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(lǐng)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(shù)構(gòu)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(lǐng)域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎(chǔ)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(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料，具有高導(dǎo)電性、高強度和超輕薄等特性，在電子、光學(xué)、磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、催化、儲能和傳感器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。世界各國紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)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(lǐng)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(shù)構(gòu)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(lǐng)域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎(chǔ)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(quán)局 S 系統(tǒng)中的 DWPI 數(shù)據(jù)，用samsung、graphene以及其他相關(guān)關(guān)鍵詞，對 2007—2015 年 9 年間三星集團石墨烯領(lǐng)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(lǐng)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(yù)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(guān)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(dāng)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(shù)構(gòu)成

三星集團是韓國第一大企業(yè)，業(yè)務(wù)涉及眾多領(lǐng)域，因此，三星的專利構(gòu)成也極為豐富。圖 3 是三星集團在石墨烯各技術(shù)分支專利申請總體狀況。三星十分重視石墨烯在各個領(lǐng)域的實際應(yīng)用，共計申請 393 項，占總申請量的 81.2%。具體應(yīng)用領(lǐng)域包括電子、能源、材料、光電、生物以及化學(xué)。其中，電子領(lǐng)域申請量最大，為 240 項，占比 49.6%。從主要應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域也各有側(cè)重。例如，三星電子和三星 LED 側(cè)重電子領(lǐng)域，三星 SDI 和三星電機則側(cè)重能源領(lǐng)域。

其次，在制備方法方面，涉及化學(xué)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(xué)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(lǐng)域取得重大突破，而化學(xué)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(lǐng)域?qū)κ┎牧系囊?。由此可見，三星選擇化學(xué)氣相沉積法是出于重點應(yīng)用領(lǐng)域的需要。最后，制備方法和設(shè)備是密切聯(lián)系的。在設(shè)備方面，三星共計申請 30 項，18 項涉及化學(xué)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(gòu)相對成熟的大型企業(yè)中，真正影響重點技術(shù)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(shù)發(fā)展狀況是一個不錯的選擇。三星集團石墨烯領(lǐng)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(guān)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 Hong Byung Hee 和 Ahn Jong Hyun 來自與三星有密切合作關(guān)系的成均館大學(xué)。

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

Young Il 為首的兩大研究團隊。其中，以 Choi Jae Young 為首的研究團隊側(cè)重于 CVD 方法，以 Song Young Il 為首的研究團隊則側(cè)重于 CVD 設(shè)備。

（1）Choi Jae Young（崔在榮）

Choi Jae Young 研究員不僅是三星集團最活躍的石墨烯發(fā)明人，其領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團隊也是申請最早、涉足領(lǐng)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(shù)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(xué)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(xué) Hong Byung Hee 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 Advanced Materials上，引起了石墨烯界不小的轟動。第二階段（2009~2011 年）是 Choi Jae Young 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(yīng)用為主。從技術(shù)路線上看，Choi Jae Young 團隊使用了單片基底沉積石墨烯，這種技術(shù)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(lǐng)域的要求，離真正商用還有一段距離。

（2）Song Young Il（宋榮日）

Song Young Il 領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團隊主要致力于大尺寸石墨烯的化學(xué)氣相沉積制備以及相關(guān)設(shè)備的研究。圖5 展示了 Song Young Il 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(shù)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(yīng)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(xué)氣相沉積技術(shù)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(shè)備密切相關(guān)，影響因素復(fù)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(dāng)?shù)臋C械設(shè)計、加工和調(diào)試能力。一項技術(shù)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(shè)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(fēng)險高。因此，許多企業(yè)不愿承擔(dān)上述風(fēng)險，從而在新技術(shù)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(shù)儲備，由它負責(zé)石墨烯薄膜設(shè)備以及密切相關(guān)的工藝過程研究，則是充分發(fā)揮了三星 Techwin 在加工制造領(lǐng)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(lǐng)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(shù)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(dǎo)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(yīng)用領(lǐng)域分布和申請主體上存在明顯差異。在應(yīng)用方面，我國更加側(cè)重材料、新能源領(lǐng)域，這些領(lǐng)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(gòu)為主。

作為該領(lǐng)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(dǎo)性更強的電子領(lǐng)域。眾所周知，市場需求是影響技術(shù)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(shù)、新功能和新應(yīng)用的需求。像三星集團這樣的跨國公司技術(shù)實力較強且具有長遠判斷力，通過對現(xiàn)有技術(shù)的變革性創(chuàng)新，會努力開發(fā)出能夠為其帶來領(lǐng)先于同業(yè)競爭者并且可以獲得超額利潤的技術(shù)，這使其在創(chuàng)立了全新市場并成為全新市場領(lǐng)導(dǎo)者的同時，也獲得了市場的先機。這些公司在選擇技術(shù)研發(fā)方向時也會優(yōu)先考慮市場需求、容量以及技術(shù)復(fù)雜度等因素，技術(shù)復(fù)雜度越高，市場需求和容量越大的技術(shù)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(shù)領(lǐng)域的發(fā)展動向值得重點關(guān)注；另一方面，培育企業(yè)、或企業(yè)與科研機構(gòu)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(shè)備以及下游應(yīng)用。上游的制備方法以化學(xué)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(shè)備則與制備方法相對應(yīng)，進行了同步保護。此外，涉及應(yīng)用的申請比例最高，囊括了電子、材料、能源等諸多熱門領(lǐng)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(yīng)用布局少且領(lǐng)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(wù)，在缺少下游應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)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(yīng)用企業(yè)的情況下，石墨烯產(chǎn)品在應(yīng)用當(dāng)中出現(xiàn)的技術(shù)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(shù)的動機和方向，長期缺乏市場的反饋循環(huán)，上、下游技術(shù)銜接就會被阻斷。

隨著石墨烯制備技術(shù)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(yīng)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(yīng)當(dāng)鼓勵優(yōu)勢企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒三星經(jīng)驗，根據(jù)自身優(yōu)勢適當(dāng)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(shù)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(shù)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(fù)、低效投入，在技術(shù)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(gòu)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(shù)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(shù)研發(fā)基地。這些為石墨烯技術(shù)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(gòu)密集，基礎(chǔ)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(lǐng)先的石墨烯產(chǎn)業(yè)基地。

三星集團在新興技術(shù)研發(fā)領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)域。我國企業(yè)也應(yīng)當(dāng)積極借鑒三星集團在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)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。