摘要：本研究利用专利计量的方法，分析了2010~2019年共计十年间纳米科技专利申请和专利产出的基本情况。通过专家进一步研讨凝练共识、以定性和定量相结合的方式，全景扫描纳米专利技术潜在的热点领域和应用前景，建立了一种以共识形成为核心的纳米科技与产业路线图技术预见模型，研判纳米科技与产业的发展态势，旨在为纳米科技工作者、政府科技管理部门以及纳米企业界提供参考。

　　关键词：纳米科技；纳米产业；专利计量；共识形成

　　中图分类号：G311

　　基金项目：中国科学院科技战略咨询研究院院长青年基金（Y8X1261Q01），中国科学院科技战略咨询研究院自主部署课题（E0X0871503）*

　　通讯作者：huzhigang@dlut.edu.cn 

　　纳米科技是指在纳米尺度上（0.1-100纳米之间）研究物质的特性和相互作用规律，以及利用这些特性的多学科交叉融合的科学和技术，目前纳米科学与技术已被公认为是发展最快的前沿研究领域之一^[1]。过去的三十年间，是纳米科学与技术蓬勃发展的历史时期，并且已经充分展示了当物体的尺寸缩小到纳米级别时（尺度小于100纳米以下）产生的一系列新奇的物理、化学甚至生物性质，例如：量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等^[2]，使得纳米科学与技术成果在工业催化、微纳加工、信息、环境、能源、医药、材料、诊疗甚至有机生物活性等领域的应用十分广泛^[3]。

　　纳米科学技术作为一种使能技术，本身具有“纳米+”辐射带动效应，其发展将对传统产业的升级改造带来变革性影响，并形成一系列基于纳米技术的战略性新兴产业。当前在国际贸易摩擦频繁的复杂形势下，我国纳米科技与产业的发展面临诸多不确定因素与风险，为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要深入研究作为底层共性技术之一的纳米科学技术的发展态势，以创新驱动发展战略为指导、瞄准主攻方向，在纳米科学技术领域和产业领域抢占世界科技、经济、产业的制高点和增长点，并辐射带动相关科技领域和产业领域的发展。因此，本研究从专利计量分析的角度，呈现过去十年纳米科技与产业发展的基本现状与规律态势，并结合专家研判提出未来一段时间我国重点关注和优先发展的研究领域。

　　1纳米技术专利数据来源和检索方法

　　本研究采用德温特专利数据库的数据作为检索的专利数据来源，根据国际专利分类号（IPC）文件中查找纳米技术领域相关的专利号，并参考Bj？rnJürgens关于纳米技术专利的检索方法确定最终的检索方案^[4]。检索式为“IP=(B82B* OR B82Y* OR C01B-032/15 OR C01B-032/158 OR C01B-032/18 OR H01F-010/32 OR H01F-041/30 OR H01G-011/36 OR A61K-009/51 OR G01Q* OR G02F-001/017 OR H01L-029/775)”，检索的时间范围为2010~2019年共计10年间，初步得到69092件专利数据，剔除掉7000件最先申请年早于2010年的专利数据，最终得到62072条纳米技术专利数据。通过对纳米技术相关专利的国际专利分类号进行统计分析，能够可视化呈现纳米技术研究和应用的整体分布情况，并可对其热点、重点领域进行宏观把握。

　　2结果与分析

　　2.1纳米技术专利产出分析

　　2.1.1国际纳米专利申请基本现状分析

　　首先，我们发现2010~2019年全球范围内纳米科技领域的专利申请总量随时间分布的变化趋势并不明显，近十年间国际年专利申请量平均为6507件左右，这表明纳米科技正处于技术成熟的稳定时期（如图1所示）。我们国家近十年纳米技术专利的申请量方面，研究发现年专利申请量呈现稳步上升趋势，从2010年的1944件/年到2018年的5435件/年（如图2所示），说明中国的纳米科技领域仍然处在蓬勃发展的时期。另外，需要补充的是，在数据来源与检索结果方面，由于专利从申请到公开一般有18个月的滞后期，且本研究的检索数据来源截止在2020年3月，因此2019年数据大幅小于实际数据。

　　通过对专利号中的专利家族分析，进一步了解纳米科技专利在哪些国家/地区得到了保护和发展。图3为近十年纳米领域专利家族的国家/地区分布情况。中国是纳米技术专利申请第一大国，申请量远远超过专利量第二的美国。除中国、美国之外，通过世界知识产权组织的途径申请的专利也占有很大比重，欧洲专利局也是主要的专利技术保护地之一。

　　2.1.2专利国家/地区分析

　　专利的最早优先权国家/地区代表专利的技术来源，通过对纳米领域Top10的最早优先权国家/地区统计分析，得到如下图表。图4中展示了纳米领域技术起源国家/地区中，中国的原创专利数量居世界第一，占世界专利总量的百分比为45.29%；美国位于第二，占世界专利总量的17.57%；韩国、日本、俄罗斯也是纳米领域主要的技术来源国，但是在表1中可以看到它们的专利数量和中国、美国相比尚存在很大差距。

　　2.2纳米专利技术应用领域分析

　　2.2.1纳米专利主题聚类分析

　　本文从全部62072条专利数据中提取出现频次较高的（大于200次）IPC号进行聚类分析，以期进一步了解纳米技术应用的整体分布情况。利用VOSviewer聚类的结果见图5，图中各IPC号对应的圆点的大小代表其出现的频次多少，而圆点之间的连线粗细则代表了IPC号之间共现的程度强弱，各聚类纵向由下到上按时间序列排列。对照各个IPC号所对应研究内容的描述，可将各个聚类的主题分别定为“环境纳米材料与技术”、“纳米信息材料与器件”、“纳米制备与加工技术”、“纳米表征与标准”、“纳米生物医药”、“能源纳米材料与技术”。这六个主题是目前纳米技术的主要研究和潜在应用领域。

　　“环境纳米材料与技术”领域包括B22F（粉末或其悬浮物）、C09D（油墨）等；“纳米信息材料与器件”领域主要包括H01L（半导体）、B82Y-020（纳米光学）等；“纳米制备与加工技术”领域主要包括B82Y-040（纳米结构的制造）、B82B（纳米薄膜）、C01（纳米材料）等；“纳米表征与标准”领域主要包括G01N（材料测试或分析）、G01Q（纳米探针）、“纳米生物医药”领域主要包括A61K（医用医药品）、B82Y-005（纳米医药）；“能源纳米材料与技术”主要包括H01M（电极）、H01G（混合电容器）等。

　　2.2.2代表性国家/地区专利热点分析

　　图6为中国、美国、韩国、日本、俄罗斯、欧洲专利局公开专利的研究热点图。中国主要的两个专利主题是“用于材料和表面科学的纳米技术如纳米复合材料”和“纳米结构的制造或处理”，由于中国的专利量基数很大，在这两个主题领域的专利量远超其他主题的专利量，导致图中布局更聚焦于两个热点；而美国在纳米复合材料、加工制备和纳米生物医学方向等多个方向均有所涉及，热点主题分布均匀，一些小的领域也保持着一定的研究热度。中国、韩国、俄罗斯热点分布情况相近，都是聚焦于3~4个最为主要的研究热点；美国、世界产权组织、欧洲专利局的热点分布类似，专利相关的主题较为均匀。其他如法国、德国、英国等欧洲国家的专利主题热点分布也同欧专局的热点分布情况相似。

　　2.3纳米技术专利权人分布

　　图7给出了纳米技术专利持有数量前50名的专利权人，其中包括了49家机构和1个个体（来自俄罗斯）。从专利数量来看，清华大学持有的纳米技术专利数量最多，达1174件，三星电子、IBM、鸿海精密、浙江大学紧跟其后。

　　从地域分布来看，进入前50名的专利权人中，中国大陆占据了32个席位（依次为清华大学、浙江大学、鸿富锦精密工业（深圳）有限公司、天津大学、陕西科技大学、暨南大学、吉林大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、北京化工大学、江苏大学、东南大学、武汉理工大学、华南理工大学、东华大学、复旦大学、上海大学、中南大学、国家纳米科学中心、厦门大学、北京大学、苏州大学、同济大学、福州大学、中国科学院大连化学物理研究所、山东大学、南京大学、大连理工大学、华中科技大学、中国科学院合肥物质科学研究院、北京科技大学、江南大学），韩国占据5席（三星电子、韩国科学技术院、LG化学有限公司、韩国延世大学、韩国高丽大学），美国（IBM、加州大学系统、英特尔、麻省理工学院）和日本（东芝存储器株式会社、富士胶片、佳能株式会社、日本国家先进工业科学技术研究所）各占据4席，中国台湾（鸿海精密工业股份有限公司、台湾积体电路制造股份有限公司）和法国（法国国家科学研究中心、法国原子能和替代能源委员会）各占据2席，此外还有一个来自俄罗斯的个人（KROLEVETSAA）。

　　从专利权人的类型来看，高校和科研机构占据了39席，企业占据了10席，个人占据1席。中国大陆和法国的专利权人主要来自高校和科研机构，而中国台湾和日本则主要来自企业，这表明在不同的国家/地区，其纳米专利的产出来源具有较大的差异。

　　2.4纳米科技与产业路线图技术预见模型

　　本研究采用技术预见的方法论成果，针对纳米科技与产业未来发展的方向路径和技术路线开展预见和研判。在此过程当中，如何形成共识是本研究的主要内容和目标之一。因此，如何使不同利益相关者就技术预见的方法、内容及其他方面达成一致性，即取得共识具有重要意义。

　　就纳米科技与产业未来发展的方向路径方面，除了技术预见驱动力，即纳米科技发展自身的内在逻辑、国内外纳米科技发展趋势和国家的战略需求之外，其共识的主体应当包括中科技部、基金委等决策部门、科学共同体、市场与企业、社会环境与社会公众等，使之参与到共识形成的过程中，通过德尔菲法、科学计量、情景分析、社会调查和共识会议等多种方式，就纳米科技的前沿热点方向、未来发展趋势、未来优先条件、社会偏好、执行的路径方案以及宣传和推广方式达成共识，最终形成纳米科技与产业技术路线图。

　　为此，本研究尝试构建了一种优化整合的技术预见模型，强调专家智慧须建立在科学的定量数据基础之上，以共识形成为基础的“科学计量学-德尔菲法-社会语境分析”多种技术预见方法相结合的方式，辅助纳米科技与产业未来发展的方向路径和技术路线的研判，即建立了一个以共识形成为核心的纳米科技与产业路线图技术预见模型，如图8所示。

　　基于该技术预见模型，我们针对纳米科技与产业路线图开展研究和研判工作，未来一段时期内纳米科技与产业方向为：纳米新材料、微纳加工制造、纳米器件、纳米能源、纳米环境与健康，详细结果如图9所示。

　　3结论与启示

　　3.1主要结论

　　本研究借助专利计量的方法，研究了2009~2019年间全球纳米科技专利申请和专利产出的基本状况，主要发现：

　　1）全球范围内纳米科技领域的专利申请总量随时间分布的变化趋势并不明显，近十年间国际年专利申请量平均为6507件左右；而我们国家近十年纳米技术专利的申请量方面，研究发现年专利申请量呈现稳步上升趋势，不论在申请总量还是最早优先权国家/地区代表专利的技术来源方面，我们国家都高居世界第一，说明中国的纳米科技领域仍然处在较快发展的时期。

　　2）纳米专利主题聚类研究发现，“环境纳米材料与技术”、“纳米信息材料与器件”、“纳米制备与加工技术”、“纳米表征与标准”、“纳米生物医药”、“能源纳米材料与技术”，六个主题是目前纳米科技的主要研究和潜在应用领域。

　　3）中国主要的两个专利热点主题是“用于材料和表面科学的纳米技术如纳米复合材料”和“纳米结构的制造或处理”；而美国在纳米复合材料、加工制备和纳米生物医学方向等多个方向均有所涉及，专利热点主题分布比较均匀。

　　4）纳米技术专利权人研究发现，在专利持有数量前50名的专利权人中，高校和科研机构占据了39席，企业占据了10席，个人占据1席；我国清华大学持有的纳米技术专利数量最多，达1174件，其次是三星电子、IBM、鸿海精密、浙江大学。

　　3.2几点启示

　　综合专利计量研究的结果和近些年我国纳米科技产业发展基本现状^[5]，结合本研究提出的技术预见模型和专家研讨，归纳并研判了我国纳米科技与产业未来一段时间优先发展的重点方向和产业领域，仅供参考：

　　1）纳米新材料：石墨烯材料、纳米催化材料、其他功能纳米材料（具有特定光、电、磁、热、力等性能的纳米材料）等。

　　2）微纳加工制造：纳米绿色印刷、纳米印刷电子、其他微纳加工制造技术（微纳3D打印、纳米自组装、纳米压印、激光直写等）。

　　3）纳米器件：碳纳米管集成电路、N/MEMS器件、其他纳米器件（纳米存储器件、有机发光二极管器件、量子点发光二极管器件等）。

　　4）纳米能源：纳米发电技术和纳米储能技术。

　　5）纳米环境与健康：纳米载体与制剂技术、纳米诊断与检测技术、纳米医学材料技术、纳米生物学技术、纳米水处理与空气净化技术等。

　　参考文献

　　[1]刘忍肖，高洁，葛广路.我国纳米标准样品研究进展[J].中国标准化，2012（10）：80-84.

　　[2]严玉鹏，唐亚东，万彪，等.颗粒尺寸对纳米氧化物环境行为的影响[J].环境科学，2018，39（06）：2982-2990.

　　[3]郝泽芃.纳米材料及其技术的应用前景探讨[J].科技经济导刊，2018，26（32）：66.

　　[4]Bj？rn Jürgens, Herrero-Solana V.Monitoring nanotechnology using patent classifications: an overview and comparison of nanotechnology classification schemes[J].J Nanopart Res,2017（19）：151.

　　[5]张超星，边文越，王海名，等.世界主要国家纳米科技发展前瞻/部署分析研究[J].政策与管理研究，2017（32）：1142-1149.

　　Research on the Development Trend of Nanotechnology Industry-Based on Patent Metrology Analysis and Consensus Formation

　　JiaoJian1，HuZhigang2*

　　(1.Institutes of Scienceand Development, Chinese Academy of Sciences,Beijing100190;

　　2.Institute of Science of Science and Science and Technology Management,Dalian University of Technology, Dalian 116024)

　　Abstract: The study used the method of patentmet rology to analyze the basic situation of nanotechnology patent applications and patent output in 2009-2018. Through qualitative and quantitative methods, the potential hotspots and application prospects of nano patent technology were further discuss by experts. And we also established a nanotechnology and industry roadmap technology foresight model with consensus formation, and we studied the development of nanotechnology and industry, aimed to provide a reference for nanotechnology workers, government science management departments and the nano-enterprise community.

　　Keywords:Nanotechnology; Nano-industry; Patent Metrology;Consensus Formation

　　（中国科学院科技战略咨询研究院，北京1001901；大连理工大学科学学与科技管理研究所，大连116024）