一、概述

石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，它不僅有碳原子獨特的結(jié)構(gòu)還有眾多復(fù)雜的物理特性，這種獨特的材料未來有望對材料科學(xué)、電子信息和納米技術(shù)產(chǎn)生重大影響。由于其特殊的結(jié)構(gòu)和微小的直徑，它可以用作半導(dǎo)體、集成電路元件和傳感器裝置。

據(jù)報道，這種二維形式的碳結(jié)構(gòu)有望為未來的設(shè)備制造和材料科學(xué)的研究開辟新的機遇。因此，這種具有巨大工業(yè)前景的單層二維材料吸引了全世界的廣泛研究。目前業(yè)界對于石墨烯研究前沿的分析以及石墨烯技術(shù)和石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究對世界各地的決策者來說都很重要。

近年來，許多學(xué)者還將科學(xué)計量學(xué)作為定量分析方法應(yīng)用到石墨烯的研究當(dāng)中，主要從論文和專利的角度對石墨烯的研究狀況進行分析。王桂芳等人運用文獻計量分析和知識圖譜可視化分析評估了全球的石墨烯研究趨勢。結(jié)果證明，石墨烯的研究在過去20年間增長迅速，在最近的5年中有明顯增長。在進行可視化分析時，由于石墨烯研究的潛在應(yīng)用，對近5年來的研究選擇專利關(guān)鍵詞的聚類分布進行分析研究。Pan等人從文獻計量學(xué)的角度分析了石墨烯的研究前沿和中國石墨烯研究的發(fā)展趨勢。他們通過對國家、研究機構(gòu)和學(xué)科的統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)自2005年以來，石墨烯相關(guān)研究快速發(fā)展，并且主要集中在高分子物理、材料科學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)科。英國知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)布的2013年全球石墨烯研究專利分析報告，從技術(shù)主題、時區(qū)和相關(guān)專業(yè)指數(shù)的角度對各國在石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)潛力進行了比較分析。Gridlogics 技術(shù)公司還基于專利布局、合作和關(guān)鍵技術(shù)對重點的石墨烯研究機構(gòu)進行了深入研究。

從上述對其他學(xué)者研究的論述中發(fā)現(xiàn)，論文和專利這2種數(shù)據(jù)源被廣泛的用來評價石墨烯的研究。然而，少有學(xué)者在研究中注意到國家科技報告( STR )也是評價和計量分析科學(xué)技術(shù)研究的一個非常好的數(shù)據(jù)源。本文試圖從國家科技報告（ NST)度量分析的角度揭示我國石墨烯領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢?？萍紙蟾媸强萍既藛T為了描述其從事的科研、設(shè)計、工程、試驗和鑒定等活動的過程、進展和結(jié)果，按照規(guī)定格式編寫而成的特種文獻?？萍紙蟾婢哂腥缦绿攸c：內(nèi)容詳盡，科研工作者依據(jù)科技報告中的描述能再現(xiàn)科研全過程；內(nèi)容會涉及很多不能公開發(fā)布的技術(shù)信息，需要通過劃分密級、限制使用范圍等手段進行交流共享；出版周期不固定，且大都不公開出版；有明確的編寫格式要求，但大都不經(jīng)過同行專家的評審和專業(yè)編輯人員的審查。它在記述技術(shù)先進性、實用性等方面具有獨特優(yōu)勢，是促進科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的重要信息資源和寶貴財富。國家科技報告服務(wù)系統(tǒng)( NSTRS )于2014年3月1日正式開放，該系統(tǒng)是一個綜合服務(wù)平臺，主要用于分享和交流財政援助項目中產(chǎn)生的科技報告。它可以為科研人員提供基礎(chǔ)科研信息，為科技管理者提供決策支持，還可以幫助公眾理解和使用國家科研產(chǎn)品。

本文從NSTRS檢索并下載了與石墨烯相關(guān)的科技報告( STR )，檢索截止日期是2018年10月9日。下載的數(shù)據(jù)中的元素包括標(biāo)題、作者、作者單位、報告類型、秘密級別、科學(xué)報告編號、摘要、關(guān)鍵詞、分類編號、計劃名稱、項目名稱和編號、承諾單位、完成日期等。

二、分析

1.政府支持下的石墨烯項目概況

從2006年到2015年，NSTRS共收錄186個政府支持的石墨烯項目。其中，142個項目得到了中國國家基礎(chǔ)研究計劃( “973”計劃)的資助，這是中國石墨烯研究的主要支持方式，如圖1所示。除此之外，有32個項目是國家高技術(shù)研發(fā)計劃( “863”計劃)所支持的?？梢猿醪降贸鼋Y(jié)論，我國政府支持的石墨烯研究主要來自”973”計劃和”863”計劃。

 

圖1  不同支持渠道下的石墨烯項目數(shù)量

（單位：個） 

“973”計劃遵循科學(xué)發(fā)展規(guī)律，借鑒國內(nèi)外重大項目組織的管理模式，如國家自然科學(xué)基金會現(xiàn)有的基礎(chǔ)研究項目和早期基礎(chǔ)研究重點項目，”973”計劃還組織并實施重點項目以滿足國家戰(zhàn)略需求。該計劃的戰(zhàn)略目標(biāo)是動員中國的科學(xué)人才在農(nóng)業(yè)、能源、信息、資源與環(huán)境、人口與健康、材料等相關(guān)領(lǐng)域進行創(chuàng)新研究。

“863”計劃的目標(biāo)是提高我國的自主創(chuàng)新能力，特別是戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性高科技領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，以便在世界舞臺上站穩(wěn)腳跟，從而充分發(fā)揮高技術(shù)引領(lǐng)未來發(fā)展的先導(dǎo)作用。

因此，中國的石墨烯研究主要是為了掌握關(guān)鍵的新材料和先進的制造技術(shù)，從而提高工業(yè)競爭力，以便在具有深遠戰(zhàn)略意義的主要前沿領(lǐng)域?qū)で笸黄疲?gòu)建出一支高素質(zhì)的基礎(chǔ)研究隊伍，進而培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新能力的人才。

圖2顯示了政府支持的石墨烯相關(guān)項目數(shù)量的逐年變化趨勢?？梢钥闯?，自2006年起到2011年，石墨烯項目的數(shù)量一直保持不錯的增長趨勢，同時在2011年達到峰值共51個項目。之后的2012年和2013年，項目數(shù)量仍然保持很高的水平，其項目數(shù)量分別為44個和39個。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，可以初步推斷我國政府長期以來都比較支持石墨烯的研究。至于2014年和2015年，石墨烯相關(guān)項目的數(shù)量僅為1個。這是因為大多數(shù)國家科技報告都是在項目結(jié)束時才提交給系統(tǒng)，極有可能2014年或2015年建立的項目還沒有進入最后階段，所以尚未錄入到系統(tǒng)當(dāng)中，因此系統(tǒng)中2014年和2015年的項目很少。圖3所示為不同計劃每年支持的石墨烯項目數(shù)量。通過圖1和圖3，可以看到，自2006年以來，“973”計劃和“863”計劃一直是中國石墨烯研究的2大主要支持渠道。

 

圖2  石墨烯項目數(shù)量的逐年分布狀況（縱坐標(biāo)：項目數(shù)量/個；橫坐標(biāo)：年份）

 

圖3  不同計劃每年支持的石墨烯項目數(shù)量 

2.石墨烯研究中的技術(shù)布局

從不同技術(shù)領(lǐng)域石墨烯項目的數(shù)量情況（圖4）可以看出，我國政府支持的石墨烯研究主要集中在納米研究領(lǐng)域，其中納米研究領(lǐng)域的項目共有78個，占石墨烯研究項目總數(shù)的1/3以上。第2個重點研究領(lǐng)域是量子調(diào)控研究領(lǐng)域，共有21個項目。因為石墨烯作為一種新的納米復(fù)合材料，所以對于石墨烯的研究也就主要集中在納米研究和新材料技術(shù)上。此外，我國石墨烯研究還涉及到許多其他領(lǐng)域，如先進能源技術(shù)領(lǐng)域、分析儀器技術(shù)以及醫(yī)藥和生物技術(shù)領(lǐng)域等。 

圖4  不同技術(shù)領(lǐng)域石墨烯項目的數(shù)量情況 

圖5顯示了石墨烯相關(guān)項目在不同技術(shù)領(lǐng)域的逐年變化情況。其中，納米研究的項目數(shù)量一直保持著良好的增長趨勢，2002年為3個，2013年為22個。納米研究作為石墨烯研究的主要領(lǐng)域，也是石墨烯研究的持續(xù)快速增長領(lǐng)域。量子調(diào)控是石墨烯研究的另一個重點和熱點技術(shù)領(lǐng)域，2010、2011、2012和2013年分別有3、8、5和1個項目。類似于圖3，2014年和2015年很少有項目，這也可能是因為那些在2014年或2015年建立的項目沒有進入最后階段，所以提交給NST系統(tǒng)的報告很少。 

圖5  不同技術(shù)領(lǐng)域石墨烯項目逐年數(shù)量狀況 

3.石墨烯研究中研究機構(gòu)的分布

圖6列出了中國石墨烯研究項目中涉及的前20個研究機構(gòu)，分別為清華大學(xué)、中國科學(xué)院物理研究所、復(fù)旦大學(xué)、北京大學(xué)、廈門大學(xué)、南開大學(xué)、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國科學(xué)院化學(xué)研究所、南京大學(xué)、國家納米科學(xué)中心、吉林大學(xué)、北京科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科技大學(xué)、上海學(xué)院等。通過數(shù)據(jù)顯示，在這前20個研究機構(gòu)中，14個是大學(xué)，另外6個是中國科學(xué)院的研究所，可以發(fā)現(xiàn)，這前20個研究機構(gòu)中沒有企業(yè)的存在。從這一點來看，可以初步的得出結(jié)論，目前我國政府支持的石墨烯研究主要還處于研發(fā)初期和實驗室階段，并且主要是由大學(xué)和研究所進行。目前我國的石墨烯研究離工業(yè)應(yīng)用還有一點距離，相關(guān)技術(shù)也并未充分應(yīng)用于市場，研以致用并不十分充分。 

圖6  石墨烯研究項目承擔(dān)機構(gòu)（前20） 

圖7展示了我國石墨烯研究中主要機構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)。通過對數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，中國的大學(xué)和研究機構(gòu)在石墨烯研究方面進行了大量合作。圖中看出清華大學(xué)、北京大學(xué)和南開大學(xué)均與其他大學(xué)和研究機構(gòu)有較多的合作，其中清華大學(xué)與其他大學(xué)和研究機構(gòu)進行的合作最多，如與國家納米科學(xué)技術(shù)中心、上海交通大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、吉林大學(xué)、南開大學(xué)都有多合作。此外，發(fā)現(xiàn)有少數(shù)機構(gòu)存在自己的小團體合作網(wǎng)絡(luò)，典型的如四川大學(xué)、中國工程物理研究所和中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司之間的合作，以及上海應(yīng)用物理研究所、中科院理化所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和蘇州大學(xué)的合作。

 

圖7  中國石墨烯研究主要機構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò) 

4.石墨烯研究的關(guān)鍵學(xué)者

圖8展示了目前國內(nèi)石墨烯領(lǐng)域國家科技報告的頂尖學(xué)者。他們分別是中國科學(xué)院物理研究所的陳小龍、清華大學(xué)的石高全（已故）、廈門大學(xué)的田中群、北京理工大學(xué)的姜瀾、北京大學(xué)的劉忠范和清華大學(xué)的潘鳳。中國科學(xué)院物理研究所的陳小龍教授提交了7份國家科技報告，主要涉及石墨烯的可控制備、物理性能和器件測試。清華大學(xué)的石高全教授在提交的7份國家科技報告中重點關(guān)注石墨烯材料的宏觀可控制備及其應(yīng)用、石墨烯與石墨烯基超級電容器的可控組裝和復(fù)合。廈門大學(xué)的田仲群教授提交的5份國家科技報告主要圍繞石墨烯在輻射增強拉曼光譜儀中的開發(fā)和應(yīng)用。北京理工大學(xué)的姜瀾教授提交的3份國家科技報告，主要關(guān)注與石墨烯相關(guān)的激光微納米傳感器的新方法和尺度限制。北京大學(xué)的劉忠范教授在提交的3份國家科技報告中主要關(guān)注低維功能材料——新的狄拉克材料、石墨烯和拓撲絕緣體納米結(jié)構(gòu)及其衍生物。清華大學(xué)的潘鳳教授也提交了3份國家科技報告，研究領(lǐng)域主要集中在石墨烯/碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的非催化合成和場發(fā)射特性，離子束轟擊納米梯度結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其在記憶中的應(yīng)用。

 

圖8  石墨烯領(lǐng)域國家科技報告的頂尖學(xué)者 

三、結(jié)語

石墨烯作為一種新型納米材料，具有獨特的性能和廣闊的應(yīng)用前景，引起了全世界的極大關(guān)注。在以前的研究中，大多數(shù)學(xué)者會選擇論文和專利這2個數(shù)據(jù)源來評價石墨烯的研究狀況，用國家科技報告作為數(shù)據(jù)源來分析和評定石墨烯研究的嘗試很少。因此筆者從數(shù)據(jù)源角度進行創(chuàng)新，嘗試?yán)脟铱萍紙蟾鎭矸治瞿壳拔覈╊I(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。

根據(jù)上文對數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)從2006年到2015年，政府支持的石墨烯項目數(shù)量為184個，并呈現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢。在這184個項目中，國家基礎(chǔ)研究計劃( “973”計劃)共資助了141個項目，國家高技術(shù)研發(fā)計劃( “863”計劃)資助了32個項目。”973”計劃和”863”計劃是我國政府支持石墨烯研究的主要支撐渠道。因此，中國石墨烯研究的主要目的是在主要前沿領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，提高工業(yè)競爭力。

通過分析我國政府支持的石墨烯研究中的主要領(lǐng)域，發(fā)現(xiàn)我國目前對石墨烯的研究主要集中在納米研究領(lǐng)域，其項目數(shù)量占石墨烯項目總數(shù)的1/3以上，并且呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。石墨烯研究還涉及到一些其他熱點研究領(lǐng)域如：先進的能源技術(shù)、生物和醫(yī)療技術(shù)、測試和分析儀器技術(shù)。

我國石墨烯研究項目中涉及的前20名的研究機構(gòu)只包含大學(xué)或研究所，沒有企業(yè)進入前20的行列?？梢缘贸鼋Y(jié)論，我國的石墨烯研究目前主要集中在基礎(chǔ)的研發(fā)階段，相關(guān)技術(shù)并未充分應(yīng)用于市場，離工業(yè)應(yīng)用還有一定的距離。在合作網(wǎng)絡(luò)中可以看出，中國的大學(xué)和研究所確實在石墨烯研究方面進行了密切的合作。其中清華大學(xué)與其他大學(xué)和研究機構(gòu)的合作最多。此外，北京大學(xué)、南開大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等也與其他大學(xué)和研究所在石墨烯研究方面進行了大量合作。

中國科學(xué)院物理研究所的陳小龍、清華大學(xué)的石高全、廈門大學(xué)的田仲群、北京理工大學(xué)的蔣藍、北京大學(xué)的劉忠范和清華大學(xué)的潘鳳均為中國石墨烯的國家科技報告領(lǐng)域做出了重大貢獻。陳小龍教授專注于石墨烯的可控制備、物理性能和器件測試。石高全教授主要進行石墨烯材料的宏觀可控制備及其應(yīng)用，石墨烯與石墨烯基超級電容器的可控組裝和復(fù)合方面的研究。田仲群教授的研究主要圍繞石墨烯在輻射增強拉曼光譜儀中的開發(fā)和應(yīng)用展開研究。姜瀾教授致力于研究與石墨烯相關(guān)的激光微納米傳感器的新方法和尺度限制。劉忠范教授則對低維功能材料做了大量研究。潘鳳教授的研究主要是石墨烯/碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的非催化合成和場發(fā)射特性，以及離子束轟擊納米梯度結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其在記憶中的應(yīng)用。

總之，本文的研究通過選取國家科技報告作為一個全新的數(shù)據(jù)源，跳出了大多數(shù)學(xué)者選用論文和專利作為分析對象的模式，為我國的科學(xué)技術(shù)評估提供了一個新的思考方向。本文中用《國家科學(xué)技術(shù)報告》來揭示我國石墨烯領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，其他技術(shù)領(lǐng)域也可以在未來的研究中借鑒本文的研究模式。在未來的研究中，可以嘗試從國家科技報告中挖掘更多有價值的信息來完善該評估方法。 

作者：：鄭佳魏、曉旭

單位：中國科學(xué)技術(shù)信息研究所

DOI：10.19599/j.issn.1008-892x.2018.11.005