第5期 矿严保护与利用 2018年10月 CONSERVATION AND UTILIZATION OF MINERAL RESOURCES Oct.2018 国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 马丹丹,郭敏,段庆锋 (1.中北大学经济与管理学院,山西太原0300512.山西财经大学管理科学与工程学院,山西太原030006) 摘要:对比分析国内外石墨烯复合材料领域的硏究动态和发展趋势,追踪国内外研究前沿与热点,探究未来 石墨烯复合材料领域的研究趋势。以 Web of science和CNKI数据库中200-017年石墨烯复合材料相关文 献为研究对象,借助 EXCEL绘图功能和信息可视化软件 CiteSpace,结合国家五年规划发展阶段从研究现状、热 点和前沿方面进行计量和可视化对比分析。研究发现国内以外文平台为研究“阵地”,国内外研究热点和前沿 基本一致却各有侧重。氧化石墨烯、碳纳米管和电极研发为热点主流,国外偏向石墨烯复合材料的中端应用研 究,国内研究则看好新型功能材料这一未来领域;石墨烯分散性、电化学性能为国际前沿,偏向在功能化复合材 料应用,而国内相关产业布局尚处于初期阶段,应注重突破下游企业应用研究。 关键词:石墨烯;复合材料;文献计量;知识图谱 中图分类号:Q050.4·3文献标识码:A文章编号:1001-0076(2018)05-0020 DOl:10.1379/j.cnki.issn001-0076.2018.05.003 Visualization Analysis of the Graphene Composite Materials Research Situation at Home and abroad MA Dandan, GUO Min, DUAN Qingfeng (1. College of Economics and Management, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2 School of Management Science and Engineering, Shanxi University of Finance and Economics, Taiyuan 030051, China) Abstract: The research trends of graphene composites at home and abroad are compared and ana- lyzed, and the research frontiers and hot spots at home and abroad are traced to explore the research trends of graphene composites in the future. Based on the literature related to graphene composites from 2006 to 2017 in Web of Science and CNKI database, this paper makes quantitative and visual comparative analysis on the research status, hot spots and frontiers of graphene composites with the help of EXCEL drawing function and information visualization software CiteSpace. The research finds that the domestic and foreign platforms are the research"position", while the domestic and foreign research hotspots and frontiers are basically the same, but each has its own emphasis. Graphene ide,carbon nanotubes and electrodes have become the mainstream of research and development,and the mid -end applications of graphene -biased composites are preferred in foreign countries. Domes- tie research looks forward to the new functional materials as a future field. Graphene dispersity an electrochemical properties are the intemational frontier, and tend to be used in functional composite erials. However, the domestic industrial layout is still in its infancy, so it is necessary to break through the application of downstream enterprises Key words: graphene; composite materials; bibliometrics; knowledge ma *收稿日期:2018-09-07 基金项目:山西省高等学校晢学社会科学研究基地项目“山西省煤基低碳产业创新链技术预测研究”(2016325) 作者简介:马丹丹(1991-),女,硕土研究生,主要研究方向为数据挖掘、创新管理,E-mail: madandanjackson00@163 通信作者:郭敏(1969-),男,教授,博士生导师,主要研究方向为物流与供应链管理、创新管理,E-mail: guomin_like@si
第 ５期 ２０１８年 １０月 矿 产 保 护 与 利 用 ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮＡＮＤＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮＯＦＭＩＮＥＲＡＬＲＥＳＯＵＲＣＥＳ №．５ Ｏｃｔ．２０１８ 国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 马丹丹１ ，郭敏１ ，段庆锋２ （１．中北大学 经济与管理学院，山西 太原 ０３００５１；２．山西财经大学 管理科学与工程学院，山西 太原 ０３０００６） 摘 要：对比分析国内外石墨烯复合材料领域的研究动态和发展趋势，追踪国内外研究前沿与热点，探究未来 石墨烯复合材料领域的研究趋势。以 ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ和 ＣＮＫＩ数据库中 ２００６—２０１７年石墨烯复合材料相关文 献为研究对象，借助 ＥＸＣＥＬ绘图功能和信息可视化软件 ＣｉｔｅＳｐａｃｅ，结合国家五年规划发展阶段从研究现状、热 点和前沿方面进行计量和可视化对比分析。研究发现国内以外文平台为研究“阵地”，国内外研究热点和前沿 基本一致却各有侧重。氧化石墨烯、碳纳米管和电极研发为热点主流，国外偏向石墨烯复合材料的中端应用研 究，国内研究则看好新型功能材料这一未来领域；石墨烯分散性、电化学性能为国际前沿，偏向在功能化复合材 料应用，而国内相关产业布局尚处于初期阶段，应注重突破下游企业应用研究。 关键词：石墨烯；复合材料；文献计量；知识图谱 中图分类号：ＴＱ０５０．４＋３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－００７６（２０１８）０５－００２０－０８ ＤＯＩ：１０．１３７７９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００１－００７６．２０１８．０５．００３ ＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＧｒａｐｈｅｎｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｉｔｕａｔｉｏｎａｔＨｏｍｅａｎｄＡｂｒｏａｄ ＭＡＤａｎｄａｎ１ ，ＧＵＯＭｉｎ１ ，ＤＵＡＮＱｉｎｇｆｅｎｇ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００５１，Ｃｈｉｎａ；２． ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＦｉｎａｎｃｅａｎｄＥｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｔｒｅｎｄｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａ ｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｒｏｎｔｉｅｒｓａｎｄｈｏｔｓｐｏｔｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅｔｒａｃｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｒｅｎｄｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｒｏｍ２００６ｔｏ２０１７ｉｎＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＣＮＫＩｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｎｄｖｉｓｕａｌ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓ，ｈｏｔｓｐｏｔｓａｎｄｆｒｏｎｔｉｅｒｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｔｈｅ ｈｅｌｐｏｆＥＸＣＥＬｄｒａｗｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＣｉｔｅＳｐａｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｎｄｓ ｔｈａｔｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｐｌａｔｆｏｒｍｓａｒｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ“ｐｏｓｉｔｉｏｎ”，ｗｈｉｌｅｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｓａｎｄｆｒｏｎｔｉｅｒｓａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅ，ｂｕｔｅａｃｈｈａｓｉｔｓｏｗｎｅｍｐｈａｓｉｓ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘ ｉｄｅ，ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ｔｈｅｍｉｄ－ｅｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ－ｂｉａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｐｒｅｆｅｒｒｅｄｉｎｆｏｒｅｉｇｎｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．Ｄｏｍｅｓ ｔｉｃｒｅｓｅａｒｃｈｌｏｏｋｓｆｏｒｗａｒｄｔｏｔｈｅｎｅｗｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓａｓａｆｕｔｕｒｅｆｉｅｌｄ．Ｇｒａｐｈｅｎｅｄｉｓｐｅｒｓｉｔｙａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｒｅｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｆｒｏｎｔｉｅｒ，ａｎｄｔｅｎｄｔｏｂｅｕｓｅｄｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｄｏｍｅｓｔｉｃｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｌａｙｏｕｔｉｓｓｔｉｌｌｉｎｉｔｓｉｎｆａｎｃｙ，ｓｏｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｂｒｅａｋ ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｂｉｂｌｉｏｍｅｔｒｉｃｓ；ｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍａｐ 收稿日期：２０１８－０９－０７ 基金项目：山西省高等学校哲学社会科学研究基地项目“山西省煤基低碳产业创新链技术预测研究”（２０１６３２５） 作者简介：马丹丹（１９９１－），女，硕士研究生，主要研究方向为数据挖掘、创新管理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｄａｎｄａｎｊａｃｋｓｏｎ１００＠１６３． ｃｏｍ。 通信作者：郭敏（１９６９－），男，教授，博士生导师，主要研究方向为物流与供应链管理、创新管理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｕｏｍｉｎ＿ｌｉｋｅ＠ｓｉ ｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ
第5期 马丹丹,等:国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 21 石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的纳米材的完整性,选择检索年限均为2006-2017年。国际 料,各国针对石墨烯的研究成果不断更新,尤其2011数据来源于 Web of Science,选择 WOSTM核心合集 年以后,关于石墨烯研究的文献基本每年达万篇以数据库,以“ Graphene AND( technology OR technique 上,技术发展由石墨烯制备向石墨烯复合应用发展。 OR skil)AND( composite OR composite material OR 我国的政策支持力度也在不断加大,在2015年国务 Compound material)”为检索词进行“主题”检索,得到 院发布的《中国制造2025》中,石墨烯已经被纳入《新4685篇文献作为外文数据。国内中文数据以CNKI 材料产业“十三五”发展规划》。但石墨烯很难作为系列全文数据库为数据源,检索式为“SU=(石墨 单一原料生产某种产品,而主要是利用其突出特性与烯’*‘技术’*“复合材料’)ORKY=(‘石墨烯’* 其它材料体系进行复合,从而获得具有优异性能的新‘技术”*复合材料)”进行专业检索,筛选得出有 型复合材料。“石墨烯+复合材料”在储能、传感器、效文献1259篇作为中文数据。 散热、导电等领域都具有良好的应用前景已成为研1.2方法 究前沿和热点之一,然而石墨烯资源开发利用率较 本研究借助陈超美教授开发的基于Java平台的 低,技术发展还有待提高,了解及预测研发态势至关文献信息分析及可视化软件 CiteSpace l和 EXCEL 重要 绘图功能进行文献数据挖掘,通过文献计量分析、关 我国石墨烯相关科技论文研究已进入“高度外键词共现分析、bunt突变检测,形成可视化知识图 流”后半警戒时期,主要发表平台集中于高端研究院谱,结合五年规划进行阶段对比分析,挖掘聚类组群 所。Ymg,C等提出了一种以主体一行动-对信息,发现技术热点和前沿。 象(SAO)网络为基础的方法来分析石墨烯技术发展 趋势。近年来,国内平台也开始进行先进研究成果转2石墨烯复合材料领域硏究现状 移,在外文文献研究的基础上进行研究分析。王丽、2.1年度发文量对比分析 潘云涛利用TDA分析软件及 EXCET对石墨烯相 关论文研究进行统计分析并进行国家状况对比;王丽 2006—2017年国际和国内平台年度发文量均总 等基于DA主题模型进行关联分析,可视化分析体呈现上升趋势(如图1),石墨烯复合材料领域的技 各方面研究差异。关于石墨烯复合材料的文本挖掘术成果也主要集中于外文国际平台研究。我国“十 相关分析较少。鲍芳芳徐劲松以技术生命周期、五”规划期间石墨烯复合材料技术发展处于萌芽期, 专利申请人和专利PC分类三个层面进行专利态势国际和国内平台文献数量都较少;“十二五”规划期 分析陈松丛等从氧化石墨烯的国家机构和技术间,外文文献开始有所探索主要集中于石墨烯制备 领域等角度形成竞争态势分析报告,目前研究未对具和化合物的研究,中外文研究差距也逐渐拉大;之后 体复合材料热点和前沿领域进行详细介绍,且未涉及右墨烯复合材料研究进入快速发展期,仅“十三五”规 国内外发展阶段对比,呈现方式上也有所不足。本文划期间前两年文献数量就超过前期总量,其中外文文 强调随着国家五年规划的不断推进,通过挖掘中外文 献数量直线上升,产业化进程不断推进,中文文献研 文献信息,运用计量分析、共现分析、ust检测的方究还处于缓慢上升阶段 法,可视化呈现石墨烯复合材料领域技术热点和前沿 wos=知网 的阶段性变化,并就石墨烯与不同复合材料结合的研 究进程进行分析,预测我国“十三五”规划发展态势和 方向,为石墨烯复合材料发展提供一定的参考, 1数据来源与方法 1.1数据来源 通过对石墨烯复合材料发展的研究及分析,发现 20162018 年份 其文献相关研究基本始于我国“十一五”规划之初 图1年度文献数量对比 为获得“十一五”规划至今的阶段性成果,并保证数据 ig. 1 Volume comparison of annual literature
石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的纳米材 料，各国针对石墨烯的研究成果不断更新，尤其 ２０１１ 年以后，关于石墨烯研究的文献基本每年达万篇以 上，技术发展由石墨烯制备向石墨烯复合应用发展。 我国的政策支持力度也在不断加大，在 ２０１５年国务 院发布的《中国制造 ２０２５》中，石墨烯已经被纳入《新 材料产业“十三五”发展规划》。但石墨烯很难作为 单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与 其它材料体系进行复合，从而获得具有优异性能的新 型复合材料。“石墨烯 ＋复合材料”在储能、传感器、 散热、导电等领域都具有良好的应用前景，已成为研 究前沿和热点之一，然而石墨烯资源开发利用率较 低，技术发展还有待提高，了解及预测研发态势至关 重要［１－５］ 。 我国石墨烯相关科技论文研究已进入“高度外 流”后半警戒时期，主要发表平台集中于高端研究院 所［６］ 。Ｙａｎｇ，Ｃ等［７］提出了一种以主体 －行动 －对 象（ＳＡＯ）网络为基础的方法来分析石墨烯技术发展 趋势。近年来，国内平台也开始进行先进研究成果转 移，在外文文献研究的基础上进行研究分析。王丽、 潘云涛［８］ 利用 ＴＤＡ分析软件及 ＥＸＣＥＴ对石墨烯相 关论文研究进行统计分析并进行国家状况对比；王丽 等［９］ 基于 ＬＤＡ主题模型进行关联分析，可视化分析 各方面研究差异。关于石墨烯复合材料的文本挖掘 相关分析较少。鲍芳芳、徐劲松［１０］ 以技术生命周期、 专利申请人和专利 ＩＰＣ分类三个层面进行专利态势 分析；陈松丛等［１１］ 从氧化石墨烯的国家、机构和技术 领域等角度形成竞争态势分析报告，目前研究未对具 体复合材料热点和前沿领域进行详细介绍，且未涉及 国内外发展阶段对比，呈现方式上也有所不足。本文 强调随着国家五年规划的不断推进，通过挖掘中外文 文献信息，运用计量分析、共现分析、ｂｕｒｓｔ检测的方 法，可视化呈现石墨烯复合材料领域技术热点和前沿 的阶段性变化，并就石墨烯与不同复合材料结合的研 究进程进行分析，预测我国“十三五”规划发展态势和 方向，为石墨烯复合材料发展提供一定的参考。 １ 数据来源与方法 １．１ 数据来源 通过对石墨烯复合材料发展的研究及分析，发现 其文献相关研究基本始于我国“十一五”规划之初。 为获得“十一五”规划至今的阶段性成果，并保证数据 的完整性，选择检索年限均为 ２００６—２０１７年。国际 数据来源于 ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，选择 ＷＯＳＴＭ核心合集 数据库，以“ＧｒａｐｈｅｎｅＡＮＤ（ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＯＲｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＯＲｓｋｉｌｌ）ＡＮＤ（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅＯＲｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌＯＲ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｍａｔｅｒｉａｌ）”为检索词进行“主题”检索，得到 ４６８５篇文献作为外文数据。国内中文数据以 ＣＮＫＩ 系列全文数据库为数据源，检索式为“ＳＵ＝（‘石墨 烯’‘技术’‘复合材料’）ＯＲＫＹ＝（‘石墨烯’ ‘技术’‘复合材料’）”进行专业检索，筛选得出有 效文献 １２５９篇作为中文数据。 １．２ 方 法 本研究借助陈超美教授开发的基于 Ｊａｖａ平台的 文献信息分析及可视化软件 ＣｉｔｅＳｐａｃｅⅢ和 ＥＸＣＥＬ 绘图功能进行文献数据挖掘，通过文献计量分析、关 键词共现分析、ｂｕｒｓｔ突变检测，形成可视化知识图 谱，结合五年规划进行阶段对比分析，挖掘聚类组群 信息，发现技术热点和前沿。 ２ 石墨烯复合材料领域研究现状 ２．１ 年度发文量对比分析 ２００６—２０１７年国际和国内平台年度发文量均总 体呈现上升趋势（如图 １），石墨烯复合材料领域的技 术成果也主要集中于外文国际平台研究。我国“十一 五”规划期间，石墨烯复合材料技术发展处于萌芽期， 国际和国内平台文献数量都较少；“十二五”规划期 间，外文文献开始有所探索，主要集中于石墨烯制备 和化合物的研究，中外文研究差距也逐渐拉大；之后 石墨烯复合材料研究进入快速发展期，仅“十三五”规 划期间前两年文献数量就超过前期总量，其中外文文 献数量直线上升，产业化进程不断推进，中文文献研 究还处于缓慢上升阶段［１２］ 。 图 １ 年度文献数量对比 Ｆｉｇ．１ Ｖｏｌｕｍｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａｎｎｕａｌｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ 第 ５期 马丹丹，等：国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 ·２１·
矿产保护与利用 2018年 通过进一步对中外文文献的挖掘分析,得到中外平台高产作者主要是钱伯章,作者之间合作交流较 文文献差距的不断拉大,并不代表国内石墨烯复合材少。进一步分析知,国际研究作者已形成中心网络, 料研究发展缓慢,而是国内学者硏究交流大多是外合作关系紧密,研究深度较高,而国内作者之间尚未 文。表1为对国际平台的文献研究分析后得到的国形成网络;通过对国际核心作者进行了解,发现国内 家(或地区)发文量情况。从数量上看,中国稳居第 作者期刊发文量很大,并发挥着重要作用。 的位置,其发文量约占全球发文量40%,印度和美国 通过剖析国际平台中各国作者,进行国内外对比 远随其后。而从合作交流的角度来说,中国的中心度可得:国内外作者交流频繁,尤其在外文平台内,国内 为0.11,处于中等水平,韩国和德国中心度最高,美国学者文献研究贡献较大;国内学者在数量上占优势, 的突变权重最高 但国外学者从中心度和交流合作上,较国内权威,起 表1国际平台国家发文量(前13) 着带头作用;国内平台交流甚少,合作交流程度明显 Table 1 International platform state dispatch volume(irs13)弱。为此,我国应把握外文平台研发优势,加快转 序号发文量突变权重中心度国家(或地区)移国外成果和自主研发,推动支持权威学者的发展及 0.11 中国 带动。 0.07 印度 美国 韩国 CHEN SM 6179 0.07 澳大利 0.17 新英格 CHANGJ CY O...(HANGY 0.01 沙特阿拉伯 台湾 马来西亚 日本 图2国际平台作者合作网络图谱 1295 0.01 新加坡 Fig 2 Collaboration network map of internati 0.21 德国 以国内外情况综合对比来看:国内石墨烯研发起 步相对较晚,但“十二五”规划后发展迅速,整体接近 运水喜 国外先进水平,部分领域实现了领先;基础技术研究 键李强 方面权威交流研究在欧美,亚洲发展迅速但缺少合 钱伯章 任春 作开发权威带动;国内学者发表的论文数量大,但集 中于外文研究平台,依赖于国外交流环境。为此,我 图3国内平台作者合作网络图谱 国出台《中国制造2025》,将石墨烯材料作为前沿新Fg.3 Collaboration network map of domestic platform authors 材料领域的发展重点引导成立了中国石墨烯产业技2.3研究机构现状对比分析 术创新战略联盟,开始对外文文献研究成果进行转移 Citespace可视化软件的机构合作分析功能能够 并自主研发,加强国内学者的交流和权威人物的带得出石墨烯复合材料领域中的研究力量分布进行国 际、国内平台研究领域对比。由图4和图5可知,外 2.2作者现状对比分析 文平台研究机构交流频繁,而中文平台研究机构主要 通过作者合作分析,有助于了解石墨烯复合材料集中于9个,其中研究机构全国石油化工信息总站发 领域研究人员的合作关系。利用 Citespace进行中外文最多,其次为中国科学技术发展研究院。值得注意 相关文献的网络分析,由图2和图3可知,国际平台的是,中国科学院( Chinese Acad Sci)在外文平台研 中网络中心作者包括: WANG Y、LUY、 WANG J、究机构中处于中心位置,国内石墨烯复合材料领域相 WANG L. CHEN SM、IL等,大多为国内作者;中文关论文发表的主要“阵地”是在国际平台
通过进一步对中外文文献的挖掘分析，得到中外 文文献差距的不断拉大，并不代表国内石墨烯复合材 料研究发展缓慢，而是国内学者研究交流大多是外 文。表 １为对国际平台的文献研究分析后得到的国 家（或地区）发文量情况。从数量上看，中国稳居第一 的位置，其发文量约占全球发文量 ４０％，印度和美国 远随其后。而从合作交流的角度来说，中国的中心度 为 ０．１１，处于中等水平，韩国和德国中心度最高，美国 的突变权重最高。 表 １ 国际平台国家发文量（前 １３） Ｔａｂｌｅ１ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｓｔａｔｅｄｉｓｐａｔｃｈｖｏｌｕｍｅ（ｆｉｒｓｔ１３） 序号 发文量 突变权重 中心度 国家（或地区） １ ２０９２ ０．１１ 中国 ２ ６３６ ０．０７ 印度 ３ ５４５ １４．２１ ０．１２ 美国 ４ ４１１ ４．８７ ０．２４ 韩国 ５ ２６７ ０．０８ 伊朗 ６ １７９ ０．０７ 澳大利亚 ７ １２７ ０．１７ 新英格兰 ８ １２２ ０．０１ 沙特阿拉伯 ９ １１０ ０．０１ 台湾 １０ １０７ ０．０４ 马来西亚 １１ １０６ ０．０８ 日本 １２ ９５ ０．０１ 新加坡 １３ ９３ ０．２１ 德国 以国内外情况综合对比来看：国内石墨烯研发起 步相对较晚，但“十二五”规划后发展迅速，整体接近 国外先进水平，部分领域实现了领先；基础技术研究 方面，权威交流研究在欧美，亚洲发展迅速但缺少合 作开发，权威带动；国内学者发表的论文数量大，但集 中于外文研究平台，依赖于国外交流环境。为此，我 国出台《中国制造 ２０２５》，将石墨烯材料作为前沿新 材料领域的发展重点，引导成立了中国石墨烯产业技 术创新战略联盟，开始对外文文献研究成果进行转移 并自主研发，加强国内学者的交流和权威人物的带 动［１３］ 。 ２．２ 作者现状对比分析 通过作者合作分析，有助于了解石墨烯复合材料 领域研究人员的合作关系。利用 Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ进行中外 相关文献的网络分析，由图 ２和图 ３可知，国际平台 中网络中心作者包括：ＷＡＮＧＹ、ＬＩＵＹ、ＷＡＮＧＪ、 ＷＡＮＧＬ、ＣＨＥＮＳＭ、ＬＩＬ等，大多为国内作者；中文 平台高产作者主要是钱伯章，作者之间合作交流较 少。进一步分析知，国际研究作者已形成中心网络， 合作关系紧密，研究深度较高，而国内作者之间尚未 形成网络；通过对国际核心作者进行了解，发现国内 作者期刊发文量很大，并发挥着重要作用。 通过剖析国际平台中各国作者，进行国内外对比 可得：国内外作者交流频繁，尤其在外文平台内，国内 学者文献研究贡献较大；国内学者在数量上占优势， 但国外学者从中心度和交流合作上，较国内权威，起 着带头作用；国内平台交流甚少，合作交流程度明显 弱［１４］ 。为此，我国应把握外文平台研发优势，加快转 移国外成果和自主研发，推动支持权威学者的发展及 带动。 图 ２ 国际平台作者合作网络图谱 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｍａｐｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍａｕｔｈｏｒｓ 图 ３ 国内平台作者合作网络图谱 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｍａｐｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍａｕｔｈｏｒｓ ２．３ 研究机构现状对比分析 Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ可视化软件的机构合作分析功能能够 得出石墨烯复合材料领域中的研究力量分布，进行国 际、国内平台研究领域对比。由图 ４和图 ５可知，外 文平台研究机构交流频繁，而中文平台研究机构主要 集中于 ９个，其中研究机构全国石油化工信息总站发 文最多，其次为中国科学技术发展研究院。值得注意 的是，中国科学院（ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄＳｃｉ）在外文平台研 究机构中处于中心位置，国内石墨烯复合材料领域相 关论文发表的主要“阵地”是在国际平台。 ·２２· 矿产保护与利用 ２０１８年
第5期 马丹丹,等:国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 23 挥带动作用;国外研究机构主要集中在有基础应用 @ 优势的国家,鼓励研发实力强劲的创新企业加入到 石墨烯应用研究中,形成良好的研究互动关系,产业 oo6;° 化进程逐渐形成;但国内平台研究机构绝大多数 都是高校和权威研究机构,可以说以学研为主,企业 研究力量缺少,产业化进程还处于初期阶段。 图4国际平台研究机构合作图谱 3基于内容关键词的研究热点比较 Fig 4 Collaboration map of international platform research institute 通过技术热点的比较,有利于分析国内外各个 发展阶段研究重点,发现国内外研究阶段的关键问 中国科学技术发展战略研究院 题。文献的关键词虽在文献中占比较少,但通常都 是与内容有关的重要字眼,一定程度上能够反映出 用大?全国石油化工信息总站 该领域的研究重点和研究方法,因此对文献的关键 词进行聚类分析,频次高的关键词可被用来确定一 个研究领域的技术热点10 图5国内平台研究机构合作图谱 Fig 5 Collaboration 将外文文献导人 Citespace文献分析软件,利用 关键词共现分析功能,设置合适的“ Time Slicing”和 因此,通过对外文平台中各研究机构的合作情“ Thresholds”,使用“ pathfinder”算法,以 Keyword为 况以及发文量进行剖析,得表2。发文量前10位节点进行可视化分析,得到图6所示的国际平台石 中,国内研究机构占一半,且中国科学院远居第 墨烯复合材料硏究热点领域图谱。 其次为印度理工学院( Indian inst technol)和韩国的 国立全北大学( Chonbuk Natl Univ);从中心度上看 ed carbene oxide 中国科学院、韩国的国立全北大学和马来西亚的马 来亚大学( Univ Malaya)研究合作交流频繁,发挥带 动作用;中国科学院的突变权重明显。 表2国际平台研究机构发文量(前10) Table 2 International platform research institutions( first 10) 序号发文量突变权重中心度 研究机构 1275 3.40.54 图6国际平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱 Indian Inst Technol 234 Fig 6 International platform graphene composites 0.18 Chonbuk Natl UI earch hotspots 0.12 Tsinghua Uniy 图中每个十字环代表一个关键词,环越大出现 0.07 Zhejiang Univ 频次越多,可认为是石墨烯复合材料领域的研究热 点,由图知外文国际平台研究热点主要有氧化石墨 King abdulaziz univ 烯( graphene oxide)、碳纳米管( carbon nanotube)、电 Sichuan uniy 极( electrode)、力学性能( mechanical property)等 0.02 Uniy Sci Technol cl 同样地,导入中文文献进行共现分析,得到国内 0.14 Uniy mala 平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱,如图7。 结合国内外平台各研究机构具体情况,可知:中由图中十字环的大小可得,中文国内平台研究热点 国研究机构发展迅速研究覆盖面大,与国际机构合有氧化石墨烯光催化、碳纳米管纳米复合材料、锂 作交流丰富,尤其中国科学院越发在国际平台上发离子电池传感器等
图 ４ 国际平台研究机构合作图谱 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｍａｐｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ 图 ５ 国内平台研究机构合作图谱 Ｆｉｇ．５Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｍａｐｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ 因此，通过对外文平台中各研究机构的合作情 况以及发文量进行剖析，得表 ２。发文量前 １０位 中，国内研究机构占一半，且中国科学院远居第一， 其次为印度理工学院（ＩｎｄｉａｎＩｎｓｔＴｅｃｈｎｏｌ）和韩国的 国立全北大学（ＣｈｏｎｂｕｋＮａｔｌＵｎｉｖ）；从中心度上看， 中国科学院、韩国的国立全北大学和马来西亚的马 来亚大学（ＵｎｉｖＭａｌａｙａ）研究合作交流频繁，发挥带 动作用；中国科学院的突变权重明显。 表 ２ 国际平台研究机构发文量（前 １０） Ｔａｂｌｅ２Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ（ｆｉｒｓｔ１０） 序号 发文量 突变权重 中心度 研究机构 １ ２７５ ３．４ ０．５４ ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄＳｃｉ ２ ８０ ０．０５ ＩｎｄｉａｎＩｎｓｔＴｅｃｈｎｏｌ ３ ６０ ０．１８ ＣｈｏｎｂｕｋＮａｔｌＵｎｉｖ ４ ６０ ０．１２ ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖ ５ ５８ ０．０７ ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖ ６ ５６ ０．０８ ＣＳＩＲ ７ ５４ ０．０９ ＫｉｎｇＡｂｄｕｌａｚｉｚＵｎｉｖ ８ ５４ ０．０１ ＳｉｃｈｕａｎＵｎｉｖ ９ ５２ ０．０２ ＵｎｉｖＳｃｉ＆ＴｅｃｈｎｏｌＣｈｉｎａ １０ ５１ ０．１４ ＵｎｉｖＭａｌａｙａ 结合国内外平台各研究机构具体情况，可知：中 国研究机构发展迅速，研究覆盖面大，与国际机构合 作交流丰富，尤其中国科学院越发在国际平台上发 挥带动作用；国外研究机构主要集中在有基础应用 优势的国家，鼓励研发实力强劲的创新企业加入到 石墨烯应用研究中，形成良好的研究互动关系，产业 化进程逐渐形成［１５］ ；但国内平台研究机构绝大多数 都是高校和权威研究机构，可以说以学研为主，企业 研究力量缺少，产业化进程还处于初期阶段。 ３ 基于内容关键词的研究热点比较 通过技术热点的比较，有利于分析国内外各个 发展阶段研究重点，发现国内外研究阶段的关键问 题。文献的关键词虽在文献中占比较少，但通常都 是与内容有关的重要字眼，一定程度上能够反映出 该领域的研究重点和研究方法，因此对文献的关键 词进行聚类分析，频次高的关键词可被用来确定一 个研究领域的技术热点［１６］ 。 将外文文献导入 Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ文献分析软件，利用 关键词共现分析功能，设置合适的“ＴｉｍｅＳｌｉｃｉｎｇ”和 “Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ”，使用“ｐａｔｈｆｉｎｄｅｒ”算法，以 Ｋｅｙｗｏｒｄ为 节点进行可视化分析，得到图 ６所示的国际平台石 墨烯复合材料研究热点领域图谱。 图 ６ 国际平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱 Ｆｉｇ．６ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｓ 图中每个十字环代表一个关键词，环越大出现 频次越多，可认为是石墨烯复合材料领域的研究热 点，由图知外文国际平台研究热点主要有氧化石墨 烯（ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ）、碳纳米管（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、电 极（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、力学性能（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ）等。 同样地，导入中文文献进行共现分析，得到国内 平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱，如图 ７。 由图中十字环的大小可得，中文国内平台研究热点 有氧化石墨烯、光催化、碳纳米管、纳米复合材料、锂 离子电池、传感器等。 第 ５期 马丹丹，等：国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 ·２３·
24 矿产保护与利用 2018年 根据关键词出现年份频次和中介中心性进行 各节点信息统计,如表3所示。总体上国际和国内 平台热点领域一致,国内平台热点词出现时间较国 际晚且国际热点词频大于国内,而中介中心性则相 反 进一步将国际平台研究热点进行对比,且通过 文献挖掘,结合国内研究成果在国际平台中的呈现, 图7国内平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱 可以得出国内外研究情况 Fig. 7 Research hotspots in domestic platform graphene composites (1)从时间上看,由于国外研究大多集中在 表3国内外平台关键词统计表(前16) Table 3 Domestic and international platform keyword statistics( first 16) 序号出现年份 频次中心度 关键词 出现年份频次。中心度关键词 16430.35 石墨烯 14670.17 graphene 0.16 复合材料 123456789 2010 0.08 nanoparticle 2011 0.09 氧化石墨烯 2011 0.19 光催化 0.11 碳纳米管 2009 0.08 0.2 纳米复合材料 0.15 纳米材料 2006 0. 锂离子电池 2010 0.0 nanosheet 0.19 传感器 2009 0.12 0.09 超级电容器 0.05 0.03 静电纺丝 0. 08 mechanical property 二氧化钛 0.02 reduction 0.01 吸附 20103320.06 graphite oxide2012280.05电化学传感器 nanotube 0.16石墨烯复合材料 16 20l1 0.06 fabrication 2014 力学性能 2006年到2010年,研发较早,尤其英国和美国,而在国内平台研究网络中,这两个热点的“媒介”能力 国内学者借外文平台建立了良好的技术基础;国内较强,迅速发展成为国内研究重点。通过文献追踪 研究自2010年后,即“十二五”规划后发展迅速,大石墨烯和碳纳米管作为一维(1D)和二维(2D)纳米 多以外文成果为基础开展研究,某些领域甚至达到材料的代表者,二者在组成和结构上紧密联系,性能 国际先进水平;目前我国正处于“十三五”规划期上,石墨烯具有更优异的特性,这是国外研究重点 间,技术实力强劲的企业不断涌现,产业化格局正逐国内在此基础上的创新是受到国外研究成果启发而 渐形成。 开展起来的。 (2)从研发领域上看,国际和国内平台研究热除主流领域之外,国内平台研究侧重石墨烯光 点均集中于氧化石墨烯、纳米复合材料、碳纳米管、催化、传感器、吸附方面;国际平台研究侧重石墨 电极等方面,这些领域是中外文研究的交集,代表最烯复合材料的力学性能研究吲。通过文献追踪,发 具热点的主流领域,也是国内学者在外文平台中选现国外偏向石墨烯复合材料的中端应用研究,如储 取的重点发展领域。国内平台研究中,碳纳米管和能;国内则看好新型功能材料这一未来领域,如智能 氧化石墨烯的中介中心性为0.28和0.15,而国际穿戴,虽还未具有相关成熟的实际应用技术,但已显 平台研究仅为0.04和0.07,也印证了这一点,表明出巨大的发展潜力
图 ７ 国内平台石墨烯复合材料研究热点领域图谱 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｓｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ 根据关键词出现年份、频次和中介中心性进行 各节点信息统计，如表 ３所示。总体上国际和国内 平台热点领域一致，国内平台热点词出现时间较国 际晚且国际热点词频大于国内，而中介中心性则相 反。 进一步将国际平台研究热点进行对比，且通过 文献挖掘，结合国内研究成果在国际平台中的呈现， 可以得出国内外研究情况： （１）从时间上看，由于国外研究大多集中在 表 ３ 国内外平台关键词统计表（前 １６） Ｔａｂｌｅ３ Ｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｋｅｙｗｏｒｄｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ（ｆｉｒｓｔ１６） 序号 国际 出现年份 频次 中心度 关键词 国外 出现年份 频次 中心度 关键词 １ ２００６ １６４３ ０．３５ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ２０１０ ５２５ ０．３５ 石墨烯 ２ ２００８ １４６７ ０．１７ ｇｒａｐｈｅｎｅ ２０１０ １５１ ０．１６ 复合材料 ３ ２０１０ ７６９ ０．０８ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ２０１１ １３８ ０．０９ 氧化石墨烯 ４ ２０１０ ７５７ ０．０９ ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ ２０１１ １０２ ０．１９ 光催化 ５ ２０１０ ６８０ ０．１１ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ２０１０ ８７ ０．２９ 碳纳米管 ６ ２００９ ５８１ ０．０８ ｏｘｉｄｅ ２０１１ ６０ ０．２ 纳米复合材料 ７ ２００６ ５８０ ０．０４ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ ２０１１ ５７ ０．１５ 纳米材料 ８ ２００６ ５６０ ０．１ ｆｉｌｍ ２０１１ ５３ ０．１ 锂离子电池 ９ ２０１０ ４５９ ０．０６ ｎａｎｏｓｈｅｅｔ ２０１１ ５２ ０．１９ 传感器 １０ ２００９ ４０２ ０．１２ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ２０１２ ４８ ０．０９ 超级电容器 １１ ２０１１ ４０１ ０．０５ ｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ ２０１３ ３８ ０．０３ 静电纺丝 １２ ２０１０ ３８１ ０．０８ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ ２０１２ ３８ ０．１２ 二氧化钛 １３ ２０１０ ３５７ ０．０２ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ２０１４ ３０ ０．０１ 吸附 １４ ２０１０ ３３２ ０．０６ ｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ ２０１２ ２８ ０．０５ 电化学传感器 １５ ２００８ ３２９ ０．０３ ｎａｎｏｔｕｂｅ ２０１２ ２３ ０．１６ 石墨烯复合材料 １６ ２０１１ ３２５ ０．０６ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ２０１４ ２２ ０．０２ 力学性能 ２００６年到 ２０１０年，研发较早，尤其英国和美国，而 国内学者借外文平台建立了良好的技术基础；国内 研究自 ２０１０年后，即“十二五”规划后发展迅速，大 多以外文成果为基础开展研究，某些领域甚至达到 国际先进水平；目前我国正处于“十三五”规划期 间，技术实力强劲的企业不断涌现，产业化格局正逐 渐形成。 （２）从研发领域上看，国际和国内平台研究热 点均集中于氧化石墨烯、纳米复合材料、碳纳米管、 电极等方面，这些领域是中外文研究的交集，代表最 具热点的主流领域，也是国内学者在外文平台中选 取的重点发展领域。国内平台研究中，碳纳米管和 氧化石墨烯的中介中心性为 ０．２８和 ０．１５，而国际 平台研究仅为 ０．０４和 ０．０７，也印证了这一点，表明 在国内平台研究网络中，这两个热点的“媒介”能力 较强，迅速发展成为国内研究重点。通过文献追踪， 石墨烯和碳纳米管作为一维（１Ｄ）和二维（２Ｄ）纳米 材料的代表者，二者在组成和结构上紧密联系，性能 上，石墨烯具有更优异的特性，这是国外研究重点， 国内在此基础上的创新是受到国外研究成果启发而 开展起来的。 除主流领域之外，国内平台研究侧重石墨烯光 催化、传感器、吸附方面［１７］ ；国际平台研究侧重石墨 烯复合材料的力学性能研究［１８］ 。通过文献追踪，发 现国外偏向石墨烯复合材料的中端应用研究，如储 能；国内则看好新型功能材料这一未来领域，如智能 穿戴，虽还未具有相关成熟的实际应用技术，但已显 示出巨大的发展潜力。 ·２４· 矿产保护与利用 ２０１８年
第5期 马丹丹,等:国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 4基于突变词的研究前沿比较 突变词是在短时期内增速突然加快或频率突然 加快的词,依据词频的时间分布,可以将突现词从大 量的主题词中探测出来,利用突变词的动态变化性, 而不仅仅是频次的高低,来确定研究的前沿领域和 发展方向。陈超美博士开发的 Citespace软件 中,利用膨胀词探测( burst detection)技术和算法,无 论文献被引用次数多少,都能从中识别出突发文献 图8国际平台研究前沿时区演进图谱 因此,通过这种方法,即使因被引次数少而受限制文 ig. 8 International platform research frontier 献,也能从知识图谱中显示出来 time zone evolution map 图中十字环节点表示突变词,位置是突变词所 4.1国际研究前沿分析 发生的时间,按照突变词权重进行排序,得出表4所 将外文文献数据导入软件,节点类型设置为示的国际平台突变词权重及其相应的突变时间。突 eyword, Term Type选择 Burst terms,视图以Time变权重可以代表该关键词在一段时间内研究热度的 Zone方式显示,得到国际平台石墨烯复合材料领域突然关注程度,权重越大的关键词则越能反映石墨 研究前沿的突变词演进时区知识图谱,如图8所示。烯复合材料领域的研究前沿。 表4国际平台突变词权重(前10) Table 4 Weight of mutation words on international platform( first 10) 关键词 出现年份频次。权重突变开始突变结束2006-017突变时间 dispersion 200 2010 200633223.63332010 3 exfoliated graphite oxide 2006 33 17. 287 5 2010 201 functionalized graphene 8516.7029 015 6 sheet 2006 28615.7611 2007 walled carbon nanotube 2006 76 14 9238 2010 technology 063814.69422010 2014 9 electrochemical capacitor 2006 13.8839 e material 13.6122 通过以上分析可知: chemical capacitor),探究其所在文献,发现二维结构 (1)突变时间上,外文石墨烯复合材料的研究的石墨烯具有很强的吸附性能,实现石墨烯的均匀 急剧增加基本集中于2010-2015年。2010年英国分散仍然是一个巨大的挑战,为此开发一种简单的 曼彻斯特大学两位物理学家分离出石墨烯而获得诺浆料复合方法,制备高效分散石墨烯的复合材料成 贝尔物理学奖,石墨烯才为全球学者所重视,之后各为研发热点2;基于不同碳纳米材料的复合来制备 国进入研发高潮;但有些国家(如英国)未能很好的新型先进纳米结构,以得到性能增强的储能器件,引 开发石墨烯的商业应用,相关应用研究和产业化发起了人们的广泛关注,助推了石墨烯复合材料的电 展明显落后于亚洲国家,而中国则在国际上展现研化学性能的研究;根据石墨层将碳纳米管分为单 发实力,目前专利数已占全球三分之一2-2。 壁和多壁碳纳米管,其强大的力学性能、导热和电容 (2)国际平台研究前沿为石墨烯的分散性(di性能使其成为复合材料领域理想的填料1;电化学 persion)、氧化石墨( graphite oxide)、电化学性能电容器材料有着超大电容量,它的功率密度比电池 ( electrochemical property)、改性石墨烯( functional-高近十倍,使它们成为具有高功率需求应用的理想 ized graphene)、石墨片层(shet)、碳纳米管壁选择20。通过分析石墨烯产业背景知,国外已有了 ( walled carbon nanotube)、电化学电容器( electro-良好的基础理论环境,偏向在功能化复合材料应用
４ 基于突变词的研究前沿比较 突变词是在短时期内增速突然加快或频率突然 加快的词，依据词频的时间分布，可以将突现词从大 量的主题词中探测出来，利用突变词的动态变化性， 而不仅仅是频次的高低，来确定研究的前沿领域和 发展方向［１９］ 。陈超美博士开发的 Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ软件 中，利用膨胀词探测（ｂｕｒｓｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）技术和算法，无 论文献被引用次数多少，都能从中识别出突发文献， 因此，通过这种方法，即使因被引次数少而受限制文 献，也能从知识图谱中显示出来［２０］ 。 ４．１ 国际研究前沿分析 将外文文献数据导入软件，节点类型设置为 Ｋｅｙｗｏｒｄ，Ｔｅｒｍ Ｔｙｐｅ选择 ＢｕｒｓｔＴｅｒｍｓ，视图以 Ｔｉｍｅ Ｚｏｎｅ方式显示，得到国际平台石墨烯复合材料领域 研究前沿的突变词演进时区知识图谱，如图 ８所示。 图 ８ 国际平台研究前沿时区演进图谱 Ｆｉｇ．８ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｆｒｏｎｔｉｅｒ ｔｉｍｅｚｏｎｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｍａｐ 图中十字环节点表示突变词，位置是突变词所 发生的时间，按照突变词权重进行排序，得出表 ４所 示的国际平台突变词权重及其相应的突变时间。突 变权重可以代表该关键词在一段时间内研究热度的 突然关注程度，权重越大的关键词则越能反映石墨 烯复合材料领域的研究前沿。 表 ４ 国际平台突变词权重（前 １０） Ｔａｂｌｅ４ Ｗｅｉｇｈｔｏｆｍｕｔａｔｉｏｎｗｏｒｄｓｏｎｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｌａｔｆｏｒｍ（ｆｉｒｓｔ１０） 序号 关键词 出现年份 频次 权重 突变开始 突变结束 ２００６—２０１７突变时间 １ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ２００６ ６２ ２４．０２３４ ２０１０ ２０１４ !!!!"""""!!! ２ ｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ ２００６ ３３２ ２３．６３３３ ２０１０ ２０１３ !!!!""""!!!! ３ ｅｘｆｏｌｉａｔｅｄｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ ２００６ ３３ １７．２８７５ ２０１０ ２０１３ !!!!""""!!!! ４ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ ２００６ ４２ １７．２０４６ ２０１３ ２０１４ !!!!!!!""!!! ５ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ ２００６ ８５ １６．７０２９ ２０１０ ２０１５ !!!!""""""!! ６ ｓｈｅｅｔ ２００６ ２８６ １５．７６１１ ２００７ ２０１３ !"""""""!!!! ７ ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ ２００６ ７６ １４．９２３８ ２０１０ ２０１５ !!!!""""""!! ８ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００６ ３８ １４．６９４２ ２０１０ ２０１４ !!!!"""""!!! ９ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｏｒ ２００６ ５６ １３．８８３９ ２０１３ ２０１５ !!!!!!!"""!! １０ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ ２００６ ２６ １３．６１２２ ２０１０ ２０１３ !!!!""""!!!! 通过以上分析可知： （１）突变时间上，外文石墨烯复合材料的研究 急剧增加基本集中于 ２０１０—２０１５年。２０１０年英国 曼彻斯特大学两位物理学家分离出石墨烯而获得诺 贝尔物理学奖，石墨烯才为全球学者所重视，之后各 国进入研发高潮；但有些国家（如英国）未能很好的 开发石墨烯的商业应用，相关应用研究和产业化发 展明显落后于亚洲国家，而中国则在国际上展现研 发实力，目前专利数已占全球三分之一［２１－２２］ 。 （２）国际平台研究前沿为石墨烯的分散性（ｄｉｓ ｐｅｒｓｉｏｎ）、氧化石墨 （ｇｒａｐｈｉｔｅｏｘｉｄｅ）、电化学性能 （ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ）、改性石墨烯（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｉｚｅｄｇｒａｐｈｅｎｅ）、石 墨 片 层 （ｓｈｅｅｔ）、碳 纳 米 管 壁 （ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ）、电化学电容器 （ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｈｅｍｉｃａｌｃａｐａｃｉｔｏｒ），探究其所在文献，发现二维结构 的石墨烯具有很强的吸附性能，实现石墨烯的均匀 分散仍然是一个巨大的挑战，为此开发一种简单的 浆料复合方法，制备高效分散石墨烯的复合材料成 为研发热点［２３］ ；基于不同碳纳米材料的复合来制备 新型先进纳米结构，以得到性能增强的储能器件，引 起了人们的广泛关注，助推了石墨烯复合材料的电 化学性能的研究［２４］ ；根据石墨层将碳纳米管分为单 壁和多壁碳纳米管，其强大的力学性能、导热和电容 性能使其成为复合材料领域理想的填料［２５］ ；电化学 电容器材料有着超大电容量，它的功率密度比电池 高近十倍，使它们成为具有高功率需求应用的理想 选择［２６］ 。通过分析石墨烯产业背景知，国外已有了 良好的基础理论环境，偏向在功能化复合材料应用， 第 ５期 马丹丹，等：国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 ·２５·
26 矿产保护与利用 2018年 石墨烯聚合物复合材料成为迈向实际应用的一个重合材料领域研究前沿的突变词演进时区知识图谱, 要途径。 如图9所示。按照突变词权重进行排序,由于国内 4.2国内研究前沿分析 有关石墨烯的研究大多为外文,仅获取3个有关突 同样地导入中文文献,得到国内平台石墨烯复变词,其权重及突变时间如表5。 表5国内平台突变词权重 Table 5 Weight of mutation words in domestic platform 序号 建词 现年份频次权重突变开始突变结束 2006-2017突变时间 碳纳米管 2006 3.8185 2010 聚苯胺 2006 153.4696 2013 石墨烯产业 2006 2017 5结论与展望 近年来,《中国制造2025》不断向前推进,石墨 烯作为一种典型新材料,多处被提及,其复合材料可 提高传统材料的工业开发价值,成为新材料领域的 关注的重点。本文结合五年规划对比国际和国内研 究现状发现:(1)2010年之后国外石墨烯复合材料 研究进入快速发展期,合作网络已形成,权威交流研 图9国内平台研究前沿时区演进图谱 究在欧美;而国内研究多以外文平台为研究发表 Fig 9 Evolution map of domestic platform research front 阵地”,研究机构集中于高校和科学院,企业研究 考虑到国际研究机构分析中,中国极具优势,通力量缺少,产业化进程还处于初期阶段。目前,国内 过文献挖掘,结合上述研究结果分析得出我国石墨开始注重国外研究成果转移和基础创新研究,预计 烯复合材料前沿发展趋势 十三五”规划期间国内研究将掀起高潮。(2)国内 (1)从突变时间来看,国内研究热潮较国外研外研究热点较为一致,氧化石墨烯、纳米复合材料 究上晩,基本在“十二五”规划后开展相关技术研碳纳米管、电极为主流领域。国外基础应用研究已 究。“十三五”规划后明确要求¨突破石墨烯产业化发展成熟,偏向石墨烯复合材料的中端应用硏究;国 应用技术”,石墨烯复合材料产品制备和应用等项内研究侧重石墨烯光催化、传感器方面的复合材料 目也作为重点项目不断推进,此前都仅仅是提及石研究,看好新型功能材料这一未来领域。(3)研究 墨烯,未详细描述。国内关于石墨烯的硏究大多集前沿方面,石墨烯分散性、电化学性能、碳纳米管壁 中在外文,“十三五”以后通过政策推动才将石墨烯为国外前沿领域;石墨烯聚合物复合材料研究为国 相关研究向国内转移。 内前沿重点。国外已形成良好的石墨烯复合材料技 (2)国内研究侧重碳纳米管、石墨烯聚合物复术硏究环境,多注重产业布局,偏向在功能化复合材 合材料的相关研究。进一步分析发现,石墨烯与碳料应用;而国内石墨烯复合材料相关产业布局尚处 纳米管复合可使其物理化学性能得到增强,应用领于研发阶段,应继续深入开展应用研究,发展下游企 域更深入,也可维持电极稳定性,大幅度改善电极材业。 料的导电性,成为研究前沿重点2;石墨烯易团 总体上来看,由于“十三五”规划和《中国制造 聚与堆积,比电容减小,而聚苯胺也导电性差,但其2025》的全面实施,石墨烯复合材料的硏究不断深 复合材料弥补了两者不足,近年来受到广泛关入,发展前景良好。而根据以上分析,本文认为我国 。然而,最终将复合材料转化为产品至关重石墨烯复合材料领域研究中需要注意以下几点 要,因此未来重要发展前景在于实现石墨烯产业化(1)借鉴国际研究方法,发展国内相关技术,形成国 应用,服务于日常生活3=3 内平台研发网络。(2)加强机构间、作者间的合作
石墨烯聚合物复合材料成为迈向实际应用的一个重 要途径。 ４．２ 国内研究前沿分析 同样地导入中文文献，得到国内平台石墨烯复 合材料领域研究前沿的突变词演进时区知识图谱， 如图 ９所示。按照突变词权重进行排序，由于国内 有关石墨烯的研究大多为外文，仅获取 ３个有关突 变词，其权重及突变时间如表 ５。 表 ５ 国内平台突变词权重 Ｔａｂｌｅ５ Ｗｅｉｇｈｔｏｆｍｕｔａｔｉｏｎｗｏｒｄｓｉｎｄｏｍｅｓｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍ 序号 关键词 出现年份 频次 权重 突变开始 突变结束 ２００６—２０１７突变时间 １ 碳纳米管 ２００６ ８７ ３．８１８５ ２０１０ ２０１１ !!!!""!!!!!! ２ 聚苯胺 ２００６ １５ ３．４６９６ ２０１３ ２０１５ !!!!!!!"""!! ３ 石墨烯产业 ２００６ １０ ３．３２２４ ２０１５ ２０１７ !!!!!!!!!""" 图 ９ 国内平台研究前沿时区演进图谱 Ｆｉｇ．９ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｍａｐｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｐｌａｔｆｏｒｍｒｅｓｅａｒｃｈｆｒｏｎｔｉｅｒｓ 考虑到国际研究机构分析中，中国极具优势，通 过文献挖掘，结合上述研究结果分析得出我国石墨 烯复合材料前沿发展趋势： （１）从突变时间来看，国内研究热潮较国外研 究上晚，基本在“十二五”规划后开展相关技术研 究。“十三五”规划后明确要求“突破石墨烯产业化 应用技术”，石墨烯复合材料产品制备和应用等项 目也作为重点项目不断推进，此前都仅仅是提及石 墨烯，未详细描述。国内关于石墨烯的研究大多集 中在外文，“十三五”以后通过政策推动才将石墨烯 相关研究向国内转移。 （２）国内研究侧重碳纳米管、石墨烯聚合物复 合材料的相关研究。进一步分析发现，石墨烯与碳 纳米管复合可使其物理化学性能得到增强，应用领 域更深入，也可维持电极稳定性，大幅度改善电极材 料的导电性，成为研究前沿重点［２７－２８］ ；石墨烯易团 聚与堆积，比电容减小，而聚苯胺也导电性差，但其 复合材料弥补了两者不足，近年来受到广泛关 注［２９－３０］ 。然而，最终将复合材料转化为产品至关重 要，因此未来重要发展前景在于实现石墨烯产业化 应用，服务于日常生活［３１－３２］ 。 ５ 结论与展望 近年来，《中国制造 ２０２５》不断向前推进，石墨 烯作为一种典型新材料，多处被提及，其复合材料可 提高传统材料的工业开发价值，成为新材料领域的 关注的重点。本文结合五年规划对比国际和国内研 究现状发现：（１）２０１０年之后国外石墨烯复合材料 研究进入快速发展期，合作网络已形成，权威交流研 究在欧美；而国内研究多以外文平台为研究发表 “阵地”，研究机构集中于高校和科学院，企业研究 力量缺少，产业化进程还处于初期阶段。目前，国内 开始注重国外研究成果转移和基础创新研究，预计 “十三五”规划期间国内研究将掀起高潮。（２）国内 外研究热点较为一致，氧化石墨烯、纳米复合材料、 碳纳米管、电极为主流领域。国外基础应用研究已 发展成熟，偏向石墨烯复合材料的中端应用研究；国 内研究侧重石墨烯光催化、传感器方面的复合材料 研究，看好新型功能材料这一未来领域。（３）研究 前沿方面，石墨烯分散性、电化学性能、碳纳米管壁 为国外前沿领域；石墨烯聚合物复合材料研究为国 内前沿重点。国外已形成良好的石墨烯复合材料技 术研究环境，多注重产业布局，偏向在功能化复合材 料应用；而国内石墨烯复合材料相关产业布局尚处 于研发阶段，应继续深入开展应用研究，发展下游企 业。 总体上来看，由于“十三五”规划和《中国制造 ２０２５》的全面实施，石墨烯复合材料的研究不断深 入，发展前景良好。而根据以上分析，本文认为我国 石墨烯复合材料领域研究中需要注意以下几点： （１）借鉴国际研究方法，发展国内相关技术，形成国 内平台研发网络。（２）加强机构间、作者间的合作 ·２６· 矿产保护与利用 ２０１８年
第5期 马丹丹,等:国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析 27 交流,注重国内产学研合作。(3)应加强石墨烯基 metres,2005,63(2):259-276 础研究,避免产业盲目布局。 [17]李珍,杨剑波,刘学琴,等.石墨烯的制备及其在光催化材 料中的应用[J].矿产保护与利用,2017(3) [18]韩同伟,贺鹏飞,骆英,等.石墨烯力学性能研究进展[J] 参考文献 力学进展,2011,41(3):279-293. [1]黄澍,王玮,王康丽,等.石墨烯在化学储能中的硏究进展[19]侯海燕,刘则渊,陈悦,等.当代国际科学学硏究热点演进 [门].储能科学与技术,2014,3(2):85-95 趋势知识图谱[J].科研管理,2006(3):90-96 [2]赵冬梅,李振伟,刘领弟,等.石墨烯/碳纳米管复合材料的[20]C.CHEN. Cite space Il: detecting and visualizing emerging 制备及应用进展[J].化学学报,2014,72(2):185-200 rends and transient patterns in scientific literature[J].Journal [3]胡兴隆.石墨烯复合材料的制备与传热性能研究[D].成都: of the China society for scientific technical information 电子科技大学,2016 2006,57(3):359-37 [4]沈宸,陆云.石墨烯/导电聚合物复合材料在超级电容器电[21]杨林,王天华,易莎莎,等国内外石墨烯应用研究发展与 极材料方面的研究进展[J].高分子学报,2014(10):1328- 展望[]化学工程与装备,2015(9):164-165 [22]杨曦,余翔,刘鑫.基于专利情报的石墨烯产业技术竞争态 [5]冯安生,张然,吕振福,等我国石墨资源开发利用“三率”调 势研究[J].情报杂志,2017,36(12):75-81,89 查与评价[门].矿产保护与利用,2016(5):36-39 [23Z YANG, Z XU, L ZHANG, et al. Dispersion of graphene in [6]洪凡基于知识图谱的国内石墨烯研究分析与发展对策 chlorosulfonated polyethylene by slurry compounding [J] [冂].情报探索,2014(4):6-11 Composites seience technology, 2018 [7]C YANG, C HUANG, J SU. An improved SAO network- [24] Kshetri T, Thanh T D, Singh S B, el al. Hierarchical material based method for technology trend analysis: A case study of gra- of carbon nanotubes grown on carbon nanofibers for high per- phene[j]. Journal of informetrics, 2018, 12 formance electrochemical capacitor[J]. Chemical engineeri [8]王丽,潘云涛.石墨烯的研究前沿及中国发展态势分析[J] 新型炭材料,2010,25(6):401-408 [25PL, TLL, H YAN. Mechanical, tribological and heat resist- [9]王丽,邹丽雪,刘细文.基于LDA主题模型的文献关联分析 ant properties of fluorinated multi- walled carbon nanotube/ 及可视化研究[冂].数据分析与知识发现,2018,2(3):98 bismaleimide/cyanate resin nanocomposites [J]. Journal of aterials science &technology, 2017(10) [10]鲍芳芳,徐劲松.基于专利信息的我国石墨烯复合材料态[26]FieK, Platek A, Piwek J,etal. Sustainable materials for 势分析[J].中国科技信息,2018(6):16-19. [I]陈松丛,陈舂,马建霞,等.氧化石墨烯专利研发态势分析[27]赵冬梅,李振伟,刘领弟,等.石墨烯/碳纳米管复合材料的 [冂]化工新型材料,2018,46(4):5-8,15 制备及应用进展[].化学学报,2014,72(2):185-200 [12]马哲,李建武,安彤中国石墨产业发展的机遇、问题与建[28]赫文秀,于慧颖,张永强,等Ni(OH)2-碳纳米管-还原氧 议[J].矿产保护与利用,hps://doi.org/10.13779/ 化石墨烯复合材料的制备及电化学性能[J].复合材料学 nki. issnI001-0076.2018.05.034. 报,2018,35(7):1921-1929 13]中国石墨烯产业技术创新战略联盟.2017年全球石墨烯产[29]袁冰清,郁黎明,盛雷梅,等.石墨烯/聚苯胺复合材料的电 业研究报告[R].北京:中国石墨烯产业技术创新战略联 磁屏蔽性能[J]复合材料学报,2013,30(1):22-26 盟,2017 [30]张伟.石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中 [14]钟玉姣,权桂英.石墨烯复合光催化材料专利技术综述 的应用[D].北京:北京化工大学,2012. []中国科技信息,2018(5):18-20,15 31]谈述战,郭金明,陈丽娜,等.国内外石墨烯及其复合材料 [15]杜轶伦,张福良.我国石墨资源开发利用现状及供需分析 的产业化应用进展[门新材料产业,2013(9):31-36 [J].矿产保护与利用,2017(6):109-116 32]陈宽,阮殿波,傅冠生.轨道交通用超级电容器研发概述 [16 Bailon M R, Jurado A E, Ruiz B R. Analysis of the field of [J].电池,2014,44(5):296-298 physical chemistry of surfactants with the unified seienctomel- ric model fit of relational and activity indicators[ J]. Sciento- 引用格式:马丹丹,郭敏段庆锋国内外石墨烯复合材料研究态势可视化对比分析[门].矿产保护与利用,2018(5):20-27 MA Dandan, GUO Min, DUAN Qingfeng. Visualization analysis of the graphene composite materials research situation at home and a broad[J]. Conservation and utilization of mineral resources, 2018(5): 20-27 投稿网址:htp://kch.cbpt.cnki.net E-mail; kcb(@ chinajoumal net en
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