9月8日，中國科學院文獻情報中心和美國化學文摘社（Chemical Abstracts Service）聯合發布了《全球科技趨勢報告：石墨烯研發態勢監測分析報告》中英文報告。

 

報告分別從石墨烯科研產出的發展趨勢、研究主題布局、主題演進方向、國家地區分布、潛在競爭機構等，深度揭示全球石墨烯研發的主題布局及研發動向，并通過專家訪談，探討了石墨烯的發展前景和未來面臨的挑戰。

 

報告認為：石墨烯的基礎研究與技術應用在快速發展之中，全球石墨烯研發競爭日趨激烈，中國、美國、韓國、日本等主要的技術原創國家已逐漸形成技術優勢和競爭格局。

 

石墨烯技術從基礎研究逐漸向應用研發拓展，未來將在能源、生物、電子學等多個應用領域快速發展。

 

石墨烯整體研發趨勢：論文及專利產出數量快速增長

 

全球共發表了7萬余篇石墨烯相關的論文，2萬余件石墨烯專利，2010年后石墨烯研發進入快速發展的活躍期。全球50%以上的石墨烯研究論文及專利主要集中在2014年至2016年。

 

近三年以來，論文發表及專利申請仍然保持上升的態勢，石墨烯的基礎研究與技術應用仍在快速發展之中（圖1）。

 

圖1 石墨烯相關專利和論文數量年度趨勢對比

 

全球石墨烯競爭格局：中國、美國、韓國、日本已形成技術優勢

 

論文產出的前五位國家為中國（不含港澳臺地區）、美國、韓國、日本和印度論文總量占全球論文總量的64.3%，專利申請量前五位國家為中國、韓國、美國、日本和德國，五國專利總量占全球專利總量的90%以上。

 

中國、美國、韓國、日本等國家角逐石墨烯前沿應用技術，美國和日本發表相關論文及申請專利較早，中國論文和專利產出量已領跑全球。

 

圖2 國家/地區分布

 

主要國家地區專利技術流向：美國、中國等成為主要的海外布局

 

從五個主要石墨烯專利來源國之間的專利申請流向上看，石墨烯專利流向美國、中國居多。中國專利申請量雖然高，但在韓國、日本、美國、德國僅有2.3%的專利布局；而韓國、美國、日本、德國在其他四個主要專利來源國分別有27.8%、24.8%、32.3%、45.3%的專利布局。相對而言，中國專利在其他國家的布局較為薄弱。

 

圖3 主要國家地區技術流向

 

全球石墨烯研究領域分布：電化學等領域比重加大

 

石墨烯的研究論文和專利主要分布在電現象、電化學、放射及熱能技術、光學、電子、質譜和其他相關屬性、表面化學和膠體、硅酸鹽等領域。

 

近來年，石墨烯的研發在電化學、放射及熱能技術領域，光學、電子、質譜和其他相關屬性領域，生物化學方法，塑料生產與加工，電化學等領域的研究比重逐年增大。

 

圖4 全球石墨烯研究領域發展趨勢

 

石墨烯涉及物質的性能用途：應用研究比重最大

 

全球石墨烯涉及物質的性能用途分布，39.9%的物質為應用研究（USES），包含技術工程材料（TEM，Technical or Engineered Material Use）、改性劑或添加劑（MOA，Modifier or Additive Use）、催化劑（CAT，Catalyst Use）及其他應用（NUU，Other Use, Unclassified）等。

 

圖5 全球石墨烯研究文獻中涉及物質的主要性能及用途分布

 

全球石墨烯研發主題布局：從基礎研究向應用研究拓展

 

當前石墨烯材料和應用技術形成了相對固定的領域布局，主要分布在電學性能研究、石墨烯復合材料、材料性能與制備、聚合物、傳感器、半導體器件、電池、電容器等領域。

 

圖6 全球石墨烯研究熱點主題分布

 

前景、機遇與挑戰

 

報告指出，石墨烯在二次電池、超級電容器等儲能器件領域已經引起學術界特別是產業界越來越多的關注，部分含有石墨烯的產品已經處于試用階段。

 

石墨烯作為電極材料的組成部分在太陽能電池、燃料電池等領域也引起廣泛的關注，相關研究正在從基礎研究逐漸向應用研發拓展。

 

此外，石墨烯作為導熱、散熱材料在熱管理領域也有良好的應用前景。尤其吸引人的是石墨烯在柔性能源器件中的應用將有可能凸顯石墨烯自身的結構與性能優勢，為未來柔性能源器件提供材料支撐。從技術突破角度，石墨烯電極材料的研發為本領域未來的研究重點方向。

 

未來石墨烯在生物應用領域，石墨烯傳感材料及器件的研發逐漸引起學術界與產業界的高度重視，尤其基于石墨烯材料的生物傳感器用于生物檢測、生理監測、疾病診斷、環境及食品檢測等領域的應用潛力進入研究視野。

 

未來在電子學應用領域，基于石墨烯的集成電路與半導體器件將給現有的半導體工業注入新的活力，提高給社會更多的高技術產品與想象空間。