9月8日，中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心和美國化學(xué)文摘社（Chemical Abstracts Service）聯(lián)合發(fā)布了《全球科技趨勢報告：石墨烯研發(fā)態(tài)勢監(jiān)測分析報告》中英文報告。

 

報告分別從石墨烯科研產(chǎn)出的發(fā)展趨勢、研究主題布局、主題演進(jìn)方向、國家地區(qū)分布、潛在競爭機(jī)構(gòu)等，深度揭示全球石墨烯研發(fā)的主題布局及研發(fā)動向，并通過專家訪談，探討了石墨烯的發(fā)展前景和未來面臨的挑戰(zhàn)。

 

報告認(rèn)為：石墨烯的基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用在快速發(fā)展之中，全球石墨烯研發(fā)競爭日趨激烈，中國、美國、韓國、日本等主要的技術(shù)原創(chuàng)國家已逐漸形成技術(shù)優(yōu)勢和競爭格局。

 

石墨烯技術(shù)從基礎(chǔ)研究逐漸向應(yīng)用研發(fā)拓展，未來將在能源、生物、電子學(xué)等多個應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展。

 

石墨烯整體研發(fā)趨勢：論文及專利產(chǎn)出數(shù)量快速增長

 

全球共發(fā)表了7萬余篇石墨烯相關(guān)的論文，2萬余件石墨烯專利，2010年后石墨烯研發(fā)進(jìn)入快速發(fā)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(fā)表及專利申請仍然保持上升的態(tài)勢，石墨烯的基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用仍在快速發(fā)展之中（圖1）。

 

圖1 石墨烯相關(guān)專利和論文數(shù)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(shù)優(yōu)勢

 

論文產(chǎn)出的前五位國家為中國（不含港澳臺地區(qū)）、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?qū)＠偭康?0%以上。

 

中國、美國、韓國、日本等國家角逐石墨烯前沿應(yīng)用技術(shù)，美國和日本發(fā)表相關(guān)論文及申請專利較早，中國論文和專利產(chǎn)出量已領(lǐng)跑全球。

 

圖2 國家/地區(qū)分布

 

主要國家地區(qū)專利技術(shù)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(qū)技術(shù)流向

 

全球石墨烯研究領(lǐng)域分布：電化學(xué)等領(lǐng)域比重加大

 

石墨烯的研究論文和專利主要分布在電現(xiàn)象、電化學(xué)、放射及熱能技術(shù)、光學(xué)、電子、質(zhì)譜和其他相關(guān)屬性、表面化學(xué)和膠體、硅酸鹽等領(lǐng)域。

 

近來年，石墨烯的研發(fā)在電化學(xué)、放射及熱能技術(shù)領(lǐng)域，光學(xué)、電子、質(zhì)譜和其他相關(guān)屬性領(lǐng)域，生物化學(xué)方法，塑料生產(chǎn)與加工，電化學(xué)等領(lǐng)域的研究比重逐年增大。

 

圖4 全球石墨烯研究領(lǐng)域發(fā)展趨勢

 

石墨烯涉及物質(zhì)的性能用途：應(yīng)用研究比重最大

 

全球石墨烯涉及物質(zhì)的性能用途分布，39.9%的物質(zhì)為應(yīng)用研究（USES），包含技術(shù)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(yīng)用（NUU，Other Use, Unclassified）等。

 

圖5 全球石墨烯研究文獻(xiàn)中涉及物質(zhì)的主要性能及用途分布

 

全球石墨烯研發(fā)主題布局：從基礎(chǔ)研究向應(yīng)用研究拓展

 

當(dāng)前石墨烯材料和應(yīng)用技術(shù)形成了相對固定的領(lǐng)域布局，主要分布在電學(xué)性能研究、石墨烯復(fù)合材料、材料性能與制備、聚合物、傳感器、半導(dǎo)體器件、電池、電容器等領(lǐng)域。

 

圖6 全球石墨烯研究熱點(diǎn)主題分布

 

前景、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

 

報告指出，石墨烯在二次電池、超級電容器等儲能器件領(lǐng)域已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界特別是產(chǎn)業(yè)界越來越多的關(guān)注，部分含有石墨烯的產(chǎn)品已經(jīng)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(lǐng)域也引起廣泛的關(guān)注，相關(guān)研究正在從基礎(chǔ)研究逐漸向應(yīng)用研發(fā)拓展。

 

此外，石墨烯作為導(dǎo)熱、散熱材料在熱管理領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景。尤其吸引人的是石墨烯在柔性能源器件中的應(yīng)用將有可能凸顯石墨烯自身的結(jié)構(gòu)與性能優(yōu)勢，為未來柔性能源器件提供材料支撐。從技術(shù)突破角度，石墨烯電極材料的研發(fā)為本領(lǐng)域未來的研究重點(diǎn)方向。

 

未來石墨烯在生物應(yīng)用領(lǐng)域，石墨烯傳感材料及器件的研發(fā)逐漸引起學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)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(jiān)測、疾病診斷、環(huán)境及食品檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力進(jìn)入研究視野。

 

未來在電子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，基于石墨烯的集成電路與半導(dǎo)體器件將給現(xiàn)有的半導(dǎo)體工業(yè)注入新的活力，提高給社會更多的高技術(shù)產(chǎn)品與想象空間。