美国佐治亚理工学院教授、中国国家纳米科学中心海外主任王中林院士2006年在美国《科学》上首次报道，成功地在纳米尺度下将机械能转换成电能，在世界上首次研制成功纳米发电机。
2008年，基于纤维的纳米发电机被英国Physics World评选为物理领域重大进展之一;英国New Scientist期刊把纳米发电机评为在未来十到三十年以后可以和手机的发明具有同等重要性和影响的十大重要技术之一;2009年，纳米压电电子学被MIT Technology Review评选为十大创新技术之一;2010年，纳米发电机被Discovery杂志评为纳米技术领域的20项重大发明之一;2011年，纳米发电机被欧盟委员会评为六大未来新兴技术之一，将在下一个十年里受到资助。
本专利分析的目的在于：聚焦纳米发电机这一重大前沿技术领域，了解其背后的机会或威胁，通过检索、收集相关专利资料，再将其整理、呈现、分析、解释，并进而提出推论或预测，用以获得有价值的专利讯息。利用专利分析结果，帮助技术来源者与技术实施企业有针对性第进行产学研合作，推动纳米发电机技术的产业化应用。
分析内容和方法
1）检索式的确定
根据分析主题，设定关键词（包括：技术术语、IPC分类、申请人、发明人等），并设计出专利组合检索策略，进行数据库检索。通过对纳米发电机技术专利进行预检索，发现该领域的中国专利数量最多。我们尝试了多个技术术语与IPC国际专利分类号的组合检索，为了保证中国专利检索的查全率，特设定“纳米发电机”、“纳米摩擦发电机”和“纳米压电发电机”3个中文检索词进行组合检索。
2）专利分析内容
最初由数据库进行预先检索所得的结果中专利数量是非常庞大的，并且其中并非都是与分析主题有直接关系的专利资料，必须依赖专利分析师与技术专家沟通判断，进行初步筛选以检核专利群是否符合要求。当检核结果符合要求时，再过滤出与主题内容有关的专利资料，最后进行专利分析工作。针对筛选后所得的专利资料进行统计分析，分析内容涉及：全球专利申请分析、专利申请人分析、专利发明人分析、重要技术分支分析、专利引用分析等。最后依据专利分析数据得出本报告的重要结论和建议。
1）专利申请量趋势分析
经检索，共得到624条纳米发电机技术相关专利。
全球首件纳米发电机专利是Piezoelectric and semiconducting coupled nanogenerators，由王中林教授所在的GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION申请。该专利最早的优先权是2005年12月20日的美国优先权60/752558。
图1 纳米发电机全球专利申请量趋势图
如图1纳米发电机全球专利申请量趋势图所示，2006年首件专利申请之后申请量在4年左右的时间内维持在每年10件左右的水平，表明该技术正处于“萌芽期”，尚未受到产业界的关注。大量该领域的专利申请主要发生在2010年以后，年度专利申请量的峰值出现在2013年，达到172件。由于2014-2017年的专利申请尚未全部公开，待这些专利全部公开后，预计这一时期的申请量将会仍然维持较高的水平。
从专利申请的时间分布来看，纳米发电机领域呈现明显的技术发展S曲线周期趋势，2005-2010年处于“萌芽期”。当技术处于萌芽期阶段时，技术风险大，企业投入意愿较低，主要是少数几个依靠政府资助的机构（如：GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION，KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY）参与技术研发，专利权人数、申请的专利数量均比较少。值得关注的是，萌芽期的专利申请人中也出现了几家电子巨头企业，如：SAMSUNG，HON HAI PRECISION INDUSTRY，表明该技术的产业价值受到关注。
图2 纳米发电机技术在技术生命周期图中的位置
2011年至今纳米发电机领域专利申请量剧增，专利申请人数量也增多，这标志着该技术领域进入了“成长期”阶段。在此阶段中，纳米新能源（唐山）有限责任公司（NEWNAGY(TANGSHAN),LLC）贡献了最多的专利申请量。此外，中国的国家纳米科学中心、北京纳米能源与系统研究所、韩国SAMSUNG ELECTRONICS纷纷加大投入到这一领域，表明该技术的开发和应用趋于活跃。由于目前高校和政府研究机构的专利申请量仍然高于公司的专利申请量，因此判断纳米发电机领域目前处于技术“成长期”前期阶段（如图2所示）。
2）专利申请国家分析
对624条纳米发电机技术相关专利按照申请的国家进行分析，其中中国、美国、韩国、欧洲和日本为最主要的申请国（如图3所示）。中国专利的申请量达390件，占据64%的全球专利申请量，这表明中国机构在纳米发电机领域具有技术优势，应用市场也受到最多关注。美国专利为93件，占据15%的全球专利申请量。韩国专利为56件，占据9%的全球专利申请量。欧洲和日本的专利申请量较少，表明在该区域的研发投入和市场化程度较弱。
图3 纳米发电机专利申请国分布
3）申请人及专利权人分析
从表1中纳米发电机全球专利权利人的排序可以发现，该领域的专利主要集中于研究机构和大学所拥有，因此该技术向企业应用端转化的空间很大。中国北京纳米能源与系统研究所的专利申请量（含受让的国家纳米科学中心专利）有159件，在全球该领域居首位，占据25.5%的专利申请量，表现出了最强的技术领先优势。纳米新能源（唐山）有限责任公司拥有134件专利申请，占据21.5%的专利申请量，排名第2。根据专利发明人进一步分析发现，纳米新能源（唐山）有限责任公司在成立初期相关技术主要由国家纳米科学中心的研发团队输入。在纳米发电机领域，中国专利权人处于领导地位，并且已经将其他国家的竞争对手拉开了相当大的距离。值得一提的是：中国专利权人的主要限于在本国申请专利，对其他国家的专利布局在数量上还不足以形成明显的优势。
表1 纳米发电机全球专利权人Top10
美国GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION、韩国KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY、SAMSUNG ELECTRONICS等机构也具有一定的专利布局和技术实力。
4）发明人分析
表2 纳米发电机全球专利发明人Top10
表2是纳米发电机领域全球专利发明人Top10。其中王中林教授独占鳌头，专利申请量总计为225件，占据纳米发电机领域全球专利中36%的申请量。该领域的专利发明人较为集中，顶尖技术专家主要来源于：NATIONAL CENTER FOR NANOSCIENCE & TECHNOLOGY（CN）、BEIJING INSTITUTE OF NANOENERGY & NANOSYSTEMS（CN）、NEWNAGY (TANGSHAN), LLC（CN）、GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION（US）、KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（KR）等5家机构。
5）IPC分类分析
表3 纳米发电机全球专利IPC分类
将纳米发电机专利进行IPC（国际专利分类号）统计和分析，得到的表3是按国际分类号大组排列的结果。可以看出纳米最主要的技术子领域按专利数量排序为：摩擦纳米发电机、压电器件、压电纳米发电机、以及纳米发电机电池组。该排序可以大致反映出纳米发电机最重要的技术子系统领域是在摩擦及压电纳米发电机的结构和制备方面，技术的焦点问题在于实现纳米发电机系统性能的完备。从表3中IPC分类大组中的专利分布可知，纳米发电机在监测、光伏、电疗、自供电、风力发电等领域均具有重要应用前景和价值。然而，迄今为止在这些应用领域的专利数量还不多，因此在挖掘应用端专利方面存在较大潜力。
6）专利引用分析
专利被引次数是体现专利价值的重要标准，被大量其它专利引用的专利对后续发明创造具有重要的启示作用和参考价值。由表4可知，GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION（发明人：王中林教授）拥有数量最多的高被引的核心专利，并且这些专利的申请日均在2010年以前，说明该机构为纳米发电机技术早期的核心发源地，对行业前期的技术创新具有领导和带动作用。王中林教授作为发明人的专利在高被引用专利排名中占据了前5席，并且在前20位的排名中占据了14席，说明其在行业中具有技术主导地位和领先的创新能力。在纳米发电机专利被引用次数排名前10强中纳米新能源(唐山)有限责任公司也拥有3项专利，表明该公司在该产业中处于较强势地位。
表4 纳米发电机专利被引用次数排序
重要结论和建议
本文通过全球专利数据库对纳米发电机技术相关专利申请进行组合检索，截止2017年6月1日共得到624条。根据专利申请量趋势变化与技术生命周期的关系发现：纳米发电机技术目前处于技术“成长期”前期阶段，该技术从高校和研究机构向企业应用端转化的空间很大。中国在纳米发电机领域具有技术优势，应用市场也受到最多关注。美国和韩国次之，欧洲和日本的研发投入和市场化程度较弱。
纳米发电机领域全球专利的申请人和发明人主要集中于NATIONAL CENTER FOR NANOSCIENCE & TECHNOLOGY（CN）、BEIJING INSTITUTE OF NANOENERGY & NANOSYSTEMS（CN）、NEWNAGY (TANGSHAN), LLC（CN）、GEORGIA TECH RESEARCH CORPORATION（US）、KOREA ADVANCED INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（KR）等5家机构。在专利核心发明人中，王中林教授的专利数量和质量均独占鳌头，其它核心技术专家也主要来源于王中林教授的研究团队。
通过对纳米发电机专利进行技术细分发现：摩擦纳米发电机、压电器件、压电纳米发电机、以及纳米发电机电池组是最主要的技术子领域，技术的焦点问题在于实现纳米发电机系统性能的完备。纳米发电机在监测、光伏、电疗、自供电、风力发电等领域均具有重要应用前景和价值，目前在挖掘应用端专利方面还存在较大潜力。
张彬彬，厦门大学能源研究院副研究员，新能源产业联盟知识产权部部长，国际TRIZ协会（MATRIZ）中国区域代表，入选全国专利信息实务人才，并拥有专利代理人资格。在运用TRIZ技术开发、专利分析、规避和布局等领域拥有丰富经验，其创新成果已申请50多项专利，曾为中广核、上海发电、陕鼓集团、石墨烯研究院等大型企业，以及多家互联网创新企业提供项目咨询服务。电子邮箱：zbb@xmu.edu.cn。
谢燕楠，博士，厦门大学能源学院能效工程研究所副所长，厦门市第八批“双百计划”海外高层次人才，师从“纳米发电机之父”王中林院士，在摩擦纳米发电机的基本工作原理和实际应用、自驱动力学传感系统、高性能紫外光电探测器方面取得了多项重要研究成果。在国际知名学术刊物上发表学术论文30 多篇，被引用972 次，H因子为17。申请4项中国专利。担任Advanced Functional Materials、Nano Energy等国际期刊审稿人。电子邮箱：yannanxie@xmu.edu.cn
没有评论:
发表评论