石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的苯環結構，它不僅有碳原子獨特的結構還有眾多複雜的物理特性，這種獨特的材料未來有望對材料科學、電子信息和納米技術產生重大影響。由於其特殊的結構和微小的直徑，它可以用作半導體、集成電路元件和傳感器裝置。據報道，這種二維形式的碳結構有望為未來的設備製造和材料科學的研究開闢新的機遇[ 1 - 3]。因此，這種具有巨大工業前景的單層二維材料吸引了全世界的廣泛研究。目前業界對於石墨烯研究前沿的分析以及石墨烯技術和石墨烯產業發展的研究對世界各地的決策者來說都很重要。近年來，許多學者還將科學計量學作為定量分析方法應用到石墨烯的研究當中，主要從論文和專利的角度對石墨烯的研究狀況進行分析。王桂芳等人運用文獻計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。在進行可視化分析時，由於石墨烯研究的潛在應用，對近5年來的研究選擇專利關鍵詞的聚類分布進行分析研究。Pan等人從文獻計量學的角度分析了石墨烯的研究前沿和中國石墨烯研究的發展趨勢。他們通過對國家、研究機構和學科的統計和分析，發現自2005年以來，石墨烯相關研究快速發展，並且主要集中在高分子物理、材料科學和應用物理學科。英國知識產權局發布的2013年全球石墨烯研究專利分析報告，從技術主題、時區和相關專業指數的角度對各國在石墨烯領域的研發潛力進行了比較分析。Gridlogics 技術公司還基於專利布局、合作和關鍵技術對重點的石墨烯研究機構進行了深入研究。
從上述對其他學者研究的論述中發現，論文和專利這2種數據源被廣泛的用來評價石墨烯的研究。然而，少有學者在研究中注意到國家科技報告( STR )也是評價和計量分析科學技術研究的一個非常好的數據源。本文試圖從國家科技報告（ NST)度量分析的角度揭示我國石墨烯領域的研究現狀和發展趨勢。科技報告是科技人員為了描述其從事的科研、設計、工程、試驗和鑑定等活動的過程、進展和結果，按照規定格式編寫而成的特種文獻。科技報告具有如下特點：內容詳盡，科研工作者依據科技報告中的描述能再現科研全過程；內容會涉及很多不能公開發布的技術信息，需要通過劃分密級、限制使用範圍等手段進行交流共享；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，但大都不經過同行專家的評審和專業編輯人員的審查。它在記述技術先進性、實用性等方面具有獨特優勢，是促進科學技術迅速發展的重要信息資源和寶貴財富。
國家科技報告服務系統( NSTRS )於2014年3月1日正式開放，該系統是一個綜合服務平台，主要用於分享和交流財政援助項目中產生的科技報告。它可以為科研人員提供基礎科研信息，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品。
本文從NSTRS檢索並下載了與石墨烯相關的科技報告( STR )，檢索截止日期是2018年10月9日。下載的數據中的元素包括標題、作者、作者單位、報告類型、秘密級別、科學報告編號、摘要、關鍵詞、分類編號、計劃名稱、項目名稱和編號、承諾單位、完成日期等。
二、分析
1.政府支持下的石墨烯項目概況
從2006年到2015年，NSTRS共收錄186個政府支持的石墨烯項目。其中，142個項目得到了中國國家基礎研究計劃( 「973」計劃)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個項目是國家高技術研發計劃( 「863」計劃)所支持的。可以初步得出結論，我國政府支持的石墨烯研究主要來自」973」計劃和」863」計劃。
圖1 不同支持渠道下的石墨烯項目數量
「973」計劃遵循科學發展規律，借鑑國內外重大項目組織的管理模式，如國家自然科學基金會現有的基礎研究項目和早期基礎研究重點項目，」973」計劃還組織並實施重點項目以滿足國家戰略需求。該計劃的戰略目標是動員中國的科學人才在農業、能源、信息、資源與環境、人口與健康、材料等相關領域進行創新研究。
「863」計劃的目標是提高我國的自主創新能力，特別是戰略性、前沿性和前瞻性高科技領域的創新能力，以便在世界舞台上站穩腳跟，從而充分發揮高技術引領未來發展的先導作用。
因此，中國的石墨烯研究主要是為了掌握關鍵的新材料和先進的製造技術，從而提高工業競爭力，以便在具有深遠戰略意義的主要前沿領域尋求突破，並構建出一支高素質的基礎研究隊伍，進而培養一批具有創新能力的人才。
圖2顯示了政府支持的石墨烯相關項目數量的逐年變化趨勢。可以看出，自2006年起到2011年，石墨烯項目的數量一直保持不錯的增長趨勢，同時在2011年達到峰值共51個項目。之後的2012年和2013年，項目數量仍然保持很高的水平，其項目數量分別為44個和39個。根據數據顯示，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。至於2014年和2015年，石墨烯相關項目的數量僅為1個。這是因為大多數國家科技報告都是在項目結束時才提交給系統，極有可能2014年或2015年建立的項目還沒有進入最後階段，所以尚未錄入到系統當中，因此系統中2014年和2015年的項目很少。圖3所示為不同計劃每年支持的石墨烯項目數量。通過圖1和圖3，可以看到，自2006年以來，「973」計劃和「863」計劃一直是中國石墨烯研究的2大主要支持渠道。
圖2 石墨烯項目數量的逐年分布狀況
圖3 不同計劃每年支持的石墨烯項目數量
2.石墨烯研究中的技術布局
從不同技術領域石墨烯項目的數量情況（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域，其中納米研究領域的項目共有78個，占石墨烯研究項目總數的1/3以上。第2個重點研究領域是量子調控研究領域，共有21個項目。因為石墨烯作為一種新的納米復合材料，所以對於石墨烯的研究也就主要集中在納米研究和新材料技術上。此外，我國石墨烯研究還涉及到許多其他領域，如先進能源技術領域、分析儀器技術以及醫藥和生物技術領域等。
圖4 不同技術領域石墨烯項目的數量情況
圖5顯示了石墨烯相關項目在不同技術領域的逐年變化情況。其中，納米研究的項目數量一直保持著良好的增長趨勢，2002年為3個，2013年為22個。納米研究作為石墨烯研究的主要領域，也是石墨烯研究的持續快速增長領域。量子調控是石墨烯研究的另一個重點和熱點技術領域，2010、2011、2012和2013年分別有3、8、5和1個項目。類似於圖3，2014年和2015年很少有項目，這也可能是因為那些在2014年或2015年建立的項目沒有進入最後階段，所以提交給NST系統的報告很少。
圖5 不同技術領域石墨烯項目逐年數量狀況
3.石墨烯研究中研究機構的分布
圖6列出了中國石墨烯研究項目中涉及的前20個研究機構，分別為清華大學、中國科學院物理研究所、復旦大學、北京大學、廈門大學、南開大學、中國科學院大連化學物理研究所、中國科學院化學研究所、南京大學、國家納米科學中心、吉林大學、北京科技大學、上海交通大學、中國科技大學、上海學院等。通過數據顯示，在這前20個研究機構中，14個是大學，另外6個是中國科學院的研究所，可以發現，這前20個研究機構中沒有企業的存在。從這一點來看，可以初步的得出結論，目前我國政府支持的石墨烯研究主要還處於研發初期和實驗室階段，並且主要是由大學和研究所進行。目前我國的石墨烯研究離工業應用還有一點距離，相關技術也並未充分應用於市場，研以致用並不十分充分。
圖6 石墨烯研究項目承擔機構（前20）
圖7展示了我國石墨烯研究中主要機構的合作網絡。通過對數據的分析，可以發現，中國的大學和研究機構在石墨烯研究方面進行了大量合作。圖中看出清華大學、北京大學和南開大學均與其他大學和研究機構有較多的合作，其中清華大學與其他大學和研究機構進行的合作最多，如與國家納米科學技術中心、上海交通大學、北京大學、復旦大學、浙江大學、哈爾濱工業大學、華中科技大學、北京理工大學、吉林大學、南開大學都有多合作。此外，發現有少數機構存在自己的小團體合作網絡，典型的如四川大學、中國工程物理研究所和中國科學院成都有機化學有限公司之間的合作，以及上海應用物理研究所、中科院理化所、中國科學技術大學和蘇州大學的合作。
圖7 中國石墨烯研究主要機構的合作網絡
4.石墨烯研究的關鍵學者
圖8展示了目前國內石墨烯領域國家科技報告的頂尖學者。他們分別是中國科學院物理研究所的陳小龍、清華大學的石高全（已故）、廈門大學的田中群、北京理工大學的姜瀾、北京大學的劉忠范和清華大學的潘鳳。中國科學院物理研究所的陳小龍教授提交了7份國家科技報告，主要涉及石墨烯的可控制備、物理性能和器件測試。清華大學的石高全教授在提交的7份國家科技報告中重點關注石墨烯材料的宏觀可控制備及其應用、石墨烯與石墨烯基超級電容器的可控組裝和復合。廈門大學的田仲群教授提交的5份國家科技報告主要圍繞石墨烯在輻射增強拉曼光譜儀中的開發和應用。北京理工大學的姜瀾教授提交的3份國家科技報告，主要關注與石墨烯相關的雷射微納米傳感器的新方法和尺度限制。北京大學的劉忠范教授在提交的3份國家科技報告中主要關注低維功能材料——新的狄拉克材料、石墨烯和拓撲絕緣體納米結構及其衍生物。清華大學的潘鳳教授也提交了3份國家科技報告，研究領域主要集中在石墨烯/碳納米管復合結構的非催化合成和場發射特性，離子束轟擊納米梯度結構的構建及其在記憶中的應用。
圖8 石墨烯領域國家科技報告的頂尖學者
三、結語
石墨烯作為一種新型納米材料，具有獨特的性能和廣闊的應用前景，引起了全世界的極大關注。在以前的研究中，大多數學者會選擇論文和專利這2個數據源來評價石墨烯的研究狀況，用國家科技報告作為數據源來分析和評定石墨烯研究的嘗試很少。因此筆者從數據源角度進行創新，嘗試利用國家科技報告來分析目前我國石墨烯領域的研究現狀和未來發展趨勢。
根據上文對數據的分析，可以發現從2006年到2015年，政府支持的石墨烯項目數量為184個，並呈現出持續增長趨勢。在這184個項目中，國家基礎研究計劃( 「973」計劃)共資助了141個項目，國家高技術研發計劃( 「863」計劃)資助了32個項目。」973」計劃和」863」計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域實現突破，提高工業競爭力。
通過分析我國政府支持的石墨烯研究中的主要領域，發現我國目前對石墨烯的研究主要集中在納米研究領域，其項目數量占石墨烯項目總數的1/3以上，並且呈現持續增長的趨勢。石墨烯研究還涉及到一些其他熱點研究領域如：先進的能源技術、生物和醫療技術、測試和分析儀器技術。
我國石墨烯研究項目中涉及的前20名的研究機構只包含大學或研究所，沒有企業進入前20的行列。可以得出結論，我國的石墨烯研究目前主要集中在基礎的研發階段，相關技術並未充分應用於市場，離工業應用還有一定的距離。在合作網絡中可以看出，中國的大學和研究所確實在石墨烯研究方面進行了密切的合作。其中清華大學與其他大學和研究機構的合作最多。此外，北京大學、南開大學、復旦大學等也與其他大學和研究所在石墨烯研究方面進行了大量合作。
中國科學院物理研究所的陳小龍、清華大學的石高全、廈門大學的田仲群、北京理工大學的蔣藍、北京大學的劉忠范和清華大學的潘鳳均為中國石墨烯的國家科技報告領域做出了重大貢獻。陳小龍教授專注於石墨烯的可控制備、物理性能和器件測試。石高全教授主要進行石墨烯材料的宏觀可控制備及其應用，石墨烯與石墨烯基超級電容器的可控組裝和復合方面的研究。田仲群教授的研究主要圍繞石墨烯在輻射增強拉曼光譜儀中的開發和應用展開研究。姜瀾教授致力於研究與石墨烯相關的雷射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/碳納米管復合結構的非催化合成和場發射特性，以及離子束轟擊納米梯度結構的構建及其在記憶中的應用。
總之，本文的研究通過選取國家科技報告作為一個全新的數據源，跳出了大多數學者選用論文和專利作為分析對象的模式，為我國的科學技術評估提供了一個新的思考方向。本文中用《國家科學技術報告》來揭示我國石墨烯領域的現狀和發展趨勢，其他技術領域也可以在未來的研究中借鑑本文的研究模式。在未來的研究中，可以嘗試從國家科技報告中挖掘更多有價值的信息來完善該評估方法。
來源：新材料產業