在轰轰烈烈石墨烯革命中，三星集团走在了全球竞争者的前列，它是石墨烯领域全球最大的投资者和专利申请人。本文以三星集团为研究对象，对其全球专利进行宏观统计、分析，重点针对专利技术构成、研发团队、研发动向进行多角度、多层次的解析，全面反映出三星集团在石墨烯领域的专利布局状况和趋势。在此基础上，为我国石墨烯产业发展提出了几点建议。

一、背景介绍

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有高导电性、高强度和超轻薄等特性，在电子、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等领域具有巨大的应用潜力。世界各国纷纷将石墨烯及其应用技术作为长期战略发展方向，以期在由石墨烯引发的新一轮产业革命中占据主动和先机。

在这场石墨烯革命中，三星集团无疑走在了全球竞争者的前列，它是石墨烯领域全球最大的投资者和专利申请人。本文以三星集团为研究对象，对其全球专利进行宏观统计、分析，重点针对专利技术构成、研发团队、研发动向进行多角度、多层次的解析，全面反映出三星集团在石墨烯领域的专利布局状况和趋势。在此基础上，为我国石墨烯产业发展提出了几点建议。

二、三星集团石墨烯专利申请状况

本文通过国家知识产权局 S 系统中的 DWPI 数据，用samsung、graphene以及其他相关关键词，对 2007—2015 年 9 年间三星集团石墨烯领域的专利申请进行检索，检索数据截止到 2015 年 12 月 31 日，其中 2014 年、2015 年的专利申请由于公开滞后的原因，数据不完整。

1. 专利申请的整体情况

三星集团在石墨烯领域共计申请 484 项，其申请量变化趋势如图 1 所示。2007 年和 2008 年，三星申请量较小，分别为 18 项和 10 项，并且均来自于三星电子。从 2009 年开始，申请量进入快速增长期，2011年达到120项，随后略有下降。由于部分申请尚未公开，2014 年和 2015 年的申请量较少。但可以预见，在未来几年中，三星的申请量仍将保持稳步发展的态势。

图 2 是三星集团各子公司申请量分布状况。三星电子是三星集团最早申请石墨烯相关专利的子公司，累计申请 264 项，占集团总申请量的 54.5%，成为当之无愧的“龙头”。此外，三星集团参与石墨烯研发的子公司数量呈逐年递增的趋势，目前已经达到 11 家，其中比较活跃的还有三星 Techwin、三星电机、三星LED、三星显示等，随着具有不同背景和研发方向的子公司的加入，三星的石墨烯产品也必将越来越丰富，并带给普通消费者更多惊喜与期待。

2. 专利申请的主要技术构成

三星集团是韩国第一大企业，业务涉及众多领域，因此，三星的专利构成也极为丰富。图 3 是三星集团在石墨烯各技术分支专利申请总体状况。三星十分重视石墨烯在各个领域的实际应用，共计申请 393 项，占总申请量的 81.2%。具体应用领域包括电子、能源、材料、光电、生物以及化学。其中，电子领域申请量最大，为 240 项，占比 49.6%。从主要应用领域的申请人排名来看，由于三星各子公司在经营范围和研发方向上的不同，它们的申请领域也各有侧重。例如，三星电子和三星 LED 侧重电子领域，三星 SDI 和三星电机则侧重能源领域。

其次，在制备方法方面，涉及化学气相沉积法（CVD）19 项，光束照射法 5 项，氧化还原法和 SiC外延生长法各 2 项。由此可见，采用化学气相沉积制备石墨烯是三星的重点研究方向。在最近三年里，三星陆续在柔性显示屏和晶体管领域取得重大突破，而化学气相沉积法制备出的高质量、大面积石墨烯薄膜恰恰满足了上述两个领域对石墨烯材料的要求。由此可见，三星选择化学气相沉积法是出于重点应用领域的需要。最后，制备方法和设备是密切联系的。在设备方面，三星共计申请 30 项，18 项涉及化学气相沉积装置。

三、主要研发团队及其研发动向

在一个研发机构相对成熟的大型企业中，真正影响重点技术研究的往往是一个或多个核心团队。因此，从研发团队入手，通过聚类分析，掌握并追踪企业核心技术发展状况是一个不错的选择。三星集团石墨烯领域的研发团队规模较大，以共同申请为研究对象，图 4 展示了三星集团前 20 位发明人之间的合作关系。发明人之间合作数量越多，则表明他们的研发方向可能相同或相近，属于同一研发团队。相反，合作数量越少，则表明他们的研发方向存在差异，不属于同一研发团队。此外，研发团队中个人申请量最大的发明人则是该研发团队的核心发明人。

经过聚类分析，20 位发明人中有 18 人来自三星，他们被归入 5 个不同的研发团队。每个团队的重要成员，隶属子公司以及重点研究方向如表 1 所示。其他两人 Hong Byung Hee 和 Ahn Jong Hyun 来自与三星有密切合作关系的成均馆大学。

下面以 CVD 技术为例，介绍各研发团队间是如何进行技术衔接和相互协作的。三星集团中与 CVD技术相关的研究团队主要是以 Choi Jae Young 和 Song

Young Il 为首的两大研究团队。其中，以 Choi Jae Young 为首的研究团队侧重于 CVD 方法，以 Song Young Il 为首的研究团队则侧重于 CVD 设备。

（1）Choi Jae Young（崔在荣）

Choi Jae Young 研究员不仅是三星集团最活跃的石墨烯发明人，其领导的研发团队也是申请最早、涉足领域最多的团队。他的研究生涯大致可分为两个阶段。第一阶段（2007~2008 年）是他在三星先进技术研究院任项目经理期间，研究方向更侧重于石墨烯的制备，尤其是化学气相沉积以及后续的石墨烯转移工艺。早在 2007 年，他就开始了与成均馆大学 Hong Byung Hee 教授的合作，两人的主要研究成果在申请专利后，陆续发表在 Nature和 Advanced Materials上，引起了石墨烯界不小的轰动。第二阶段（2009~2011 年）是 Choi Jae Young 研究员晋升部门经理后，研究对象趋于多元化，并主要以石墨烯应用为主。从技术路线上看，Choi Jae Young 团队使用了单片基底沉积石墨烯，这种技术可以制备出具有一定强度、层数可控的高质量石墨烯薄膜，但其尺寸仍然不能满足显示器制造领域的要求，离真正商用还有一段距离。

（2）Song Young Il（宋荣日）

Song Young Il 领导的研发团队主要致力于大尺寸石墨烯的化学气相沉积制备以及相关设备的研究。图5 展示了 Song Young Il 研发团队制备的大尺寸柔性石墨烯薄膜以及采用的“Roll-to-Roll”转移装置。这一技术可以连续大规模生产高质量、大面积的石墨烯薄膜，满足了石墨烯工业化应用的基本要求。

根据上面的分析可以看出，两个团队在化学气相沉积技术上一脉相承，而在时间分布和研发重点上存在差异。

众所周知，石墨烯薄膜的面积、层数、完整性等指标与其沉积时的工艺参数、设备密切相关，影响因素复杂。若想在实际生产中达到控制目的，不仅要增加前期工艺研发投入，还要具备相当的机械设计、加工和调试能力。一项技术从实验室走向工厂，必然要经历从小型试验装置到大型工业设备的转变，这一过程涉及的系统性因素更多，不确定性增加，投资巨大，风险高。因此，许多企业不愿承担上述风险，从而在新技术产业化道路上畏缩不前。

但是，三星 Techwin 在这方面具有得天独厚的优势。首先，三星集团实力雄厚，研发投入巨大，能够为石墨烯产业化提供资金支持；其次，三星 Techwin 的前身是三星精密机械株式会社，后又涉足航空发动机以及火炮等精密制造业，具有深厚的机械加工背景和技术储备，由它负责石墨烯薄膜设备以及密切相关的工艺过程研究，则是充分发挥了三星 Techwin 在加工制造领域的独特优势。

就这样，三星电子完成前期工艺探索，三星 Techwin 接着进行产业化，三星没有因为人事变动、领域切换等原因延迟石墨烯的产业化进程，反而利用技术研发的不同阶段和子公司各自优势完成了一次“漂亮转身”。

四、对我国石墨烯产业发展的启示

1. 以市场为导向、以企业为创新主体

作为战略新兴产业，石墨烯产业需要长时间的政策和资金的扶持才能达到市场自我循环的能力。目前，我国与美国、韩国、日本在重点应用领域分布和申请主体上存在明显差异。在应用方面，我国更加侧重材料、新能源领域，这些领域产业成熟期更长，受政策因素影响更大，而在创新主体上以研究机构为主。

作为该领域全球最大投资人，三星集团本身是一家跨国企业集团，研发方向更加侧重于市场自由竞争度更高、市场需求传导性更强的电子领域。众所周知，市场需求是影响技术发展趋势的主要因素，市场内生因素会引发对新技术、新功能和新应用的需求。像三星集团这样的跨国公司技术实力较强且具有长远判断力，通过对现有技术的变革性创新，会努力开发出能够为其带来领先于同业竞争者并且可以获得超额利润的技术，这使其在创立了全新市场并成为全新市场领导者的同时，也获得了市场的先机。这些公司在选择技术研发方向时也会优先考虑市场需求、容量以及技术复杂度等因素，技术复杂度越高，市场需求和容量越大的技术往往是他们的首选目标。

从这个意义上讲，一方面，三星集团这样的跨国集团在石墨烯技术领域的发展动向值得重点关注；另一方面，培育企业、或企业与科研机构联合成为创新主体，对于提高资金使用效率、推动石墨烯产业发展具有重大的现实 意义。

2. 进行全产业链布局，实现上、下游积极互动

三星集团对整个石墨烯产业链进行了全面的布局和保护，包括上游的制备方法、设备以及下游应用。上游的制备方法以化学气相沉积为主，涵盖了气相沉积、转移、后处理等多个重要环节。而设备则与制备方法相对应，进行了同步保护。此外，涉及应用的申请比例最高，囊括了电子、材料、能源等诸多热门领域。

相比之下，我国石墨烯优势企业的布局重点仍然是上游制备，下游应用布局少且领域单一，并未形成完整的“一体化”产业链，这种发展现状一定程度上会阻碍上、下游环节的联系和互动。具体而言，上游环节向下游环节输送产品和服务，在缺少下游应用企业的情况下，上游生产企业的产品销售就可能出现问题，尤其是石墨烯产品在大多数应用领域属于替代材料，并且在成本和性能上不占优势，上述销售困难的问题就更加突出；同时，下游环节向上游环节反馈信息，在缺少下游应用企业的情况下，石墨烯产品在应用当中出现的技术问题就无法得到有效反馈，上游企业也没有改进产品和后处理技术的动机和方向，长期缺乏市场的反馈循环，上、下游技术衔接就会被阻断。

随着石墨烯制备技术的逐渐成熟和产业推进，上游制备可能沦为人力或资金密集型产业，价值链向下游应用倾斜，上游生产企业会逐渐陷入低附加值、低成本的恶性循环，对整个石墨烯产业的健康发展不利。因此，从产业发展的角度考虑，应当鼓励优势企业学习借鉴三星经验，根据自身优势适当延伸产业链，向下游开发迈进。

3. 鼓励建立区域产业联盟，积极合作，形成技术和竞争优势

三星集团的 484 项申请来自于多达 11 家子公司，也就是说，这些子公司组成了联合体，共同参与到石墨烯专利技术的竞争中。这样的发展模式不仅有于制定统一的商业开发计划，合理分配资金和研发资源，避免重复、低效投入，在技术上还可以相互促进，取长补短。

从我国的产业发展现状来看，石墨烯优势企业主要是小型企业，研发水平不高，盈利能力弱，还没有出现能够单独与三星、IBM 等国际巨头竞争的企业。但是，我国已经初步形成了一些石墨烯特色发展区域，在这些区域中的企业和研究机构可以建立区域产业联盟，实现产业、研发和专利资源优势互补，逐渐形成技术和竞争优势，建立起共同抵御外部挑战的能力。以江苏为例，石墨烯研发和生产主要集中在常州、无锡、苏州等环太湖地区，这一地区是有全球影响力的先进制造业基地，是全国科技创新与技术研发基地。这些为石墨烯技术开发无锡石墨烯产业发达，而苏州、南京等地的科研机构密集，基础研究能力强，具有很好的互补性，这为建立区域合作和产业联盟创造了得天独厚的条件。因此，可以考虑建立环太湖地区石墨烯产业联盟和全球领先的石墨烯产业基地。

三星集团在新兴技术研发领域表现出的高效率令人钦佩，也使其在市场竞争中占得先机。从研发成果和进度上看，三星集团在石墨烯领域整个产业布局上也是煞费苦心，不仅具有清晰、统一的远景规划，在具体实施上也做到了循序渐进，重点突破，尤其是在自己所擅长的电子器件、光电显示和新能源等领域。我国企业也应当积极借鉴三星集团在战略新兴产业技术发展中的经验，走出一条符合我国国情的特色发展之路。