石墨烯改性纖維全球技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀分析7500字

1、石墨烯改性纖維全球技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀分析7500字 摘要專利承載著全世界最前沿的技術(shù)信息，根據(jù)統(tǒng)計顯示，全世界90%95%的最新技術(shù)動態(tài)以專利的形式公之于眾。無論是對高校、科研院所甚至企業(yè)單位而言，專利是專利申請人或?qū)＠麢?quán)人唯一不得不向公眾透露關(guān)鍵信息的方式，即以公開換保護。及時理解和掌握全球石墨烯應(yīng)用專利申請狀況，有利于推動石墨烯產(chǎn)業(yè)進步，促進成果轉(zhuǎn)化，推進技術(shù)創(chuàng)新，為我國石墨烯產(chǎn)業(yè)開展提供參考。 畢業(yè)關(guān)鍵詞石墨烯；專利；分析；技術(shù)；應(yīng)用DOI1013939/jcnkizgsc202229030石墨烯是一種新型碳材料，拉伸強度130GPa，最高的楊氏模量1TPa，并且有最高的載流子遷移率150

2、00cm2?V-1?S-1和最快傳熱速度導熱系數(shù)5000W?m-1?K-1，為單層碳原子堆積成的二維蜂窩狀晶體構(gòu)造，石墨烯在電學、熱學、力學、光學等方面有諸多優(yōu)良性能，其理論應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。從2022年石墨烯被發(fā)現(xiàn)至2022年獲得諾貝爾獎期間經(jīng)歷了萌芽期，2022年至2022年是石墨烯理論研究及制備研究爆發(fā)式開展階段，再好的技術(shù)和材料不能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都是曇花一現(xiàn)，因此2022年是石墨烯應(yīng)用元年，無論是高校、科研院所，還是企業(yè)單位都進入了石墨烯應(yīng)用研究及產(chǎn)業(yè)化階段。石墨烯各方面理論數(shù)據(jù)雖好，但難以應(yīng)用，找到一個好的應(yīng)用方向，是非?？少F的。濟南圣泉集團股份通過研究發(fā)現(xiàn)，利用石墨烯改性的紡織纖維具有抗菌

3、、抗螨蟲、低溫遠紅外發(fā)熱等功能，后期通過與黑龍江大學、青島大學、東華大學結(jié)合研發(fā)，成功將石墨烯改性纖維應(yīng)用于各類服裝及床上用品，并實現(xiàn)了商業(yè)化運作。1全球石墨烯改性纖維專利11全球石墨烯改性纖維專利申請量態(tài)勢分析人類利用纖維的歷史比擬悠久了，從1848年粘膠纖維被J默塞發(fā)現(xiàn)之后，各種人造纖維陸續(xù)登上人類歷史的舞臺。隨著技術(shù)的不斷改良，各種特種纖維也相繼出現(xiàn)。從圖1中可以看出，2022年開場，研發(fā)人員開場嘗試著將石墨烯應(yīng)用到紡織行業(yè)中，但是直到2022年5年間一共申請專利20項，年平均4項的申請量，該技術(shù)處于萌芽期，開展非常緩慢，前景不被研發(fā)人員看好。2022年之后，該領(lǐng)域的專利申請量開場逐年大

4、幅度地增加，越來越多的研發(fā)團隊進入該技術(shù)領(lǐng)域。主要的原因在于2022年，英國曼徹斯特大學的兩位科學家安德烈?蓋姆Andre Geim和克斯特亞?諾沃消洛夫Konstantin Novoselov發(fā)現(xiàn)了石墨烯，大家對這一新的物質(zhì)開場探究性地應(yīng)用，但在2022年兩位科學家獲得諾貝爾物理學獎之后，大家對石墨烯在各領(lǐng)域的應(yīng)用研究出現(xiàn)了空前的熱情。2022年之前，由于石墨烯自身的特性，可紡性差，價格昂貴，一直限制其傳統(tǒng)紡紗和織造領(lǐng)域的應(yīng)用，石墨烯可紡纖維的研究一直存在著瓶頸。在2022年高超團隊申請了系列聚合物接枝的石墨烯纖維，實現(xiàn)了石墨烯宏觀纖維的可紡性，但是與傳統(tǒng)紡織行業(yè)的纖維還存在著很大的差異。中

5、國專利CN103046151A公開日為2022年4月17日，公開了一種石墨烯共混再生纖維素纖維及其制備方法，該方法與技術(shù)制備的系列石墨烯復合纖維產(chǎn)品力學性能優(yōu)異、導熱耐熱，研發(fā)的石墨烯/再生纖維素復合纖維2022年通過山東省科技廳成果鑒定，該產(chǎn)品的制備方法屬國際首創(chuàng)，整體技術(shù)到達國際先進程度，創(chuàng)始了石墨烯應(yīng)用于傳統(tǒng)紡織行業(yè)的先河，目前該技術(shù)在濟南圣泉集團股份得到應(yīng)用轉(zhuǎn)化。從圖中也可以看出在2022年之后，關(guān)于石墨烯在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用出現(xiàn)了井噴式的增長，2022年申請量到達331件，2022年的數(shù)據(jù)受專利公開的滯后的影響不做參考，但是從國內(nèi)外的各新聞報道及我國的政策驅(qū)動，可以預見2022年的申請量

6、還會有所增加。12最早公開區(qū)域分布分析圖2是石墨烯改性纖維在全球申請的最早公開區(qū)域分布圖。全球公開區(qū)域反映的是全球范圍內(nèi)石墨烯改性纖維相關(guān)專利申請的國際主要專利權(quán)人的地域分布信息，從另一方面可以反映出全球主要市場區(qū)域分布情況，專利集中的地區(qū)也是市場競爭及市場需求比擬旺盛的地區(qū)。最先公開國一般都是首先提出該項專利技術(shù)的國家，即專利技術(shù)的來源國，一般是專利權(quán)人所在國家或地區(qū)，也是該項技術(shù)首先要求獲得專利權(quán)保護的國家或地區(qū)。從圖2可以看出，該領(lǐng)域的專利申請來源地主要包括中國、韓國、美國、中國臺灣、日本。其中中國在石墨烯改性纖維領(lǐng)域的研發(fā)實力一枝獨秀，專利申請公開量最大，到達全球總申請量的八成以上，如

7、此高的專利份額充分證實了中國在石墨烯改性纖維領(lǐng)域的引領(lǐng)地位，無論是研發(fā)資金還是研發(fā)人員的投入都是其他國家無法與之相提并論的。其次為韓國和美國，專利申請公開量達全球申請量的5%和3%，其研發(fā)實力也不容小覷，但與中國之間的差距仍然是宏大的，目前尚不構(gòu)成對中國的指導地位的直接威脅。接下來的第三梯隊是中國臺灣和日本，這兩個地區(qū)的專利量僅為全球申請公開量的1%，可以看出第三梯隊石墨烯改性纖維研發(fā)和?布局也在進展之中，但面對中國大陸的先發(fā)優(yōu)勢，要在該領(lǐng)域內(nèi)形成氣候，尚需假以時日?？傊?，中國在石墨烯改性纖維領(lǐng)域的研究占有明顯的優(yōu)勢，其專利申請量遠遠超過其他各國和地區(qū)的申請量。雖然美國、日本、韓國是目前世界上

8、化纖及特種纖維領(lǐng)域是比擬領(lǐng)先的國家，它們擁有該領(lǐng)域大局部的重要申請人，例如杜邦、東麗、東麗、鐘紡、韓一合纖等，但是這些國家的企業(yè)對石墨烯改性纖維領(lǐng)域的涉足還是比擬有限的。13專利權(quán)人分析對石墨烯改性纖維的申請主要是中國專利，中國專利在下面將詳細介紹，因此我們對國外的專利權(quán)人進展排名，如圖3所示。從圖3中可以看出，排名前十位的專利權(quán)人的申請量都比擬小，申請量最大的僅3項，分別為Korea Inst Sci Tech，Acelon Chemicals And Fiber Corp和Vorbeck Materials Corp，其余的專利權(quán)人申請量為1項。 11Fisehel W AA Proper

9、ty Rights Approach to American Land Use ControlsM.Baltimore，MD： Johns Hopkins University Press，199312Fischel WAHomevoters，Municipal Corporate Governance，and the Benefit View of the Property TaxJ.National Tax Journal，200154：157-17413Hamilton B WCapitalization of Intrajurisdictional Differences in Loc

10、al Tax Prices： mentJ.American Economic Review，197669：481-484從整個的申請量分布來說該領(lǐng)域的專利申請較為分散，專利申請的技術(shù)集中度不高，目前國外的市場占有率的數(shù)據(jù)尚不明確，更沒有形成在世界范圍內(nèi)可以排在前列的企業(yè)。2中國石墨烯改性纖維專利21中國石墨烯改性纖維專利申請量態(tài)勢分析中國是最大的化纖消費、進口和使用國之一，也是化纖的一個主要市場。隨著石墨烯改性纖維領(lǐng)域研發(fā)的深化，技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，將要進入消費市場，世界各國的申請人也必將積極在中國進展專利申請，以期望獲得技術(shù)和市場先機。截至統(tǒng)計日，中國相關(guān)專利申請量到達了815項。圖4是石墨烯

11、改性纖維中國專利申請量的開展態(tài)勢圖。從圖4中可以看出，石墨烯改性纖維的中國專利申請始于2022年，隨后很長的一段時間增長的態(tài)勢相對緩慢；直到2022年之后才出現(xiàn)比擬多的專利申請，隨后幾年的增長速度越來越快，到2022年中國專利申請量到達最大值，申請量為326項，申請量最大的是東華大學29項，其次是濟南圣泉20項?？梢姡擃I(lǐng)域的中國專利申請比擬分散，技術(shù)壁壘尚在形成中，企業(yè)研發(fā)進入該領(lǐng)域相比照擬容易；中國專利申請量趨勢變化與全球申請量趨勢變化根本形同，足以說明中國在該領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先地位和市場優(yōu)勢。22申請國分析對石墨烯改性纖維的中國專利申請來源地的申請量和受權(quán)量進展了統(tǒng)計，結(jié)果如圖5所示。在專利

12、技術(shù)來源方面，中國大陸申請人的申請量為796項，約占全部申請的977%；源自中國臺灣及國外申請人的申請量那么為19項，約占全部申請的23%。從圖5可知，除中國大陸外，中國臺灣、美國和韓國的申請量名列前茅。這種分布情況與前文提到的全球?qū)＠暾垏畔⒋笾孪喈?。中國大陸石墨烯改性纖維行業(yè)專利申請796項，說明中國大陸申請人在該領(lǐng)域的專利意識比擬強，在其他國家和地區(qū)企業(yè)及研究人員還沒有認識到該領(lǐng)域潛在的宏大前景時就已經(jīng)紛紛投入?領(lǐng)域的研發(fā)中，并對相關(guān)技術(shù)研發(fā)成果進展專利保護。我國的專利申請量雖然很大，但是申請人較分散。雖然有些專利技術(shù)已經(jīng)到達全球領(lǐng)先的程度，但目前來說由于應(yīng)用市場的拓展需要時間，所以短

13、期內(nèi)的高收益比擬難實現(xiàn)。但考慮到我國企業(yè)在石墨烯改性纖維領(lǐng)域的投入增加、國家政策的鼓勵，以及該領(lǐng)域潛在的宏大的商機，國內(nèi)外專利申請量很有可能會繼續(xù)上升，尤其是國外的化纖及特種纖維廠家，它們本來就應(yīng)用比擬先進的工藝及研發(fā)團隊，石墨烯改性纖維領(lǐng)域的技術(shù)壁壘尚未形成，要想趕上或超過我國的技術(shù)程度可能性比擬大。23申請人分析石墨烯改性纖維領(lǐng)域?qū)＠暾埩恐袊琶笆坏纳暾埲巳鐖D6所示。從圖6可以看出，排名前十位的申請人中，都是中國的企業(yè)或者高校，與全球?qū)＠琶粯樱歉鲗＠麢?quán)人的研究側(cè)重點有所不同。從圖中可以看出在高校申請人中排名第一的為東華大學，專利申請量為49項，研究的側(cè)重點在石墨烯涂覆的紡織纖

14、維在催化領(lǐng)域的應(yīng)用；排名第二的為青島大學，專利申請量為18項，研究的側(cè)重點在石墨烯改性聚合物纖維、石墨烯改性海藻纖維、石墨烯改性再生纖維素纖維的等改性纖維的制備方法；排名第三的為哈爾濱工業(yè)大學，專利申請13項，研究的側(cè)重點主要是石墨烯外表接枝改性纖維、石墨烯上漿液等方面的研究；緊隨其后的是天津工業(yè)大學11項，研究的側(cè)重點主要是石墨烯改性蛋白纖維、石墨烯整理織物、石墨烯改性聚合物調(diào)溫纖維等；浙江大學10項，研究的側(cè)重點主要是導電石墨烯接枝纖維、石墨烯纖維無紡布電熱膜；四川大學8項，研究的側(cè)重點主要是石墨烯改性聚氨酯合成革纖維、納米離子改性纖維等。從圖中可以看出在企業(yè)申請人中排名第一的濟南圣泉集團

15、股份，專利申請量為27項，研究的側(cè)重點為石墨烯改性聚合物纖維、石墨烯改性粘纖、石墨烯色漿以及石墨烯改性纖維在服裝、家居、保健等領(lǐng)域的應(yīng)用；排名第二的為合肥康齡，專利申請量為16項，研究的側(cè)重點在石墨烯改性聚甲醛復合材料領(lǐng)域，進步該材料的抗紫外、抗老化、抗靜電、耐腐蝕、導熱性等性能；排名第三的為無錫市長安曙光，專利申請14項，研究的側(cè)重點在石墨烯改性纖維的應(yīng)用，纖維氈、手套等，進步制品的防輻射、吸波、耐磨等性能；排名第四的是安徽玉發(fā)塑業(yè)，專利申請8項，研究的側(cè)重點主要是石墨烯改性聚乙烯母粒，以進步該材料的抗菌、阻燃、耐老化、耐酸堿、耐上下溫等性能。此外，在以上分析中可以看出濟南圣泉與青島大學的研

16、究側(cè)重點最為相似，在共同專利權(quán)人青島大學和濟南圣泉存在共有專利，說明這兩家單位的合作比擬親密，同時競爭也是最大的。3石墨烯改性纖維的應(yīng)用分析通過石墨烯對纖維進展改性可以給其帶來許多優(yōu)異的性能，例如強度高，任性好，質(zhì)輕，導電導熱快等優(yōu)點，甚至還可以使其具有抗菌、抗螨蟲、低溫遠紅外發(fā)熱等功能，因此被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。截至2022年4月27日，涉及石墨烯改性纖維應(yīng)用的專利申請量為184項，在技術(shù)領(lǐng)域布局上，相比制備專利，應(yīng)用專利公開數(shù)量遠低于制備專利公開數(shù)量，這說明國內(nèi)外目前更重視石墨烯改性纖維及原料的制備專利布局，利用上游專利控制下游石墨烯改性纖維制品行業(yè)。下面對石墨烯改性纖維制品應(yīng)用的184項

17、專利進展分析。 31全球?qū)＠艣r311專利申請態(tài)勢分析從圖7可以看出，2022年之前，有關(guān)石墨烯改性纖維制品的專利申請量極少，只有4項申請；20222022年，專利申請量呈波動式增長，2022年之后專利申請量呈現(xiàn)井噴式增長，可見在2022年之后，研究人員認識到石墨烯的特殊功能與紡織相結(jié)合可以到達意想不到的效果，它的有益性能是其他材料很難實現(xiàn)的。隨著研究的不斷深化，石墨烯改性纖維更多的性能被發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷被擴展，因此投身于此領(lǐng)域的研究人員越來越多。312公開國分布有關(guān)有關(guān)石墨烯改性纖維制品主要公開國如圖8所示。從圖8可以看出，有關(guān)石墨烯改性纖維制品的公開國與石墨烯改性纖維的分布類似，說明這些

18、國家研究石墨烯改性纖維的同時，研究人員也對石墨烯改性纖維制品進展了專利布局。專利布局最多的還是中國，專利申請量為175項，占全球總申請量的95%，其次是韓國，專利申請5項，占總量的3%，緊隨其后的是美國，專利申請2項，占比1%，英國和德國也有少量專利布局。32中國專利概況321專利申請態(tài)勢分析對石墨烯改性纖維制品在中國申請的175項專利進展申請趨勢分析，如圖9所示。有關(guān)石墨烯改性纖維制品的專利申請量非常大，根本都是中國專利申請，從申請量的變化趨勢來看與全球?qū)＠纳暾堏厔菔且恢碌模?0222022年，專利申請量呈波動式增長，2022年之后專利申請量呈現(xiàn)井噴式增長?？梢娭袊膶＠暾埩康淖兓苯佑?/p>

19、響著全球?qū)＠暾埩康淖兓?，在該領(lǐng)域中中國專利的申請?zhí)幱诮^對的優(yōu)勢地位，專利技術(shù)處于領(lǐng)先地位。就申請人國別來看，圖10的中國申請人共申請專利174項，國外申請人只有一個為韓國，申請專利僅1項，說明我國技術(shù)創(chuàng)新程度遠遠超過了國外知名纖維制品企業(yè)，如杜邦、東麗等，這在很大程度上反映了我國纖維制品的領(lǐng)域在研發(fā)程度和技術(shù)敏感性上處于較高的程度，也說明國外公司對該領(lǐng)域的關(guān)注度比擬小，也給我國石墨烯改性纖維制品的技術(shù)開展提供了契機。中國市場的專利壁壘逐漸形成，國外想進入中國市場存在較大阻力。322主要申請人在中國申請石墨烯改性纖維制品方面相關(guān)的專利申請人排名如圖11所示。從圖11中可以看出，專利申請量排名前

20、三位的申請人分別為濟南圣泉、無錫長安曙光及義烏麻尚生針織。其中濟南圣泉專利申請量有11項，占專利申請總量的63%，可見濟南圣泉在中國專利布局意識較強，處于中國石墨烯改性纖維制品下游產(chǎn)品市場的指導地位；緊隨其后的是無錫長安曙光，專利申請量分別為10項，占專利申請總量的57%，其研發(fā)實力不容小覷；排名第三的義烏麻尚生針織，專利申請量為6項，其余申請人都不超過5項實力落后于前幾位申請人?？傮w來看，我國企業(yè)比擬分散，最多僅占申請總量的63%。說明我國尚未出現(xiàn)領(lǐng)軍企業(yè)，市場競爭力較低，準入門檻較低。33石墨烯改性纖維制品分布分析?墨烯改性纖維制品分布進展分析如圖12所示。從圖12可以看出，石墨烯改性纖維

21、制品主要用作面料及織物、衣服及飾品、電熱墊/氈、保健醫(yī)療用品、過濾/吸波、涮洗用品、防彈衣、導電線、面膜、漁網(wǎng)、帳篷、平安帶及其他應(yīng)用，其專利申請量分別為69項、40項、21項、16項、10項、5項、3項、3項、1項、1項、1項、1項、13項。其中，在面料及織物應(yīng)用的專利申請量最大，其次是衣服及飾品包括服裝、內(nèi)衣、內(nèi)褲、護腕、脖套、假發(fā)等，這兩個領(lǐng)域主要是利用了石墨烯改性纖維的高強度、透氣、防污、親疏水性、抗紫外、導電、抑菌等性能；應(yīng)用量比擬大的領(lǐng)域還有電熱墊/氈和保健醫(yī)療用品包括理療服、止血帶、創(chuàng)可貼、衛(wèi)生巾、繃帶等，主要是利用石墨烯改性纖維的導電、導熱、遠紅外、抑菌、吸附等有益性能；其他的應(yīng)用還包括吸附性的應(yīng)用于過濾嘴、過濾布和吸波布，抗菌抑菌性能的應(yīng)用于涮洗用品毛巾、澡巾、牙刷等，抗沖擊柔韌性應(yīng)用于防彈衣，導電性應(yīng)用于導線，遠紅外促進微循環(huán)應(yīng)用于面膜，高強度應(yīng)用于漁網(wǎng)、平安帶，抗紫外線應(yīng)用于帳篷。4總結(jié)與展望專利布局主要包括專利的技術(shù)布局，產(chǎn)業(yè)鏈布局和地域布局。除此之外，還應(yīng)當綜合考慮專利保護的類型，申請人的選擇，創(chuàng)造人是否