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(qiáng)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(chǔ)能和傳感器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。世界各國(guó)紛紛將石墨烯及其應(yīng)用技術(shù)作為長(zhǎng)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(dòng)和先機(jī)。

在這場(chǎng)石墨烯革命中，三星集團(tuán)無疑走在了全球競(jìng)爭(zhēng)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(qǐng)人。本文以三星集團(tuán)為研究對(duì)象，對(duì)其全球?qū)＠M(jìn)行宏觀統(tǒng)計(jì)、分析，重點(diǎn)針對(duì)專利技術(shù)構(gòu)成、研發(fā)團(tuán)隊(duì)、研發(fā)動(dòng)向進(jìn)行多角度、多層次的解析，全面反映出三星集團(tuán)在石墨烯領(lǐng)域的專利布局狀況和趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，為我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了幾點(diǎn)建議。

二、三星集團(tuán)石墨烯專利申請(qǐng)狀況

本文通過國(guó)家知識(shí)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(duì)2007—2015年9年間三星集團(tuán)石墨烯領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)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(qǐng)由于公開滯后的原因，數(shù)據(jù)不完整。

1.專利申請(qǐng)的整體情況

三星集團(tuán)在石墨烯領(lǐng)域共計(jì)申請(qǐng)484項(xiàng)，其申請(qǐng)量變化趨勢(shì)如圖1所示。2007年和2008年，三星申請(qǐng)量較小，分別為18項(xiàng)和10項(xiàng)，并且均來自于三星電子。從2009年開始，申請(qǐng)量進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，2011年達(dá)到120項(xiàng)，隨后略有下降。由于部分申請(qǐng)尚未公開，2014年和2015年的申請(qǐng)量較少。但可以預(yù)見，在未來幾年中，三星的申請(qǐng)量仍將保持穩(wěn)步發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

圖2是三星集團(tuán)各子公司申請(qǐng)量分布狀況。三星電子是三星集團(tuán)最早申請(qǐng)石墨烯相關(guān)專利的子公司，累計(jì)申請(qǐng)264項(xiàng)，占集團(tuán)總申請(qǐng)量的54.5%，成為當(dāng)之無愧的“龍頭”。此外，三星集團(tuán)參與石墨烯研發(fā)的子公司數(shù)量呈逐年遞增的趨勢(shì)，目前已經(jīng)達(dá)到11家，其中比較活躍的還有三星Techwin、三星電機(jī)、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(fèi)者更多驚喜與期待。

2.專利申請(qǐng)的主要技術(shù)構(gòu)成

三星集團(tuán)是韓國(guó)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(tuán)在石墨烯各技術(shù)分支專利申請(qǐng)總體狀況。三星十分重視石墨烯在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，共計(jì)申請(qǐng)393項(xiàng)，占總申請(qǐng)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(qǐng)量最大，為240項(xiàng)，占比49.6%。從主要應(yīng)用領(lǐng)域的申請(qǐng)人排名來看，由于三星各子公司在經(jīng)營(yíng)范圍和研發(fā)方向上的不同，它們的申請(qǐng)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(jī)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(xiàng)，光束照射法5項(xiàng)，氧化還原法和SiC外延生長(zhǎng)法各2項(xiàng)。由此可見，采用化學(xué)氣相沉積制備石墨烯是三星的重點(diǎn)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(gè)領(lǐng)域?qū)κ┎牧系囊蟆Ｓ纱丝梢?，三星選擇化學(xué)氣相沉積法是出于重點(diǎn)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(jì)申請(qǐng)30項(xiàng)，18項(xiàng)涉及化學(xué)氣相沉積裝置。

三、主要研發(fā)團(tuán)隊(duì)及其研發(fā)動(dòng)向

在一個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)相對(duì)成熟的大型企業(yè)中，真正影響重點(diǎn)技術(shù)研究的往往是一個(gè)或多個(gè)核心團(tuán)隊(duì)。因此，從研發(fā)團(tuán)隊(duì)入手，通過聚類分析，掌握并追蹤企業(yè)核心技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。三星集團(tuán)石墨烯領(lǐng)域的研發(fā)團(tuán)隊(duì)規(guī)模較大，以共同申請(qǐng)為研究對(duì)象，圖4展示了三星集團(tuán)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(tuán)隊(duì)。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(tuán)隊(duì)。此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)中個(gè)人申請(qǐng)量最大的發(fā)明人則是該研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(gè)不同的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)的重要成員，隸屬子公司以及重點(diǎn)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(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(tuán)隊(duì)間是如何進(jìn)行技術(shù)銜接和相互協(xié)作的。三星集團(tuán)中與CVD技術(shù)相關(guān)的研究團(tuán)隊(duì)主要是以ChoiJaeYoung和Song

YoungIl為首的兩大研究團(tuán)隊(duì)。其中，以ChoiJaeYoung為首的研究團(tuán)隊(duì)側(cè)重于CVD方法，以SongYoungIl為首的研究團(tuán)隊(duì)則側(cè)重于CVD設(shè)備。

（1）ChoiJaeYoung（崔在榮）

ChoiJaeYoung研究員不僅是三星集團(tuán)最活躍的石墨烯發(fā)明人，其領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)也是申請(qǐng)最早、涉足領(lǐng)域最多的團(tuán)隊(duì)。他的研究生涯大致可分為兩個(gè)階段。第一階段（2007~2008年）是他在三星先進(jìn)技術(shù)研究院任項(xiàng)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)HongByungHee教授的合作，兩人的主要研究成果在申請(qǐng)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(dòng)。第二階段（2009~2011年）是ChoiJaeYoung研究員晉升部門經(jīng)理后，研究對(duì)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，ChoiJaeYoung團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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）SongYoungIl（宋榮日）

SongYoungIl領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)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SongYoungIl研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(gè)團(tuán)隊(duì)在化學(xué)氣相沉積技術(shù)上一脈相承，而在時(shí)間分布和研發(fā)重點(diǎn)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(biāo)與其沉積時(shí)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(shí)際生產(chǎn)中達(dá)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(jī)械設(shè)計(jì)、加工和調(diào)試能力。一項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，必然要經(jīng)歷從小型試驗(yàn)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(xiǎn)高。因此，許多企業(yè)不愿承擔(dān)上述風(fēng)險(xiǎn)，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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。首先，三星集團(tuán)實(shí)力雄厚，研發(fā)投入巨大，能夠?yàn)槭┊a(chǎn)業(yè)化提供資金支持；其次，三星Techwin的前身是三星精密機(jī)械株式會(huì)社，后又涉足航空發(fā)動(dòng)機(jī)以及火炮等精密制造業(yè)，具有深厚的機(jī)械加工背景和技術(shù)儲(chǔ)備，由它負(fù)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(dú)特優(yōu)勢(shì)。

就這樣，三星電子完成前期工藝探索，三星Techwin接著進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，三星沒有因?yàn)槿耸伦儎?dòng)、領(lǐng)域切換等原因延遲石墨烯的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(shì)完成了一次“漂亮轉(zhuǎn)身”。

四、對(duì)我國(guó)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示

1.以市場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間的政策和資金的扶持才能達(dá)到市場(chǎng)自我循環(huán)的能力。目前，我國(guó)與美國(guó)、韓國(guó)、日本在重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域分布和申請(qǐng)主體上存在明顯差異。在應(yīng)用方面，我國(guó)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(zhǎng)，受政策因素影響更大，而在創(chuàng)新主體上以研究機(jī)構(gòu)為主。

作為該領(lǐng)域全球最大投資人，三星集團(tuán)本身是一家跨國(guó)企業(yè)集團(tuán)，研發(fā)方向更加側(cè)重于市場(chǎng)自由競(jìng)爭(zhēng)度更高、市場(chǎng)需求傳導(dǎo)性更強(qiáng)的電子領(lǐng)域。眾所周知，市場(chǎng)需求是影響技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的主要因素，市場(chǎng)內(nèi)生因素會(huì)引發(fā)對(duì)新技術(shù)、新功能和新應(yīng)用的需求。像三星集團(tuán)這樣的跨國(guó)公司技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)且具有長(zhǎng)遠(yuǎn)判斷力，通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的變革性創(chuàng)新，會(huì)努力開發(fā)出能夠?yàn)槠鋷眍I(lǐng)先于同業(yè)競(jìng)爭(zhēng)者并且可以獲得超額利潤(rùn)的技術(shù)，這使其在創(chuàng)立了全新市場(chǎng)并成為全新市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者的同時(shí)，也獲得了市場(chǎng)的先機(jī)。這些公司在選擇技術(shù)研發(fā)方向時(shí)也會(huì)優(yōu)先考慮市場(chǎng)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(chǎng)需求和容量越大的技術(shù)往往是他們的首選目標(biāo)。

從這個(gè)意義上講，一方面，三星集團(tuán)這樣的跨國(guó)集團(tuán)在石墨烯技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向值得重點(diǎn)關(guān)注；另一方面，培育企業(yè)、或企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合成為創(chuàng)新主體，對(duì)于提高資金使用效率、推動(dòng)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2.進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈布局，實(shí)現(xiàn)上、下游積極互動(dòng)

三星集團(tuán)對(duì)整個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了全面的布局和保護(hù)，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(gè)重要環(huán)節(jié)。而設(shè)備則與制備方法相對(duì)應(yīng)，進(jìn)行了同步保護(hù)。此外，涉及應(yīng)用的申請(qǐng)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(guó)石墨烯優(yōu)勢(shì)企業(yè)的布局重點(diǎn)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(huì)阻礙上、下游環(huán)節(jié)的聯(lián)系和互動(dòng)。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(shì)，上述銷售困難的問題就更加突出；同時(shí)，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(jìn)產(chǎn)品和后處理技術(shù)的動(dòng)機(jī)和方向，長(zhǎng)期缺乏市場(chǎng)的反饋循環(huán)，上、下游技術(shù)銜接就會(huì)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(jìn)，上游制備可能淪為人力或資金密集型產(chǎn)業(yè)，價(jià)值鏈向下游應(yīng)用傾斜，上游生產(chǎn)企業(yè)會(huì)逐漸陷入低附加值、低成本的惡性循環(huán)，對(duì)整個(gè)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(lì)優(yōu)勢(shì)企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒三星經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)適當(dāng)延伸產(chǎn)業(yè)鏈，向下游開發(fā)邁進(jìn)。

3.鼓勵(lì)建立區(qū)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，積極合作，形成技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

三星集團(tuán)的484項(xiàng)申請(qǐng)來自于多達(dá)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(jìng)爭(zhēng)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(jì)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(jìn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

從我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，石墨烯優(yōu)勢(shì)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(dú)與三星、IBM等國(guó)際巨頭競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)。但是，我國(guó)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(jī)構(gòu)可以建立區(qū)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)、研發(fā)和專利資源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，逐漸形成技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，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(jìn)制造業(yè)基地，是全國(guó)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(dá)，而蘇州、南京等地的科研機(jī)構(gòu)密集，基礎(chǔ)研究能力強(qiáng)，具有很好的互補(bǔ)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(dú)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(tuán)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。從研發(fā)成果和進(jìn)度上看，三星集團(tuán)在石墨烯領(lǐng)域整個(gè)產(chǎn)業(yè)布局上也是煞費(fèi)苦心，不僅具有清晰、統(tǒng)一的遠(yuǎn)景規(guī)劃，在具體實(shí)施上也做到了循序漸進(jìn)，重點(diǎn)突破，尤其是在自己所擅長(zhǎng)的電子器件、光電顯示和新能源等領(lǐng)域。我國(guó)企業(yè)也應(yīng)當(dāng)積極借鑒三星集團(tuán)在戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展中的經(jīng)驗(yàn)，走出一條符合我國(guó)國(guó)情的特色發(fā)展之路。