1. 引言
自2004年石墨烯首次被成功制备以来，由于其优越的物理化学性能受到了学术界和工业界的广泛关注，尤其在2010年获得诺贝尔物理学奖之后，科研工作者们对它的研究热潮进入一个新的阶段 [1] - [7]。2019年的世界移动通信大会上有石墨烯的专门展厅，石墨烯被用于数据通信、传感器、物联网、可穿戴设备、新能源等领域。比如用石墨烯做的超灵敏电子传感器可检测有害气体，用石墨烯做的宽带图像传感器能同时探测可见光和红外光 [8]。
经过十余年高速发展，如今，石墨烯产业已经到了从实验室走向产业化的关键时期，石墨烯行业已经成为我国新材料产业乃至制造业实现弯道超车的突破口。目前中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场增长率较高。未来，石墨烯作为国际高科技产业竞争的热点，其发展将主要从制备技术和产业化应用层面进行全面提升。制备技术上将进一步发展高质量石墨烯粉体和石墨烯薄膜的可控、绿色、低成本和大规模工业化制备技术；产业化应用上将探索广泛应用领域的发展潜力，努力发展石墨烯“杀手锏”和高性价比应用。此外，国际上石墨烯标准化推进工作也在稳步进行中。
尽管我国这几年已经加大对其的研究，并在其申请量上得到了巨大的优势，但是没有绝对的技术优势，而这些专利大多都在本土申请，在国外布局的少之又少，这也侧面反映出我国的创新主体对知识产权没有足够的保护意识，而且真正值得向国外申请知识产权保护的有效技术不多，这也说明我国所掌握的核心技术并不多。所以，本土企业在追求创新的同时也要理智对待创新。
本文主要从知识产权利用和发展的角度，通过分析江苏省内区域之间的石墨烯专利申请情况，了解江苏省石墨烯产业发展现状以及趋势，希望对全国石墨烯产业发展产生一定的借鉴意义。本文涉及的专利检索采用智慧芽专利检索与服务系统，检索时间以2022年4月1日为截至时间。
2. 石墨烯专利数据分析
2.1. 全球石墨烯专利申请授权趋势
图1为2003年~2022年全球石墨烯相关的专利申请与授权趋势图。从图中可以看出，2003年至2008年间，每年相关专利申请量都非常少，申请人数量和专利申请量的增长速度都较为缓慢，授权占比在49.28%~63.16%之间，这一时期可以称之为石墨烯技术缓慢发展期；从2010年开始，石墨烯相关专利申请量和申请人数量都呈快速增长的趋势，石墨烯相关技术进入快速发展期，并在201820年达到专利申请量历年峰值，当年专利申请量达到2.71万件，由于专利申请数量的快速增长，授权占比总体呈现下降趋势，2018年授权占比仅为43.68%。可以将2010年至2018年作为石墨烯技术高速增长期。2019年开始，石墨烯专利申请量开始减少，但整体数量仍维持在高位。可以将2019年至今作为石墨烯技术的高速发展期。
Figure 1. Trend chart of global graphene patent application authorization
图1. 全球石墨烯专利申请授权趋势图
由于发明专利自申请日(有优先权日的自优先权日)起18个月(主动要求提前公开的除外)才能被公布，实用新型专利申请在授权后才能获得公告，而PCT专利申请可能自申请日起30个月甚至更长时间之后才能进入国家阶段，因此在图中显示的数据中会出现近2年的专利申请量比实际申请量少的情况，这反映到本报告中的专利申请量年度变化趋势图中，表现为近两年的数据出现较为明显的下降，但这并不能说明近两年的专利申请的真实趋势(本文中其他图表中的数据显示情况同上，不再赘述)。
2.2. 国内石墨烯专利申请授权趋势
图2为同时期的国内石墨烯专利申请授权趋势图。从图2可以看出，石墨烯专利技术申请具有相同的趋势，2011年开始高速增长，2018年达到顶峰。国内2003年至2008年间授权占比均在80%以上，最高在2015年达到90%，申请人数量和专利申请量的增长速度非常缓慢。从2009年开始，相关专利申请量和申请人数量呈快速增长的趋势，并在2018年专利申请量达到历年峰值，共申请2.6万余件专利，授权占比下降到57.4%，可见随着申请量的增加，授权专利的占比呈逐渐降低趋势，可能是由于相关技术的发展与成熟，专利申请人更为广泛，技术水平参差不齐，还可能跟专利及其他政策有关。
图3为国内石墨烯相关专利省市分布排名图。从图3可以看出，排名前五的省市分别是江苏省、广东省、浙江省、北京市和山东省；专利申请量均在100,000件以上，其中位居第一的江苏省的申请量达到244,000件，占比21.75%。安徽、上海、四川、福建的申请量均在5000件以上。可见，较为发达的地区在石墨烯领域有较高的研发实力和市场热度，这其中江苏一省占了全国1/5的申请量。因此，分析江苏省石墨烯专利数据及其产业发展对了解国内石墨烯产业发展具有一定的借鉴意义。
Figure 2. Trend chart of domestic graphene patent application authorization
图2. 国内石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 3. Domestic graphene patent application provinces distribution ranking map
图3. 国内石墨烯专利申请省份排名图
2.3. 江苏省石墨烯专利数据分析
图4为2004年之后江苏省石墨烯相关的专利申请与公开趋势图。从图中可以看出，2008年之前，无相关专利申请；2009年至2010年之间石墨烯领域专利申请量也非常少，授权占比为60%~70%；受2010年石墨烯研究工作获得当年诺贝尔奖影响，2011年开始，相关专利申请量呈快速增长的趋势，并在2018年专利申请量达到历年峰值，当年共申请3343件专利，授权占比由60%左右逐渐下降至40%左右。
图5为江苏省13地市石墨烯相关专利申请数量情况。从图中可以看出，经过近十余年的发展，江苏省苏州市申请的专利数量最多，达4479件；其次为南京市，共申请3464件专利，常州以2663件专利数量位列第三。由图6江苏省石墨烯专利申请各地级市申请趋势可见2009年至2020年专利申请数量呈攀升趋势，苏州、南京、常州全省专利数量位列前三，其中苏州、南京分别于2020年达到专利申请数量顶峰800和600余件，常州2018年达到专利数量顶峰500余件。
Figure 4. Trend chart of graphene patent application authorization in Jiangsu province
图4. 江苏省石墨烯相关的专利申请与公开趋势图
Figure 5. Regional distribution of graphene patent application in Jiangsu province
图5. 江苏省石墨烯专利申请地域分布
Figure 6. Graphene patent application in Jiangsu province, the application trend map of prefecture-level cities
图6. 江苏省石墨烯专利申请各地级市申请趋势图
Figure 7. Trend chart of Suzhou region graphene patent application authorization
图7. 苏州石墨烯专利申请授权趋势图
进一步分析13个地市的情况，由苏州相关专利申请数量情况图7可见，2008年之前苏州市在数据库未检索到相关专利；2009年至2012年专利申请数量也不多，但授权占比表现良好，超50%；2013年至2020年专利申请数量增速提升，2020年申请量达903件。随着技术的成熟，总体授权占比呈逐年下降的趋势，但近年来仍维持在5成左右的授权率。从图8苏州石墨烯相关专利申请人排名来看，排名前十的有四家高校和研究机构，其他6家为企业。这也侧面反应了苏州市相关企业均对以石墨烯为代表的新材料相关领域的高度重视与敏感度，也可能与苏州活跃的经济活动以及当地发展多年的纳米材料产业相关。
Figure 8. Ranking map of major patent applications for graphene in Suzhou region
图8. 苏州石墨烯主要专利申请人排名图
就南京而言，如图9南京各年度相关专利申请数量情况所示，2009年之前在数据库未检索到相关专利申请；2009~2020年相关专利申请数量逐年递增共申请3000件左右，授权占比集中在50%~60%之间，其中2017~2020年每年申请量在500~600件。而从图10展示的南京地区的相关专利申请人排名情况中来看，前十申请人中仅南京旭羽睿材料科技有限公司一家企业，其余均为高校。这主要是由于南京汇聚了江苏省大部分高校，也充分显示了江苏省在石墨烯领域的科研投入和产出。
图11为常州石墨烯专利申请趋势图。如图所示，常州地区2010年之前在数据库未检索到相关专利申请。2010年之后可分为2个阶段，2010~2018年专利申请呈现逐年递增的趋势，总共申请1798件，其中于2018年达到申请峰值575件，专利授权占比整体在40%~60%；2018~2022年专利申请呈现逐年递减趋势，总共申请1290件，专利授权占比整体在30%~40%。图12展示了常州地区的相关专利申请人排名情况，从中可以看出，常州石墨烯产业以企业为主，产学研开展的较好，且企业均较为重视知识产权相关工作。
Figure 9. Trend chart of Nanjing region graphene patent application authorization
图9. 南京石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 10. Ranking map of major patent applications for graphene in Nanjing region
图10. 南京石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 11. Trend chart of Changzhou region graphene patent application authorization
图11. 常州石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 12. Ranking map of major patent applications for graphene in Changzhou region
图12. 常州石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 13. Trend chart of Wuxi region graphene patent application authorization
图13. 无锡石墨烯专利申请授权趋势图
图13为无锡市专利申请数量申请趋势图，如图所示，2009年之前在数据库未检索到相关专利申请。2009~2016年相关专利申请数量逐年递增，并于2016年达到专利数量峰值528件，整体专利授权占比集中在50%~60%。2016~2021年专利整体申请数量较为平稳，每年申请数量在300~400件。
图14展示了无锡地区的相关专利申请人排名情况，从中可以看出，无锡石墨烯产业以企业为主，产学研开展的较好。这可能与无锡产业基础发展好，但本地高校少有关。相关产业发展与常州相似。
Figure 14. Ranking map of major patent applications for graphene in Wuxi region
图14. 无锡石墨烯主要专利申请人排名图
图15为南通市石墨烯专利申请态势图，如图所示，2010年之前在数据库未检索到相关专利申请。2010~2018年呈现逐年递增趋势，并于2017、2018年达到专利申请峰285、286件，但专利授权占比相对较低。2019~2021年的申请量相比峰值有所降低但每年仍然维持在200~300件左右，且专利授权率有所提升。从图16南通石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的三家是企业，两家是高校研究机构。整体上是以企业为主。
Figure 15. Trend chart of Nantong region graphene patent application authorization
图15. 南通石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 16. Ranking map of major patent applications for graphene in Nantong region
图16. 南通石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 17. Trend chart of Zhenjiang region graphene patent application authorization
图17. 镇江石墨烯专利申请授权趋势图
图17为镇江市专利申请情况，如图所示，2010年之前在数据库未检索到相关专利申请。2010~2017年专利申请数量逐年递增，于2017年达到相关专利申请峰值237件，专利授权占比由80%递减至30%左右；2017年之后专利申请数量逐年递减，但专利授权占比有提升迹象。从图18镇江石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的三家是企业，两家是高校研究机构。整体上是以企业为主。
Figure 18. Ranking map of major patent applications for graphene in Zhenjiang region
图18. 镇江石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 19. Trend chart of Yancheng region graphene patent application authorization
图19. 盐城石墨烯专利申请授权趋势图
图19为盐城相关专利申请情况，如图所示，2011年之前在数据库未检索到相关专利申请。2011~2018年相关专利申请逐年递增，并于2018年达到申请峰值163件；2018年之后相关专利申请在每年100~150件之间。专利授权占比整体呈现良好。从图20盐城石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的两家是企业，三家是高校研究机构。
图21为扬州市相关专利申请趋势情况，如图所示，2012年之前在数据库未检索到相关专利申请。2012年至今相关专利申请总体呈逐年增长趋势，其中2019年申请数量达到131件，2021年已有121件专利公开(该年度可能仍有部分专利尚未公开)，期间专利授权占比集中在35%~68%左右。从图22扬州石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的三家是企业或个人，两家是高校研究机构。整体上是以企业为主。
图23为泰州市专利申请情况，如图所示，2011年之前在数据库未检索到相关专利申请。2011~2018年专利申请数量整体呈增长趋势，2018年专利申请数量达到峰值127件，但该年度的授权表现一般。2019年后专利申请每年100件以内，但授权率提升明显。从图24泰州石墨烯相关专利申请人排名看，前五位均为企业。
Figure 20. Ranking map of major patent applications for graphene in Yancheng region
图20. 盐城石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 21. Trend chart of Yangzhou region graphene patent application authorization
图21. 扬州石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 22. Ranking map of major patent applications for graphene in Yangzhou region
图22. 扬州石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 23. Trend chart of Taizhou region graphene patent application authorization
图23. 泰州石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 24. Ranking map of major patent applications for graphene in Taizhou region
图24. 泰州石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 25. Trend chart of Xuzhou region graphene patent application authorization
图25. 徐州石墨烯专利申请授权趋势图
图25为徐州市专利申请情况，如图所示，2011年前在数据库未检索到相关专利申请。2011~2019年专利申请数量逐年递增，2019年达到申请数量峰值108件，2019~2021年专利申请数量呈现递减趋势。从图26徐州石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的三家是高校，两家企业。
Figure 26. Ranking map of major patent applications for graphene in Xuzhou region
图26. 徐州石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 27. Trend chart of Huaian region graphene patent application authorization
图27. 淮安石墨烯专利申请授权趋势图
图27为淮安相关专利申请数量情况，如图所示，2010年前在数据库未检索到相关专利申请。2010年至今专利申请数量总体呈现递增趋势，2020年申请数量达到48件。专利授权表现良好。从图28淮安石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的三家是企业，两家是高校。
图29为宿迁市专利申请情况，如图所示，2013年前在数据库未检索到相关专利申请。2013~2018年申请数量逐年递增，2018年达到数量峰值57件。2019~2021年专利申请数量减少。从图30宿迁石墨烯相关专利申请人排名看，前五位均为企业。
Figure 28. Ranking map of major patent applications for graphene in Huaian region
图28. 淮安石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 29. Trend chart of Suqian region graphene patent application authorization
图29. 宿迁石墨烯专利申请授权趋势图
Figure 30. Ranking map of major patent applications for graphene in Suqian region
图30. 宿迁石墨烯主要专利申请人排名图
Figure 31. Trend chart of Lianyungang region graphene patent application authorization
图31. 连云港石墨烯专利申请授权趋势图
图31为连云港市相关专利申请数量情况。如图，2009年之前在数据库未检索到相关专利申请。2010年至今的专利申请数量整体呈现逐年递增趋势，其中2020年申请数量达到22件。连云港市涉及石墨烯相关专利申请总量较小，但授权占比尚可。从图32连云港石墨烯相关专利申请人排名看，前五位的四家是企业，一家是高校。
Figure 32. Ranking map of major patent applications for graphene in Lianyungang region
图32. 连云港石墨烯主要专利申请人排名图
3. 结论
经过十余年的高速发展，国内外石墨烯专利申请趋势在2018年达到年度申请量的顶峰。近几年中该技术领域的专利申请热情有缓和趋势，但依然维持在约2.5万件/年的申请体量水平。对于江苏省石墨烯专利申请，苏州市申请的专利数量最多，达4479件；其次为南京市，共申请3464件专利，常州以2663件专利数量位列第三。从专利申请总量上看，江苏省内高校和科研机构申请的专利绝对数量远超企业；江苏南部申请量远大于北部；江苏省石墨烯企业绝大部分是中小民营企业，且较为集中在江苏南部地区。这也反映出石墨烯产业作为技术密集型产业，与区域内的经济活动，以及周边的人才储备与产业链配套密切相关。
基金项目
本工作得到了江苏省市场监督管理局科技项目(KJ207505)，江苏省特种设备安全监督检验研究院科技项目(KJ(Y)2020037)的支持。
NOTES
*通讯作者。