在轟轟烈烈石墨烯革命中，三星集團走在了全球競爭者的前列，它是石墨烯領域全球最大的投資者和專利申請人。本文以三星集團為研究對象，對其全球?qū)＠M行宏觀統(tǒng)計、分析，重點針對專利技術構成、研發(fā)團隊、研發(fā)動向進行多角度、多層次的解析，全面反映出三星集團在石墨烯領域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎上，為我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了幾點建議。

一、背景介紹

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結(jié)構的新材料，具有高導電性、高強度和超輕薄等特性，在電子、光學、磁學、生物醫(yī)學、催化、儲能和傳感器等領域具有巨大的應用潛力。世界各國紛紛將石墨烯及其應用技術作為長期戰(zhàn)略發(fā)展方向，以期在由石墨烯引發(fā)的新一輪產(chǎn)業(yè)革命中占據(jù)主動和先機。

在這場石墨烯革命中，三星集團無疑走在了全球競爭者的前列，它是石墨烯領域全球最大的投資者和專利申請人。本文以三星集團為研究對象，對其全球?qū)＠M行宏觀統(tǒng)計、分析，重點針對專利技術構成、研發(fā)團隊、研發(fā)動向進行多角度、多層次的解析，全面反映出三星集團在石墨烯領域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎上，為我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了幾點建議。

二、三星集團石墨烯專利申請狀況

本文通過國家知識產(chǎn)權局S系統(tǒng)中的DWPI數(shù)據(jù)，用samsung、graphene以及其他相關關鍵詞，對2007—2015年9年間三星集團石墨烯領域的專利申請進行檢索，檢索數(shù)據(jù)截止到2015年12月31日，其中2014年、2015年的專利申請由于公開滯后的原因，數(shù)據(jù)不完整。

1.專利申請的整體情況

三星集團在石墨烯領域共計申請484項，其申請量變化趨勢如圖1所示。2007年和2008年，三星申請量較小，分別為18項和10項，并且均來自于三星電子。從2009年開始，申請量進入快速增長期，2011年達到120項，隨后略有下降。由于部分申請尚未公開，2014年和2015年的申請量較少。但可以預見，在未來幾年中，三星的申請量仍將保持穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢。

圖2是三星集團各子公司申請量分布狀況。三星電子是三星集團最早申請石墨烯相關專利的子公司，累計申請264項，占集團總申請量的54.5%，成為當之無愧的“龍頭”。此外，三星集團參與石墨烯研發(fā)的子公司數(shù)量呈逐年遞增的趨勢，目前已經(jīng)達到11家，其中比較活躍的還有三星Techwin、三星電機、三星LED、三星顯示等，隨著具有不同背景和研發(fā)方向的子公司的加入，三星的石墨烯產(chǎn)品也必將越來越豐富，并帶給普通消費者更多驚喜與期待。

2.專利申請的主要技術構成

三星集團是韓國第一大企業(yè)，業(yè)務涉及眾多領域，因此，三星的專利構成也極為豐富。圖3是三星集團在石墨烯各技術分支專利申請總體狀況。三星十分重視石墨烯在各個領域的實際應用，共計申請393項，占總申請量的81.2%。具體應用領域包括電子、能源、材料、光電、生物以及化學。其中，電子領域申請量最大，為240項，占比49.6%。從主要應用領域的申請人排名來看，由于三星各子公司在經(jīng)營范圍和研發(fā)方向上的不同，它們的申請領域也各有側(cè)重。例如，三星電子和三星LED側(cè)重電子領域，三星SDI和三星電機則側(cè)重能源領域。

其次，在制備方法方面，涉及化學氣相沉積法(CVD)19項，光束照射法5項，氧化還原法和SiC外延生長法各2項。由此可見，采用化學氣相沉積制備石墨烯是三星的重點研究方向。在最近三年里，三星陸續(xù)在柔性顯示屏和晶體管領域取得重大突破，而化學氣相沉積法制備出的高質(zhì)量、大面積石墨烯薄膜恰恰滿足了上述兩個領域?qū)κ┎牧系囊蟆Ｓ纱丝梢?，三星選擇化學氣相沉積法是出于重點應用領域的需要。最后，制備方法和設備是密切聯(lián)系的。在設備方面，三星共計申請30項，18項涉及化學氣相沉積裝置。

三、主要研發(fā)團隊及其研發(fā)動向

在一個研發(fā)機構相對成熟的大型企業(yè)中，真正影響重點技術研究的往往是一個或多個核心團隊。因此，從研發(fā)團隊入手，通過聚類分析，掌握并追蹤企業(yè)核心技術發(fā)展狀況是一個不錯的選擇。三星集團石墨烯領域的研發(fā)團隊規(guī)模較大，以共同申請為研究對象，圖4展示了三星集團前20位發(fā)明人之間的合作關系。發(fā)明人之間合作數(shù)量越多，則表明他們的研發(fā)方向可能相同或相近，屬于同一研發(fā)團隊。相反，合作數(shù)量越少，則表明他們的研發(fā)方向存在差異，不屬于同一研發(fā)團隊。此外，研發(fā)團隊中個人申請量最大的發(fā)明人則是該研發(fā)團隊的核心發(fā)明人。

經(jīng)過聚類分析，20位發(fā)明人中有18人來自三星，他們被歸入5個不同的研發(fā)團隊。每個團隊的重要成員，隸屬子公司以及重點研究方向如表1所示。其他兩人HongByungHee和AhnJongHyun來自與三星有密切合作關系的成均館大學。

下面以CVD技術為例，介紹各研發(fā)團隊間是如何進行技術銜接和相互協(xié)作的。三星集團中與CVD技術相關的研究團隊主要是以ChoiJaeYoung和Song

YoungIl為首的兩大研究團隊。其中，以ChoiJaeYoung為首的研究團隊側(cè)重于CVD方法，以SongYoungIl為首的研究團隊則側(cè)重于CVD設備。

(1)ChoiJaeYoung(崔在榮)

ChoiJaeYoung研究員不僅是三星集團最活躍的石墨烯發(fā)明人，其領導的研發(fā)團隊也是申請最早、涉足領域最多的團隊。他的研究生涯大致可分為兩個階段。第一階段(2007~2008年)是他在三星先進技術研究院任項目經(jīng)理期間，研究方向更側(cè)重于石墨烯的制備，尤其是化學氣相沉積以及后續(xù)的石墨烯轉(zhuǎn)移工藝。早在2007年，他就開始了與成均館大學HongByungHee教授的合作，兩人的主要研究成果在申請專利后，陸續(xù)發(fā)表在Nature和AdvancedMaterials上，引起了石墨烯界不小的轟動。第二階段(2009~2011年)是ChoiJaeYoung研究員晉升部門經(jīng)理后，研究對象趨于多元化，并主要以石墨烯應用為主。從技術路線上看，ChoiJaeYoung團隊使用了單片基底沉積石墨烯，這種技術可以制備出具有一定強度、層數(shù)可控的高質(zhì)量石墨烯薄膜，但其尺寸仍然不能滿足顯示器制造領域的要求，離真正商用還有一段距離。

(2)SongYoungIl(宋榮日)

SongYoungIl領導的研發(fā)團隊主要致力于大尺寸石墨烯的化學氣相沉積制備以及相關設備的研究。圖5展示了SongYoungIl研發(fā)團隊制備的大尺寸柔性石墨烯薄膜以及采用的“Roll-to-Roll”轉(zhuǎn)移裝置。這一技術可以連續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量、大面積的石墨烯薄膜，滿足了石墨烯工業(yè)化應用的基本要求。

根據(jù)上面的分析可以看出，兩個團隊在化學氣相沉積技術上一脈相承，而在時間分布和研發(fā)重點上存在差異。

眾所周知，石墨烯薄膜的面積、層數(shù)、完整性等指標與其沉積時的工藝參數(shù)、設備密切相關，影響因素復雜。若想在實際生產(chǎn)中達到控制目的，不僅要增加前期工藝研發(fā)投入，還要具備相當?shù)臋C械設計、加工和調(diào)試能力。一項技術從實驗室走向工廠，必然要經(jīng)歷從小型試驗裝置到大型工業(yè)設備的轉(zhuǎn)變，這一過程涉及的系統(tǒng)性因素更多，不確定性增加，投資巨大，風險高。因此，許多企業(yè)不愿承擔上述風險，從而在新技術產(chǎn)業(yè)化道路上畏縮不前。

但是，三星Techwin在這方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。首先，三星集團實力雄厚，研發(fā)投入巨大，能夠為石墨烯產(chǎn)業(yè)化提供資金支持;其次，三星Techwin的前身是三星精密機械株式會社，后又涉足航空發(fā)動機以及火炮等精密制造業(yè)，具有深厚的機械加工背景和技術儲備，由它負責石墨烯薄膜設備以及密切相關的工藝過程研究，則是充分發(fā)揮了三星Techwin在加工制造領域的獨特優(yōu)勢。

就這樣，三星電子完成前期工藝探索，三星Techwin接著進行產(chǎn)業(yè)化，三星沒有因為人事變動、領域切換等原因延遲石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進程，反而利用技術研發(fā)的不同階段和子公司各自優(yōu)勢完成了一次“漂亮轉(zhuǎn)身”。

四、對我國石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示

1.以市場為導向、以企業(yè)為創(chuàng)新主體

作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，石墨烯產(chǎn)業(yè)需要長時間的政策和資金的扶持才能達到市場自我循環(huán)的能力。目前，我國與美國、韓國、日本在重點應用領域分布和申請主體上存在明顯差異。在應用方面，我國更加側(cè)重材料、新能源領域，這些領域產(chǎn)業(yè)成熟期更長，受政策因素影響更大，而在創(chuàng)新主體上以研究機構為主。

作為該領域全球最大投資人，三星集團本身是一家跨國企業(yè)集團，研發(fā)方向更加側(cè)重于市場自由競爭度更高、市場需求傳導性更強的電子領域。眾所周知，市場需求是影響技術發(fā)展趨勢的主要因素，市場內(nèi)生因素會引發(fā)對新技術、新功能和新應用的需求。像三星集團這樣的跨國公司技術實力較強且具有長遠判斷力，通過對現(xiàn)有技術的變革性創(chuàng)新，會努力開發(fā)出能夠為其帶來領先于同業(yè)競爭者并且可以獲得超額利潤的技術，這使其在創(chuàng)立了全新市場并成為全新市場領導者的同時，也獲得了市場的先機。這些公司在選擇技術研發(fā)方向時也會優(yōu)先考慮市場需求、容量以及技術復雜度等因素，技術復雜度越高，市場需求和容量越大的技術往往是他們的首選目標。

從這個意義上講，一方面，三星集團這樣的跨國集團在石墨烯技術領域的發(fā)展動向值得重點關注;另一方面，培育企業(yè)、或企業(yè)與科研機構聯(lián)合成為創(chuàng)新主體，對于提高資金使用效率、推動石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。

2.進行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，實現(xiàn)上、下游積極互動

三星集團對整個石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈進行了全面的布局和保護，包括上游的制備方法、設備以及下游應用。上游的制備方法以化學氣相沉積為主，涵蓋了氣相沉積、轉(zhuǎn)移、后處理等多個重要環(huán)節(jié)。而設備則與制備方法相對應，進行了同步保護。此外，涉及應用的申請比例最高，囊括了電子、材料、能源等諸多熱門領域。

相比之下，我國石墨烯優(yōu)勢企業(yè)的布局重點仍然是上游制備，下游應用布局少且領域單一，并未形成完整的“一體化”產(chǎn)業(yè)鏈，這種發(fā)展現(xiàn)狀一定程度上會阻礙上、下游環(huán)節(jié)的聯(lián)系和互動。具體而言，上游環(huán)節(jié)向下游環(huán)節(jié)輸送產(chǎn)品和服務，在缺少下游應用企業(yè)的情況下，上游生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品銷售就可能出現(xiàn)問題，尤其是石墨烯產(chǎn)品在大多數(shù)應用領域?qū)儆谔娲牧?，并且在成本和性能上不占?yōu)勢，上述銷售困難的問題就更加突出;同時，下游環(huán)節(jié)向上游環(huán)節(jié)反饋信息，在缺少下游應用企業(yè)的情況下，石墨烯產(chǎn)品在應用當中出現(xiàn)的技術問題就無法得到有效反饋，上游企業(yè)也沒有改進產(chǎn)品和后處理技術的動機和方向，長期缺乏市場的反饋循環(huán)，上、下游技術銜接就會被阻斷。

隨著石墨烯制備技術的逐漸成熟和產(chǎn)業(yè)推進，上游制備可能淪為人力或資金密集型產(chǎn)業(yè)，價值鏈向下游應用傾斜，上游生產(chǎn)企業(yè)會逐漸陷入低附加值、低成本的惡性循環(huán)，對整個石墨烯產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展不利。因此，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度考慮，應當鼓勵優(yōu)勢企業(yè)學習借鑒三星經(jīng)驗，根據(jù)自身優(yōu)勢適當延伸產(chǎn)業(yè)鏈，向下游開發(fā)邁進。

3.鼓勵建立區(qū)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，積極合作，形成技術和競爭優(yōu)勢

三星集團的484項申請來自于多達11家子公司，也就是說，這些子公司組成了聯(lián)合體，共同參與到石墨烯專利技術的競爭中。這樣的發(fā)展模式不僅有于制定統(tǒng)一的商業(yè)開發(fā)計劃，合理分配資金和研發(fā)資源，避免重復、低效投入，在技術上還可以相互促進，取長補短。

從我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，石墨烯優(yōu)勢企業(yè)主要是小型企業(yè)，研發(fā)水平不高，盈利能力弱，還沒有出現(xiàn)能夠單獨與三星、IBM等國際巨頭競爭的企業(yè)。但是，我國已經(jīng)初步形成了一些石墨烯特色發(fā)展區(qū)域，在這些區(qū)域中的企業(yè)和研究機構可以建立區(qū)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)、研發(fā)和專利資源優(yōu)勢互補，逐漸形成技術和競爭優(yōu)勢，建立起共同抵御外部挑戰(zhàn)的能力。以江蘇為例，石墨烯研發(fā)和生產(chǎn)主要集中在常州、無錫、蘇州等環(huán)太湖地區(qū)，這一地區(qū)是有全球影響力的先進制造業(yè)基地，是全國科技創(chuàng)新與技術研發(fā)基地。這些為石墨烯技術開發(fā)無錫石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)達，而蘇州、南京等地的科研機構密集，基礎研究能力強，具有很好的互補性，這為建立區(qū)域合作和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟創(chuàng)造了得天獨厚的條件。因此，可以考慮建立環(huán)太湖地區(qū)石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和全球領先的石墨烯產(chǎn)業(yè)基地。

三星集團在新興技術研發(fā)領域表現(xiàn)出的高效率令人欽佩，也使其在市場競爭中占得先機。從研發(fā)成果和進度上看，三星集團在石墨烯領域整個產(chǎn)業(yè)布局上也是煞費苦心，不僅具有清晰、統(tǒng)一的遠景規(guī)劃，在具體實施上也做到了循序漸進，重點突破，尤其是在自己所擅長的電子器件、光電顯示和新能源等領域。我國企業(yè)也應當積極借鑒三星集團在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展中的經(jīng)驗，走出一條符合我國國情的特色發(fā)展之路。

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