-应用物理学(PHYSICS, APPLIED)、材料科 学-多学科(MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY)、物理学-冷凝物质 (PHYSICS, CONDENSED MATTER)等多个学 科均表现不俗 经典文献引文WOS学科分布（1980-2017） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 共词分析：对一组词两两统计他们 在同一组文献中出现的次数，以测度 他们之间的亲疏关系。 关键词共现网络可以探测研究热点 与研究趋势 时区视图（timezone）是一种侧 重于从时间维度上来表示知识演进的 视图 关键词共现网络中，每个节点代表 一个关键词，节点的大小代表关键词 出现频次的多寡 关键词共现网络（时区视图） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 每个节点所在的时区代表该关键词首次被提取出来的时间。提取原则为Top 50% per slice，即提取每十年词频排名前50%的关键词。节点间的线条代表相连关键词存在共现关 系。线条的颜色代表相连关键词时间区间内第一次出现共现关系的时间。颜色所代表的年 份见图谱顶端的示意 高频共现关键词：波导（wave guide*）、光纤（optical fiber*）、激光（laser）、 系统（system）、传输（transmission*）、放大器（amplifier*）、光通信（optical communication）、通信（communication）、单模光纤（single mode fiber）、gla*、 光子晶体光纤（photonic crystal fiber）、纤维（fiber）、制备（fabrication*）等 2.2 经典文献分析 中心性（centrality）是测度节点在网络结构中重要性的指标，通常是连接多个节点的关 键枢纽。高中心性（中心性0.1及以上）的重要节点在图谱中用紫色外圈标注 具有较强中心性的共现关键词:核心（core）、传感器（sensor）、分布式布拉格反射器 （distributed bragg reflector）、技术（technology）、光纤（optical fiber*）、长周 期光栅（long period grating）、传输（transmission*）、放大器（amplifier*）、光 子学（photonics）、表面等离子体共振（surface plasmon resonance）、纤维光学 （fibre optics）、光学（optics）、gla*、张力（strain）、消逝波传感器（evanescent wave sensor ） 、 演 进 （ evolution ） 、 红 外 光 谱 （ infrared spectroscopy ） 、 波 导 （ wave guide* ） 、 制 备 （ fabrication* ） 、 化 学 气 相 沉 积 （ chemical vapor deposition）、成像（imaging） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.2 经典文献分析 1986-1995这十年间是关键词共现最为集中的区间，高频共现关键词与经典文献直接相关，如波导（wave guide）、光纤（optical fiber）、传输（transmission）、光通信（optical communication）、通信 （communication）、纤维（fiber）等 标识区域黄色线条密集覆盖的关键词在后续的时间区间内多次共现，可以视为是经典文献的发展延伸，即后 期施引文献关注的研究热点，涉及化学气相沉积（chemical vapor deposition）、半导体激光 （semiconductor laser）、光子晶体光纤（photonic crystal fiber）、二氧化硅（silica）、单模光纤 （single mode fiber）、双异质结激光器（double heterostructure laser）、等离子体（plasmonics）、非 线性光学（nonlinear optics）、自由电子激光（free electron laser）等 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 图 关键词共现网络（时区视图） 2.3 专利分析 检索得到以高锟（Kao Charles Kuen）为发明人的专利记录41条，使用DWPI同族专利归 并后，得到18个专利家族*（专利家族） 被引频次最高的专利为US4243298A（公开年1981）（目标专利），被88条专利引用 （施引专利） 高锟的41条专利记录共有施引专利598条（施引专利） ，使用DWPI同族专利归并后，得 到423个专利家族*（专利家族） *专利家族/同族专利：把具有共同优先权**的在不同国家公布或批准的内容相同或基本相同的一组专利文献 **优先权：专利申请人就其发明创造第一次在某国提出专利申请后，在法定期限内，又就相同主题的发明创造提出专利申请的，根 据有关法律规定，其在后申请以第一次专利申请的日期作为其申请日，专利申请人依法享有的这种权利 ***检索时间：2017年4月17日 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.3 专利分析 高锟专利年度分布（基于专利公开年） 年份 1977 1978 1979 1980 1981 1983 1986 1988 总计 专利数量 13 7 5 5 4 1 3 3 41 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.4 专利技术领域布局分析 为避免重复计数，本部分研究对象为高锟专利 经DWPI同族专利归并后得到的18个专利家族。 专利技术领域布局（IPC分类-4位） IPC分类（4位） 专利数量 G02B 14 IPC分类偏向于功能 H04B 7 百分比 技术领域 78% 光学元件、系统或仪器 39% 电信技术：传输 C03C 5 28% 玻璃、釉或搪瓷釉的化学成分；玻璃的 表面处理；由玻璃、矿物或矿渣制成的 纤维或细丝的表面处理；玻璃与玻璃或 与其他材料的接合 C03B 4 22% 玻璃、矿物或渣棉的制造、成型；玻璃、 矿物或渣棉的制造或成型的辅助工艺 H04J 3 17% 电信技术：多路复用通信 G01B 1 6% 长度、厚度或类似线性尺寸的计量；角 度的计量；面积的计量；不规则的表面 或轮廓的计量 G01M 1 6% 机器或结构部件的静或动平衡的测试； 结构部件或设备的测试 H04L 1 6% 电信技术：数字信息的传输，如电报通 信 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.4 专利技术领域布局分析 专利技术领域布局（DWPI手工代码） 德温特手工代码 专利数量 百分比 技术领域 33% L01L05 6 玻璃在光学中的应用 28% 德温特手工代码偏向技术 F01E01 5 共轭纤维的物理特性 28% F04G 5 纤维织物以外的纤维制品 28% L01F03 5 玻璃纤维制造过程 11% V07K04 2 光纤与光控制（频率、颜色） 11% W02C04 2 光与红外线路传输系统 11% A12L03 2 聚合物应用：其他光学用途 11% F01D09B 2 玻璃纤维的化学特征 11% V07A03 2 光纤与光控制 11% V07F01A1 2 纤维光学：光纤导引结构 11% L03G02 2 其他基本的电子元件和材料：波导 11% F01C07 2 制造纤维的机械方法与设备 11% L01F03A 2 玻璃纤维的表面处理 6% 交换机；交换机(包括局域网)之间的联 W01A06X 1 系 6% W02K01 1 频分多路复用系统 6% W02K09 1 多路复用 6% A12B01 1 涂料和油漆 6% E31N04 1 碳的使用 6% E31P03 1 硅的使用 6% V07F01B 1 光导防护；修理和维护；光缆 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.5 目标专利技术追踪分析 US4243298A（公开年1981），被 88条专利引用 施引专利专利权人分布：康宁 （ corning ）公司、荷兰德拉克 （ Draka Comteq ）、住友 （ sumitomo ）电工、应用材料 （ applied materials ）公司等 US4243298A *专利权人（Assignee）对专利具有独 占、使用、处置权的法人、自然人 目标专利的被引用情况（基于专利权人*） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.5 目标专利技术追踪分析 TiO2-SiO2（二氧化 钛-二氧化硅）外包 层的高耐疲劳性的 光纤及其制备方法 低系数热膨胀外护套使 多层玻璃光波导光纤具 有高抗张强度 目标专利的被引用情况-三代引用 含二氧化钛的熔融石 英玻璃的制造方法 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.5 目标专利技术追踪分析 目标专利的重要技术分支（有较多二代、三代引用，具有发展前景）： US4427263：由固态光传导纤芯、包覆层、基底组成的压力不敏感型光纤波导 US8627901：外罩上（位于内部旋转移行区上方）具有与流体路径连通的排气口，用于钻孔 （如油井）的激光钻孔装置 US4975102：使用高折射率硅芯、低折射率掺硅外层的玻璃光波导纤维 US4770544：通过涂层由多层介质组成的冷却的光纤耦合器，检测有放射性涂料的燃气轮机的 温度的温度传感器 US4877306：由高折射率外层包覆的纤芯和低折射率的高分子保护涂层组成的光波导纤维 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 目标专利的引证关系图（基于IPC分类）： 目标专利IPC分类：C03B（玻璃、矿物或渣 棉的制造、成型；玻璃、矿物或渣棉的制造或 成型的辅助工艺） 除C03B外，目标专利的施引专利还集中在 G02B（光学元件、系统或仪器）、A61B（诊 断；外科；鉴定）、C03C（玻璃、釉或搪瓷 釉的化学成分；玻璃的表面处理；由玻璃、矿 物或矿渣制成的纤维或细丝的表面处理；玻璃 与玻璃或与其他材料的接合）、H01S利用受 激发射的器件等 目标专利的被引用情况（IPC分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 目标专利的引证关系图（基于DWPI 分类）： 目标专利DWPI分类：P81（光学）， 也是施引专利最主要的DWPI分类 此外，目标专利的施引专利集中在 V07（光纤和灯光控制）、P31（诊 断、手术）、 P32（牙科,绷带,兽医,假肢）、L01 （玻璃）、Q49（采矿）等 目标专利的被引用情况（DWPI分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.6 施引专利分析 年份 专利数量 年份 专利数量 年份 专利数量 年份 专利数量 1977 13 1988 19 1999 8 2010 19 1978 13 1989 17 2000 4 2011 21 1979 14 1990 16 2001 8 2012 17 1980 29 1991 22 2002 13 2013 16 1981 22 1992 15 2003 13 2014 21 1982 17 1993 21 2004 21 2015 14 1983 23 1994 11 2005 12 2016 18 1984 27 1995 8 2006 10 2017 6 1985 10 1996 7 2007 6 1986 13 1997 8 2008 9 1987 12 1998 10 2009 11 施引专利年度分布（基于专利公开年） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.6 施引专利分析 最早优先权国：专利申请人就其 发明创造第一次（最早）提出专利 申请的国家 通过最早优先权国的分析，可以 了解专利技术的原创国 美国占据绝对优势，日本、德国 位居第二、三 施引专利最早优先权国家分布 最早优先权国家/ 地区（DWPI） 美国 US 日本JP 德国DE 英国GB 法国FR 韩国KR 专利计数 400 56 44 22 14 9 中国CN 欧洲专利 局EP 瑞典SE 台湾 （地区） TW 8 8 4 4 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 施引专利技术领域布局（ IPC分类-4位） 为避免重复计数， 本部分研究对象为施 引专利经DWPI同族 专利归并后得到的 423个专利家族。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 IPC分类（4位） G02B C03B 专利数量 291 71 百分比 C03C 65 15% H04B H04J E21B H01S G01M B23K H04L A61B 55 26 23 19 16 10 9 8 13% C23C 8 2% G02F 7 2% H02G G01N H04Q G01B H04N B08B G01H 6 6 5 5 5 4 3 1% 69% 17% 6% 5% 4% 4% 2% 2% 2% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 技术领域 光学元件、系统或仪器 玻璃、矿物或渣棉的制造、成型；玻璃、矿物或渣棉的制造或成型的辅助工艺 玻璃、釉或搪瓷釉的化学成分；玻璃的表面处理；由玻璃、矿物或矿渣制成的纤维或细丝的表面处理； 玻璃与玻璃或与其他材料的接合 电信技术：传输 电信技术：多路复用通信 土层或岩石的钻进 基本电气元件：利用受激发射的器件 机器或结构部件的静或动平衡的测试；结构部件或设备的测试 对比施引专利与原专利的技术领域，G02B仍是主要 钎焊或脱焊；焊接；用钎焊或焊接方法包覆或镀敷；局部加热切割，如火焰切割；用激光束加工 的IPC分类，比例略有下降，TOP2-5的领域范围保持 电信技术：数字信息的传输，如电报通信 医学或兽医学、卫生学：诊断；外科；鉴定 不变，C03B名次上升幅度较大 对金属材料的镀覆；用金属材料对材料的镀覆；表面扩散法，化学转化或置换法的金属材料表面处理； 真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆 红色标注为施引专利新增的技术领域，领域分布较 光学:用于控制光的强度、颜色、相位、偏振或方向的器件或装置；用于上述操作的技术或工艺；变频； 非线性光学；光学逻辑元件；光学模拟/数字转换器 广多学科渗透 电缆或电线的安装，或光电组合电缆或电线的安装 借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料 电通信技术:选择 长度、厚度或类似线性尺寸的计量；角度的计量；面积的计量；不规则的表面或轮廓的计量 电信技术:图像通信 一般清洁，一般污垢的防除（刷子） 机械振动或超声波、声波或次声波的测量 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 施引专利技术领域布局（DWPI手工代码） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 德温特手工代码 V07F01A1 V07G02 L01L05 V07G10A L01F03 V07F01B4 A12L03A W01A06C1 V07F01B1 L03G02 V07G10D V07G03 W02C04 V07G11 V07B V07J F04G01 W02C04B1 V07G10C F01E01 专利数量 百分比 技术领域 103 24% 纤维光学：光纤导引结构 45 耦合光导:调整纤维或光源 11% 41 玻璃在光学中的应用 10% 40 可分离连接器 9% 施引专利与原专利布局显著不同 31 玻璃纤维制造过程 7% 29 7% 光缆 原专利位居前三的L01L05、F01E01、F04G现处于第三、第二 26 6% 聚合物应用：光纤、电缆 26 光纤媒介特征 6% 十、第十七位 26 6% 光导防护 V07F01A1由原专利的第十跃居为施引专利第一 25 6% 其他基本的电子元件和材料：波导 24 光耦合 6% 新增专利布局（红色标注）主要集中在V07（电子元件：光纤与 24 耦合光导：修复分离、紧固 6% 24 光与红外线路传输系统 6% 光控）：V07G（耦合光导）、V07F（光学元件）、V07B（光纤 23 耦合光导：3端口或多端口耦合器、 5% 与光控）、V07J（光学元件参数测量） 21 5% 光纤与光控 18 4% 光学元件参数测量 17 纤维织物以外的纤维制品：光纤，电缆 4% 16 光与红外线路光纤传输系统 4% 16 耦合光导2端口连接：联结器导件终端至放射源/检测器 4% 16 4% 共轭纤维的物理特性 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 利用专利地图功能， 从专利文献的标题与 摘要提取技术主题 山峰表征某一特定 技术主题中聚集的相 应专利群 施引专利布局（基于专利地图） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 技术主题的中文释义 白色等高线的位置是专利最 集中的研究热点光纤连接器、 连接器 对专利地图进行IPC分类、时 间切片分析 施引专利布局（基于专利地图） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 IPC分类布局图： G02B（光学元件、系统或仪器）横跨多个主题， 在光纤连接器、外壳、覆层材料等主题上布局最为集 中 C03B（玻璃、矿物或渣棉的制造、成型；及辅助 工艺）在燃烧器、玻璃主题有较多分布 C03C（玻璃、釉或搪瓷釉的化学成分；玻璃的表 面处理；由玻璃、矿物或矿渣制成的纤维或细丝的表 面处理；玻璃与玻璃或与其他材料的接合）集中在分 解、反应主题 H04B（电通信技术：传输）、H04J（多路复用通 信）集中在光发射机主题 E21B（土层或岩石的钻进；从井中开采油、气、 水、可溶解或可熔化物质或矿物泥浆）集中在 钻孔、深孔主题 施引专利IPC分类布局 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 施引专利布局（时间切片） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 2.7 施引专利技术领域布局分析 通过专利地图时间切片的分析 可以了解不同时间段技术的演 变，专利布局的改变 2000年前的热点：光纤波导、 掺杂的；总线连接；分子的、 线轴的、熔融的；分解 2000年后的热点：外壳、电 缆线轴组件；钻孔、深孔 持续的热点：光纤连接器、 探测；光发射机；抗疲劳性； 燃烧器 施引专利布局（时间切片） 案例2：石墨烯技术专利分析 3 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.1 引言 采用原汤森路透集团的德温特创新索引（DII）专利数据库作为检索来源（DII收录来自世界40多个专利 机构的1千多万件基本发明专利，数据可回溯至1963年，并且所有的专利文献都以专利家族为单位进行组 织）使用TDA、Aureka、Thomson Innovation和Excel等分析工具 通过对专利技术的分析，以期客观展现全球石墨烯技术的整体发展态势、研发格局、技术分布和热点、 重点技术发展脉络等，为专家的定性判断提供科学数据和支撑依据 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.2 背景综述 石墨烯的理论研究始于1947年，迄今已有60多年的历史。但真正能够独立存在的二维石墨烯晶体则是 出现在2004年：英国曼彻斯特大学天文物理学教授Andre K. Geim领导的研究小组利用微机械剥离方 法首次证实了石墨烯的单独存在，并共同获得了2010年诺贝尔物理学奖。 自2004年发现以来，石墨烯不仅在理论科学上受到了极大关注，并且由于其特殊的结构和性能而在电 子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等诸多领域展现出巨大的应用潜能，引起了科学 界和产业界的高度关注。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向，以期在由石墨 烯引发的新一轮产业革命中占据主动和先机。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.3 石墨烯技术国际专利申请态势 石墨烯相关专利的申请在上世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申请数量才 开始出现实质性的大幅增长。特别是在安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫因对石墨烯的研究共同获得 2010年诺贝尔物理学奖以后，全球石墨烯专利申请数量开始急剧增长。 从石墨烯专利技术发明人及相关技术条目的年度变化情况来看，该领域每年都有大量新增发明人和新 技术条目出现。这也进一步证实石墨烯正在处于快速发展阶段。通过TI专利数据库进行检索，共检索到 石墨烯相关专利（族）17132件（检索时间2017年4月18日）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.3 石墨烯技术国际专利申请态势 2009年后，专利公开数 量才开始出现实质性的 大幅增长。 2010年诺贝 尔奖后，表明石墨烯相 关专利技术进入快速发 展轨道。 石墨烯专利公开数量的年度分布 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.4 石墨烯专利权人（申请人）分布TOP20 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.5 石墨烯专利优先权国家分布 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.5 石墨烯专利优先权国家分布 通过最早优先权国的分析，可以了解石墨烯专利技术的原创国。 图中是对石墨烯技术技专利文献的最早优先权国进行统计分析发现，中国处于技术原创国的首位，其 专利受理数量大幅领先于随后其他各国家/地区，占据了54.68%的份额；韩国、美国、日本紧随其后， 也是该项技术的主要技术原创国。 但是，韩国、美国和日本等的专利申请数量与中国有较大的差距。这是因为该领域目前处于产业化前 夕，需要政府的大力支持，中国政府在石墨烯技术领域的诸多专项支持极大推动了该国在石墨烯技术 领域的研发速度，为未来在行业内领先地位奠定了坚实的基础。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.6 石墨烯技术国际专利申请的技术布局 国际专利分类号（IPC）包含了专利的技术信息，通过对石墨烯相关专利进行基于IPC的统计分析，可以了解、 分析石墨烯专利主要涉及的技术领域和技术重点等。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.6 石墨烯技术国际专利申请的技术布局（篇幅有限，选取TOP8） IPC分类号 IPC类目含义 文献计数 百分比 C01B 31/04 石墨 5098 12.83% C08K 3/04 碳 3237 8.15% B82Y 30/00 用于材料或表面科学的纳米技术，例如 纳米复合材料 1962 4.94% 1777 4.47% C01B 31/02 碳的制备（使用超高压，如用于金刚石的生成入 B01J3/06；用晶体 生长法入C30B）；纯化 B82Y 40/00 制造或处理纳米结构 1530 3.85% H01M 4/62 在活性物质中非活性材料成分的选择，例如胶合剂、填料 1444 3.63% H01M 4/36 作为活性物质、活性体、活性液体的材料的选择 930 2.34% 摇椅式电池，即其两个电极均插入或嵌入有锂的电池；锂离子电池 763 1.92% H01M 10/0525 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.6 石墨烯专利的DWPI分类号布局 德温特分类是从应用性角度编制的，它将所有的技术领域分为三个大类，分别是：化学 （Chemical）、工程（Engineering）、电子电气（Electronic and Electrical）。 大类之下又分为部（section），总共有33个部，其中A-M为化学，P1-Q7工程，S-X电子电气。 本报告涉及的主要有B部（作业；运输）、C部（化学；冶金）H部（电学）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.6 石墨烯专利的DWPI分类号布局 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.6 石墨烯专利的DWPI分类号布局（篇幅有限，选取TOP7） DWPI分类 DWPI类目含义 文献计数 百分比 7575 15.25% 电导体，电阻器，磁体，电容器和开关，放电灯，半导体和其他材料， L03 电池，蓄电池和热电器件的有机化学特征，包括燃料电池，磁记录介质， 辐射发射装置， 液晶和基本电气元件。 E36 非金属元素，半金属（Se，Te，B，Si）及其化合物（E35除外） 6776 13.64% A85 电气应用 3526 7.10% X16 电化学储存（H01M）。 3195 6.43% U11 半导体材料与工艺（C30B H01L）。 2247 4.52% A97 杂项商品无其他规定包括造纸、唱片、洗涤剂、食品和石油井的应用。 1767 3.56% A14 其他取代的单烯烃聚合物，包括聚氯乙烯，聚四氟乙烯 1089 2.19% 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.7 石墨烯专利技术的专利地图 白色等高线的位置是专利最集中的研究热点，它们分别 是石墨制备（graphite manufacture）、包含结构 （contain structure）、负电极（electrode negative）、锂电池（battery lithium）、复合纤维 （composite fiber）、抗性混合（resistance mix）、 气相供给（supply vapor）和栅极晶体管（gate transistor）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.7 石墨烯专利技术的专利地图 涉及的关键词有：锂电池（battery lithium）、太阳能电池（cell solar）、复合纤维（composite fiber ） 、 连 接 产 物 （ connect production ） 、 包 含 结 构 （ contain structure ） 、 气 相 沉 积 （deposition vapor）、电极制造（electrode manufacture）、负电极（electrode negative）、 膜基板（film substrate）、薄膜（film thin）、栅极晶体管（gate transistor）、氧化石墨烯干燥 （ graphene oxide dry ） 、 石 墨 制 备 （ graphite manufacture ） 、 石 墨 钾 （ graphite potassium）、导热（heat thermal）、干燥时间（hour dry）、金属催化剂（metal catalyst）、 混合暴露（mix disclose）、碳纳米管（nanotube carbon nanotube）、图案化基板（pattern substrate）、聚合物复合材料（polymer composite）、量子点（quantum dot）、树脂复合材料 （resin composite）、抗性混合（resistance mix）、橡胶性能（rubber resistance）、搅拌时间 （stir hour）、基板（substrate draw）、气相供给（supply vapor）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.7 石墨烯专利技术的专利地图 可以看出，石墨烯专利的热点技术领域主要包括以下几个方面： （1）石墨烯制备，例如液相剥离、化学氧化和化学气相沉积； （2）石墨烯用作锂离子电池电极材料、超级电容器材料、太阳能电池电极材料等； （3）石墨烯用于制备薄膜晶体管、光电器件、透明导电薄膜等半导体器件； （4）石墨烯用于复合材料材料，例如导电/导热材料、复合纤维/碳纤维等； （5）石墨烯功能薄膜等。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利技术2013-2015年和2016年至今的分布图 2015年后的热点 持续的热点 石墨烯专利技术总体研发布局（ 2013-2015年、2016年至今） 红点是2016年至今的最新热点，绿点是2013-2015年的研究热 点 分析可得，持续的热点有：金属催化剂、气相沉积、栅极晶体 管、包含结构（contain structure）、石墨制备和石墨钾。近两 年的最新热点是气相供给、抗性混合和锂电池。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利技术总体研发布局的主要国家对比图 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利技术总体研发布局的主要国家对比图 红点是中国的研究热点，绿点是韩国的研究热点。 分析可得，中国的研究热点非常广泛，除了气相供给（supply vapor）之外，几乎遍布了石墨烯的 所有研究热点。 而韩国的研究热点主要是气相供给（supply vapor）、包含结构（contain structure）、石墨制 备（graphite manufacture）和太阳能电池（cell solar）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利基于专利地图的IPC（4个字符）分类布局图 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利基于专利地图的IPC（4个字符）分类布局图 红色的点代表C01B（非金属元素；其化合物），在主题词：气相供给（supply vapor）、气相沉积（deposition vapor）、金属催化剂（metal catalyst）、石墨制备（graphite manufacture）和石墨钾（graphite potassium）中 涉及较多。 绿色的点代表C08K（使用无机物或非高分子有机物作为配料），在主题词：干燥时间（hour dry）、聚合物 复合材料（polymer composite）、抗性混合（resistance mix）、树脂复合材料（resin composite）和橡胶性能 （rubber resistance）中涉及较多。 黄色的点代表H01M（用于直接转变化学能为电能的方法或装置，例如电池组），在主题词：锂电池（battery lithium）和负电极（electrode negative）中涉及较多。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利基于专利地图的IPC（4个字符）分类布局图 湖蓝色的点代表B82Y（具体使用或应用纳米结构；纳米结构的测量或分析；纳米结构的制造或处理），在 主 题 词 ： 电 极 制 造 （ electrode manufacture ） 、 包 含 结 构 （ contain structure ） 和 氧 化 石 墨 烯 干 燥 （graphene oxide dry）中涉及较多。 深蓝色的点代表C08L（高分子化合物的组合物），在主题词：聚合物复合材料（polymer composite）、 抗性混合（resistance mix）、树脂复合材料（resin composite）和橡胶性能（rubber resistance）中涉 及较多。 而白色的点表示以上5个IPC（4个字符）分类之间两两及以上所共有的。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利技术主要专利权人TOP6布局图 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 石墨烯专利技术主要专利权人TOP6布局图 从专利权人看，排在前面的专利权人不仅专利数量大，而且研究具有持续性，在某个热点都形成了一定规模。 Lee Youn Tek的专利热点主要集中在气相供给（supply vapor）； 韩国三星公司和IBM公司的专利热点主要集中在栅极晶体管 （gate transistor）、图案化基板（pattern substrate）； OCEANS KING LIGHTING SCIENCE公司的专利热点主要集中在石墨制备（graphite manufacture）、氧化 石墨烯干燥（graphene oxide dry）、和负电极（electrode negative）； 浙江大学的专利热点主要集中在锂电池（battery lithium）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.8 石墨烯重点专利技术追踪分析 通过对从TI数据库中检索到的17132件专利的统计分析，综合考虑被引次 数、申请保护区域、是否为PCT申请或三方专利以及对标题和摘要信息的 判读，从中选取了一件专利技术，利用Thomson Innovation的引证分析 功能，对它们进行技术追踪分析，揭示它们的技术发展脉络和演进方向 （基于Thomson Innovation的数据，检索时间为2017年4月18日）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.8 石墨烯重点专利技术追踪分析 US2009110627-A1（Graphene sheet and method of preparing the same）是韩国三星公司于2008 年7月8日申请的一件专利，已于2011年8月2日取得USPTO的授权（US7988941-B2）。该专利还在中国 （CN101423209-A）。韩国（KR2009043418-A 、日本（JP2009107921-A）、德国（EP2055673-A1） 申请了保护。 该专利技术主要是关于化学气象沉积（CVD）制备大尺寸石墨烯的方法。该专利技术方案如下：首先将沉积一 层催化剂金属膜（镍、铜、钴、铁等）的硅基底放置在一个腔室中，然后通入一氧化碳、乙烯或乙炔等气体， 在热处理条件下催化剂表面会生长石墨烯片，自然冷却后，将该基板在盐酸中浸渍除去催化剂膜从而将石墨烯 片与基片分离开。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于专利申请人） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于专利申请人） US2009110627-A1的被引用情况（基于专利申请人） 可以看出，该专利引用了加利福尼亚大学、佳能公司等机构的7件在先专 利，同时被日本半导体能源实验室、三星公司、庆熙大学、成均馆大学、 德克萨斯大学、加利福尼亚大学等机构的126件专利引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于IPC分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于IPC分类） US2009110627-A1的被引用情况（基于IPC分类） 可以看出该专利除了在本身的IPC分类C01B 31/02（碳的制备（使用超高 压，如用于金刚石的生成入 B01J3/06；用晶体生长法入C30B）；纯化） 有较高的被引之外，在C01B 31/04（石墨）、H01L 21/02（半导体器件或 其部件的制造或处理）等也有较高引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于DWPI分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的被引用情况（基于DWPI分类） US2009110627-A1的被引用情况（基于DWPI分类） 可以看出该专利出来在本身的DWPI分类P73（分层产品）有较高的被引 之外，在X15（非化石燃料发电系统）、X16（电化学储存）和U11（半 导体材料与工艺）等也有较高引用 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 3.9 技术演进分析 上文是对该专利的技术追踪分析，提到三星、庆熙大学等机构围绕该专利 进行了大量的外围专利申请，技术方案主要涉及化学气相沉积制备石墨烯、 太阳能电池、导电薄膜、光电子器件、晶体管等。 下面对该专利的三代被引进行技术演进的分析图22是US2009110627-A1的 三代前引情况（基于专利申请号）。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况情况（基于专利申请人） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况情况（基于专利申请人） US2009110627-A1的三代前引情况（基于专利申请号） 可以看出，在这三代被引情况，除了一代前引的被引：日本半导体能源实 验室、三星公司、庆熙大学、成均馆大学、德克萨斯大学、加利福尼亚大 学等机构之外，引用情况更加扩大，被IBM公司、京东方科技集团、清华 大学和东南大学等机构间接引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况（基于IPC分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况（基于IPC分类） US2009110627-A1的三代被引用情况（基于IPC分类） 可以看出该专利出来在本身的IPC分类C01B 31/04（石墨）的被引占比显 著提高，同时在被引范围也进一步扩大，在C23C 16/26（仅沉积碳）、 H01L 19/26（除掺杂材料或其他杂质外，只包括以游离态存在的周期系中 第Ⅳ族元素的）和H01L 29/786（薄膜晶体管）等也有较高引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况（基于DWPI分类） 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 US2009110627-A1的三代被引用情况（基于DWPI分类） 可以看出该专利出来在本身的DWPI分类P73（分层产品）被引并不突出，但却 衍生出更多研究分支，特别在U11（半导体材料与工艺）、E36（非金属元素， 半金属（Se，Te，B，Si）及其化合物（E35除外））、U12（分立器件）、X16 （电化学储存）、X15（非化石燃料发电系统）、L03（电导体，电阻器，磁体， 电容器和开关，放电灯，半导体和其他材料，电池，蓄电池和热电器件的有机 化学特征，包括燃料电池，磁记录介质，辐射发射装置，液晶和基本电气元 件。）和M13（与金属、扩散过程的涂料、搪瓷和玻璃涂层包括金属液或溶液、 喷涂、胶结、阴极溅射、上釉和无油润滑涂层，但涂层的半导体生产）等有较 高引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 小结 基于DII专利数据，对石墨烯技术整体专利态势进行了分析。可以看出：石墨烯相 关专利的申请在上世纪末就已出现，但随后发展较为缓慢。直到2008年后，专利申 请数量才开始出现实质性的大幅增长。特别是在2010年诺贝尔物理学奖以后，全球 石墨烯专利公开数量开始急剧增长。从石墨烯专利技术发明人及相关技术条目的年 度变化情况来看，该领域每年都有大量新增发明人和新技术条目出现。这也进一步 证实石墨烯正在处于快速发展阶段。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 小结 从基于国际专利分类号和文本聚类的分析来看，目前石墨烯专利技术的热点主 要集中在： （1）石墨烯制备，例如液相剥离、化学氧化和化学气相沉积； （2）石墨烯用作锂离子电池电极材料、超级电容器材料、太阳能电池电极材 料等； （3）石墨烯用于制备薄膜晶体管、光电器件、透明导电薄膜等半导体器件； （4）石墨烯用于复合材料材料，例如导电/导热材料、复合纤维/碳纤维等； （5）石墨烯功能薄膜等。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 小结 通过选取了一件专利技术（US2009110627-A1），利用Thomson Innovation的 引证分析功能，对它们进行技术追踪分析，揭示它们的技术发展脉络和演进方 向。 在技术追踪分析中，发现该专利被日本半导体能源实验室、三星公司、庆熙大 学、成均馆大学、德克萨斯大学、加利福尼亚大学等机构的126件专利引用， 并在IPC分类：C01B 31/02、C01B 31/04和H01L 21/02等有较高引用，同时在 DWPI分类：P73、X15、、X16和U1等也有较高引用。 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 小结 在技术演进分析中，该专利衍生的间接引用范围更加扩大。在三代被引情况中， 除了原先的被引，还被IBM公司、京东方科技集团、清华大学和东南大学等机 构间接引用，并在IPC分类： C23C 16/26、H01L 19/26和H01L 29/786等也有较 高引用，同时在DWPI分类： U11、E36、U12、L03和M13等有较高引用。 后续展望 4 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 4.1 突变词的分析 Burst detection 突变词 检测，即一个变量的值在 短期内有很大变化。可选 择施引文献单词或短语的 频次作为研究变量 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 4.2基于引文编年图的技术发展脉络分析 HistCite是2003年由Garfiel博士开发的引文历史可视化分析工具，它通过 把文献间的引用关系按年代顺序生成引文编年图表的方式，来实现知识领 域的分析功能。系统的数据要求来自Web of Knowledge，主要以时序网 络以及图表的形式显示作者、期刊、主题词等之间的内部关联，并完成各 类结果的统计功能 颠覆性技术案例研究：基于文献、专利计量分析 选择LCS（本地引用数，即数据集 中文献间的相互引用次数）值大于3次 的文献作引文时序图 文献通过相互引用的关系，形成了 复杂的引文网络。网络节点的大小代 表了文献本地引用数LCS的大小 形成了较为系统的网络， 包含3个 局部网络（图中标记为A、B、C）， 代表了相关领域的三个主要研究方向， 引文网络所反映的研究主体的研究脉 络发展 感谢倾听，请批评指正！