传感器技术是现代信息技术的三大支柱之一，美国、日本等国高度重视传感器技术。由于具有优良的电学、光学、热学、化学和机械等特性，石墨烯在高灵敏度、微尺寸、高效率检测等方面具有独特的优势，甚至比传统的传感器更加便宜。

　　2015年9月，新加坡国立大学(NUS)开发出石墨烯基磁传感器，该传感器比传统传感器灵敏200多倍，且在室温至127℃范围内，温度对其影响非常小。2016年，英国、日本共同研究的石墨烯传感器，能以30ppb（亿分之一）的极高精度检测出室内二氧化碳分子和挥发性的有机化合物气体分子，而现有环境传感器对此类气体的检测灵敏度仅为百万分之一。

　　石墨烯传感器有许多分类方法，本研究将中国知识产权局网站中的石墨烯传感器专利技术按被测量来划分，主要分为力学量、热学量、光学量、磁学量、电学量、声学量、化学量、生理量、生物量、几何量、核学量、电磁量以及石墨烯传感器应用、石墨烯传感器的采集、校正、检测等技术类别，其中单独将生理量从生物量中分开，主要是研究石墨烯传感器在医疗方面的具体应用技术。

　　中国石墨烯传感器专利技术发展趋势

　　石墨烯传感器申请/公开趋势（图1）表明，石墨烯传感器相关中国专利最早始于2009年。随着石墨烯相关技术的不断突破，石墨烯传感器技术呈现直线增长的趋势，尤其是2015年，申请量/公开量高达375件/425件（由于中国专利公开时限要求，本文分析的有效数据截至2015年底，之后数据仅供参考，下同）。

　　石墨烯传感器各类申请人申请的专利情况见图2。其中高校和科研院所申请的相关专利占比高达86%，而工矿企业的相关专利申请量仅占9%，机关团体、个人等申请的专利量更低，约占5%。

　　中国石墨烯传感器专利技术

　　按照前文的分类，各类石墨烯传感器专利技术布局见图3（图中数字为相应类别的专利数量，因一件专利可能对应两种或多种分类，因此专利数量大于专利总数，下同）。中国石墨烯传感器专利技术主要集中在对生物量、化学量的检测及在各个领域的应用方面，而在光学量、力学量、热学量、生理量等方面的石墨烯传感器专利技术相对较弱，在几何量、磁学量、核学量等方面，石墨烯传感器专利技术则更少。

　　生物量石墨烯传感器技术涉及的检测目标共计70余类，其中专利数量超过4件的有16类（图4）。各类研究机构重点对DNA（39件）、葡萄糖（32）、酶（31件）、多巴胺（28件）等方面的石墨烯传感器技术进行了研发，其次关注的是抗体、抗原、蛋白质等石墨烯传感器技术，而对RNA、碱基、L半胱氨酸、抗坏血酸、嘌呤-尿酸、核苷酸、环境雌激素、细胞、黄曲霉毒素的石墨烯传感检测技术则相对较弱。

　　化学量石墨烯传感技术的检测目标共计90余类，其中专利数量超过4件的有12类（图5）。气体石墨烯传感器技术是竞争热点，涉及专利101件；其次为离子石墨烯传感器技术，共计65件专利；湿度及过氧化氢石墨烯传感器技术紧跟其后。

　　气体石墨烯传感器技术中，涉及氨气检测的技术14项，氮氧化物、一氧化碳、甲醛等检测技术均为6项，其他还有4项苯检测技术以及3项氢气检测技术。离子石墨烯传感器技术中，未明确具体离子的重金属离子石墨烯传感检测技术共11项，铅传感检测技术10项，汞传感检测技术9项，铬、铜传感检测技术均为5项，碘、镉、银等传感检测技术均为2项。

　　在338项的石墨烯传感器技术应用方面，能够应用到石墨烯传感器的基础技术涉及208项。石墨烯传感器在医疗方面的应用技术共52项，对农药残留的检测技术有34项，另外还有对有毒有害物质、兽药、抗菌剂、炸药HMX、电容屏、运动、防疲劳驾驶等方面的传感检测技术。

　　光学量石墨烯传感器技术共139项，其中对红外光传感检测的技术有26项，对紫外光传感检测的技术共19项，而对太赫兹检测的技术为13项，对其它诸如色谱、可见光、折射、照度等的传感检测技术均低于10项；未明确具体传感检测对象的光电石墨烯传感器技术有52项（图6）。

　　力学量石墨烯传感器技术主要有石墨烯压力传感器技术（44项）、石墨烯传加速度感器技术（9项）、石墨烯流量传感器技术（6项）、石墨烯流体传感器技术（2项）以及1项石墨烯密度传感器技术（图7）。

　　热学量石墨烯传感器技术比较单一，主要为28项的温度传感技术和1项热辐射传感检测技术。

　　生理量石墨烯传感器技术主要体现在临床医疗方面，共24项技术，其中10项技术为脉搏传感技术，6项为眼压检测技术，4项血糖测定技术，2项生物电信号探测技术以及血栓、皮肤检测技术各1项。

　　几何量石墨烯传感器技术具体包括2项位置探测技术、2项长度检测技术和1项位移甄别技术。

　　磁学量石墨烯传感器技术为5项磁场强度的传感检测技术。

　　核学量石墨烯传感器技术包括核辐射传感技术2项，单原子及原子力传感检测技术各1项。

　　声学量石墨烯传感器技术为声压、声波传感检测技术，各1项。

　　电学量石墨烯传感器技术为2项电流传感测量技术。电磁量石墨烯传感器技术为1项霍尔效应传感测量技术。

　　另外，石墨烯传感器技术还涉及2项石墨烯传感器自动校正技术、1项石墨烯传感器电阻率测量技术，1项石墨烯传感器数据采集技术。

　　小结

　　目前，中国石墨烯传感器专利技术呈现直线增长态势，总体处于技术萌芽期。中国石墨烯传感器专利主要技术发展方向集中在对生物量、化学量的传感检测及在各个领域的应用方面，光学量、力学量、热学量、生理量等方面的石墨烯传感器专利技术相对较弱，几何量、磁学量、核学量等方面的石墨烯传感器专利技术则更少。

　　作者单位：青岛市科学技术信息研究院