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(dú)特的結(jié)構(gòu)還有眾多復(fù)雜的物理特性，這種獨(dú)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(bào)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(jī)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(jì)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(jìn)行分析。王桂芳等人運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)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(jìn)行可視化分析時(shí)，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(jìn)行分析研究。Pan等人從文獻(xiàn)計(jì)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(jī)構(gòu)和學(xué)科的統(tǒng)計(jì)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(bào)告，從技術(shù)主題、時(shí)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(jìn)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(diǎn)的石墨烯研究機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jià)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(bào)告( STR )也是評價(jià)和計(jì)量分析科學(xué)技術(shù)研究的一個(gè)非常好的數(shù)據(jù)源。本文試圖從國家科技報(bào)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。科技報(bào)告是科技人員為了描述其從事的科研、設(shè)計(jì)、工程、試驗(yàn)和鑒定等活動(dòng)的過程、進(jìn)展和結(jié)果，按照規(guī)定格式編寫而成的特種文獻(xiàn)?？萍紙?bào)告具有如下特點(diǎn)：內(nèi)容詳盡，科研工作者依據(jù)科技報(bào)告中的描述能再現(xiàn)科研全過程；內(nèi)容會(huì)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(jìn)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(jìn)性、實(shí)用性等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，是促進(jìn)科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的重要信息資源和寶貴財(cái)富。國家科技報(bào)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(gè)綜合服務(wù)平臺，主要用于分享和交流財(cái)政援助項(xiàng)目中產(chǎn)生的科技報(bào)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(bào)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(bào)告類型、秘密級別、科學(xué)報(bào)告編號、摘要、關(guān)鍵詞、分類編號、計(jì)劃名稱、項(xiàng)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(xiàng)目概況

從2006年到2015年，NSTRS共收錄186個(gè)政府支持的石墨烯項(xiàng)目。其中，142個(gè)項(xiàng)目得到了中國國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃( “973”計(jì)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(gè)項(xiàng)目是國家高技術(shù)研發(fā)計(jì)劃( “863”計(jì)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(jì)劃和”863”計(jì)劃。

 

圖1  不同支持渠道下的石墨烯項(xiàng)目數(shù)量

（單位：個(gè)） 

“973”計(jì)劃遵循科學(xué)發(fā)展規(guī)律，借鑒國內(nèi)外重大項(xiàng)目組織的管理模式，如國家自然科學(xué)基金會(huì)現(xiàn)有的基礎(chǔ)研究項(xiàng)目和早期基礎(chǔ)研究重點(diǎn)項(xiàng)目，”973”計(jì)劃還組織并實(shí)施重點(diǎn)項(xiàng)目以滿足國家戰(zhàn)略需求。該計(jì)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)是動(dòng)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(jìn)行創(chuàng)新研究。

“863”計(jì)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(jìn)的制造技術(shù)，從而提高工業(yè)競爭力，以便在具有深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義的主要前沿領(lǐng)域?qū)で笸黄?，并?gòu)建出一支高素質(zhì)的基礎(chǔ)研究隊(duì)伍，進(jìn)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(xiàng)目數(shù)量的逐年變化趨勢?？梢钥闯觯?span lang="EN-US">2006年起到2011年，石墨烯項(xiàng)目的數(shù)量一直保持不錯(cuò)的增長趨勢，同時(shí)在2011年達(dá)到峰值共51個(gè)項(xiàng)目。之后的2012年和2013年，項(xiàng)目數(shù)量仍然保持很高的水平，其項(xiàng)目數(shù)量分別為44個(gè)和39個(gè)。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(xiàng)目的數(shù)量僅為1個(gè)。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)國家科技報(bào)告都是在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)才提交給系統(tǒng)，極有可能2014年或2015年建立的項(xiàng)目還沒有進(jìn)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(xiàng)目很少。圖3所示為不同計(jì)劃每年支持的石墨烯項(xiàng)目數(shù)量。通過圖1和圖3，可以看到，自2006年以來，“973”計(jì)劃和“863”計(jì)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(xiàng)目數(shù)量的逐年分布狀況（縱坐標(biāo)：項(xiàng)目數(shù)量/個(gè)；橫坐標(biāo)：年份）

 

圖3  不同計(jì)劃每年支持的石墨烯項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目共有78個(gè)，占石墨烯研究項(xiàng)目總數(shù)的1/3以上。第2個(gè)重點(diǎn)研究領(lǐng)域是量子調(diào)控研究領(lǐng)域，共有21個(gè)項(xiàng)目。因?yàn)槭┳鳛橐环N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(jìn)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(xiàng)目的數(shù)量情況 

圖5顯示了石墨烯相關(guān)項(xiàng)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(xiàng)目數(shù)量一直保持著良好的增長趨勢，2002年為3個(gè)，2013年為22個(gè)。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(gè)重點(diǎn)和熱點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，2010、2011、2012和2013年分別有3、8、5和1個(gè)項(xiàng)目。類似于圖3，2014年和2015年很少有項(xiàng)目，這也可能是因?yàn)槟切┰?span lang="EN-US">2014年或2015年建立的項(xiàng)目沒有進(jìn)入最后階段，所以提交給NST系統(tǒng)的報(bào)告很少。 

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

3.石墨烯研究中研究機(jī)構(gòu)的分布

圖6列出了中國石墨烯研究項(xiàng)目中涉及的前20個(gè)研究機(jī)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(gè)研究機(jī)構(gòu)中，14個(gè)是大學(xué)，另外6個(gè)是中國科學(xué)院的研究所，可以發(fā)現(xiàn)，這前20個(gè)研究機(jī)構(gòu)中沒有企業(yè)的存在。從這一點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室階段，并且主要是由大學(xué)和研究所進(jìn)行。目前我國的石墨烯研究離工業(yè)應(yīng)用還有一點(diǎn)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(xiàng)目承擔(dān)機(jī)構(gòu)（前20） 

圖7展示了我國石墨烯研究中主要機(jī)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(jī)構(gòu)在石墨烯研究方面進(jìn)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(jī)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(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)構(gòu)存在自己的小團(tuán)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(jī)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(jī)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(bào)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(bào)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(bào)告中重點(diǎn)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(bào)告主要圍繞石墨烯在輻射增強(qiáng)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(bào)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(bào)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?fù)浣^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(bào)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(bào)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(dú)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(huì)選擇論文和專利這2個(gè)數(shù)據(jù)源來評價(jià)石墨烯的研究狀況，用國家科技報(bào)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(jìn)行創(chuàng)新，嘗試?yán)脟铱萍紙?bào)告來分析目前我國石墨烯領(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(xiàng)目數(shù)量為184個(gè)，并呈現(xiàn)出持續(xù)增長趨勢。在這184個(gè)項(xiàng)目中，國家基礎(chǔ)研究計(jì)劃( “973”計(jì)劃)共資助了141個(gè)項(xiàng)目，國家高技術(shù)研發(fā)計(jì)劃( “863”計(jì)劃)資助了32個(gè)項(xiàng)目。”973”計(jì)劃和”863”計(jì)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(xiàng)目數(shù)量占石墨烯項(xiàng)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(diǎn)研究領(lǐng)域如：先進(jìn)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(xiàng)目中涉及的前20名的研究機(jī)構(gòu)只包含大學(xué)或研究所，沒有企業(yè)進(jìn)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(shí)在石墨烯研究方面進(jìn)行了密切的合作。其中清華大學(xué)與其他大學(xué)和研究機(jī)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(jìn)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(lán)、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(bào)告領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。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(jìn)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(qiáng)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(bào)告作為一個(gè)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(gè)新的思考方向。本文中用《國家科學(xué)技術(shù)報(bào)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(bào)告中挖掘更多有價(jià)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