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，對其全球專利進行宏觀統計、分析，重點針對專利技術構成、研發團隊、研發動向進行多角度、多層次的解析，全面反映出三星集團在石墨烯領域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎上，為我國石墨烯產業發展提出了幾點建議。
一、背景介紹
石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，具有高導電性、高強度和超輕薄等特性，在電子、光學、磁學、生物醫學、催化、儲能和傳感器等領域具有巨大的應用潛力。世界各國紛紛將石墨烯及其應用技術作為長期戰略發展方向，以期在由石墨烯引發的新一輪產業革命中占據主動和先機。
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，對其全球專利進行宏觀統計、分析，重點針對專利技術構成、研發團隊、研發動向進行多角度、多層次的解析，全面反映出三星集團在石墨烯領域的專利布局狀況和趨勢。在此基礎上，為我國石墨烯產業發展提出了幾點建議。
二、三星集團石墨烯專利申請狀況
本文通過國家知識產權局 S 系統中的 DWPI 數據，用samsung、graphene以及其他相關關鍵詞，對 2007—2015 年 9 年間三星集團石墨烯領域的專利申請進行檢索，檢索數據截止到 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，數據不完整。
1. 專利申請的整體情況
三星集團在石墨烯領域共計申請 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。但可以預見，在未來幾年中，三星的申請量仍將保持穩步發展的態勢。
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%，成為當之無愧的“龍頭”。此外，三星集團參與石墨烯研發的子公司數量呈逐年遞增的趨勢，目前已經達到 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方向的子公司的加入，三星的石墨烯產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構成
三星集團是韓國第一大企業，業務涉及眾多領域，因此，三星的專利構成也極為豐富。圖 3 是三星集團在石墨烯各技術分支專利申請總體狀況。三星十分重視石墨烯在各個領域的實際應用，共計申請 393 項，占總申請量的 81.2%。具體應用領域包括電子、能源、材料、光電、生物以及化學。其中，電子領域申請量最大，為 240 項，占比 49.6%。從主要應用領域的申請人排名來看，由于三星各子公司在經營范圍和研發方向上的不同，它們的申請領域也各有側重。例如，三星電子和三星 LED 側重電子領域，三星 SDI 和三星電機則側重能源領域。
其次，在制備方法方面，涉及化學氣相沉積法（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，三星陸續在柔性顯示屏和晶體管領域取得重大突破，而化學氣相沉積法制備出的高質量、大面積石墨烯薄膜恰恰滿足了上述兩個領域對石墨烯材料的要求。由此可見，三星選擇化學氣相沉積法是出于重點應用領域的需要。最后，制備方法和設備是密切聯系的。在設備方面，三星共計申請 30 項，18 項涉及化學氣相沉積裝置。
三、主要研發團隊及其研發動向
在一個研發機構相對成熟的大型企業中，真正影響重點技術研究的往往是一個或多個核心團隊。因此，從研發團隊入手，通過聚類分析，掌握并追蹤企業核心技術發展狀況是一個不錯的選擇。三星集團石墨烯領域的研發團隊規模較大，以共同申請為研究對象，圖 4 展示了三星集團前 20 位發明人之間的合作關系。發明人之間合作數量越多，則表明他們的研發方向可能相同或相近，屬于同一研發團隊。相反，合作數量越少，則表明他們的研發方向存在差異，不屬于同一研發團隊。此外，研發團隊中個人申請量最大的發明人則是該研發團隊的核心發明人。
經過聚類分析，20 位發明人中有 18 人來自三星，他們被歸入 5 個不同的研發團隊。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系的成均館大學。
下面以 CVD 技術為例，介紹各研發團隊間是如何進行技術銜接和相互協作的。三星集團中與 CVD技術相關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 為首的研究團隊側重于 CVD 方法，以 Song Young Il 為首的研究團隊則側重于 CVD 設備。
（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明人，其領導的研發團隊也是申請最早、涉足領域最多的團隊。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研究院任項目經理期間，研究方向更側重于石墨烯的制備，尤其是化學氣相沉積以及后續的石墨烯轉移工藝。早在 2007 年，他就開始了與成均館大學 Hong Byung Hee 教授的合作，兩人的主要研究成果在申請專利后，陸續發表在 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 研究員晉升部門經理后，研究對象趨于多元化，并主要以石墨烯應用為主。從技術路線上看，Choi Jae Young 團隊使用了單片基底沉積石墨烯，這種技術可以制備出具有一定強度、層數可控的高質量石墨烯薄膜，但其尺寸仍然不能滿足顯示器制造領域的要求，離真正商用還有一段距離。
（2）Song Young Il（宋榮日）
Song Young Il 領導的研發團隊主要致力于大尺寸石墨烯的化學氣相沉積制備以及相關設備的研究。圖5 展示了 Song Young Il 研發團隊制備的大尺寸柔性石墨烯薄膜以及采用的“Roll-to-Roll”轉移裝置。這一技術可以連續大規模生產高質量、大面積的石墨烯薄膜，滿足了石墨烯工業化應用的基本要求。
根據上面的分析可以看出，兩個團隊在化學氣相沉積技術上一脈相承，而在時間分布和研發重點上存在差異。
眾所周知，石墨烯薄膜的面積、層數、完整性等指標與其沉積時的工藝參數、設備密切相關，影響因素復雜。若想在實際生產中達到控制目的，不僅要增加前期工藝研發投入，還要具備相當的機械設計、加工和調試能力。一項技術從實驗室走向工廠，必然要經歷從小型試驗裝置到大型工業設備的轉變，這一過程涉及的系統性因素更多，不確定性增加，投資巨大，風險高。因此，許多企業不愿承擔上述風險，從而在新技術產業化道路上畏縮不前。
但是，三星 Techwin 在這方面具有得天獨厚的優勢。首先，三星集團實力雄厚，研發投入巨大，能夠為石墨烯產業化提供資金支持；其次，三星 Techwin 的前身是三星精密機械株式會社，后又涉足航空發動機以及火炮等精密制造業，具有深厚的機械加工背景和技術儲備，由它負責石墨烯薄膜設備以及密切相關的工藝過程研究，則是充分發揮了三星 Techwin 在加工制造領域的獨特優勢。
就這樣，三星電子完成前期工藝探索，三星 Techwin 接著進行產業化，三星沒有因為人事變動、領域切換等原因延遲石墨烯的產業化進程，反而利用技術研發的不同階段和子公司各自優勢完成了一次“漂亮轉身”。
四、對我國石墨烯產業發展的啟示
1. 以市場為導向、以企業為創新主體
作為戰略新興產業，石墨烯產業需要長時間的政策和資金的扶持才能達到市場自我循環的能力。目前，我國與美國、韓國、日本在重點應用領域分布和申請主體上存在明顯差異。在應用方面，我國更加側重材料、新能源領域，這些領域產業成熟期更長，受政策因素影響更大，而在創新主體上以研究機構為主。
作為該領域全球最大投資人，三星集團本身是一家跨國企業集團，研發方向更加側重于市場自由競爭度更高、市場需求傳導性更強的電子領域。眾所周知，市場需求是影響技術發展趨勢的主要因素，市場內生因素會引發對新技術、新功能和新應用的需求。像三星集團這樣的跨國公司技術實力較強且具有長遠判斷力，通過對現有技術的變革性創新，會努力開發出能夠為其帶來領先于同業競爭者并且可以獲得超額利潤的技術，這使其在創立了全新市場并成為全新市場領導者的同時，也獲得了市場的先機。這些公司在選擇技術研發方向時也會優先考慮市場需求、容量以及技術復雜度等因素，技術復雜度越高，市場需求和容量越大的技術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領域的發展動向值得重點關注；另一方面，培育企業、或企業與科研機構聯合成為創新主體，對于提高資金使用效率、推動石墨烯產業發展具有重大的現實 意義。
2. 進行全產業鏈布局，實現上、下游積極互動
三星集團對整個石墨烯產業鏈進行了全面的布局和保護，包括上游的制備方法、設備以及下游應用。上游的制備方法以化學氣相沉積為主，涵蓋了氣相沉積、轉移、后處理等多個重要環節。而設備則與制備方法相對應，進行了同步保護。此外，涉及應用的申請比例最高，囊括了電子、材料、能源等諸多熱門領域。
相比之下，我國石墨烯優勢企業的布局重點仍然是上游制備，下游應用布局少且領域單一，并未形成完整的“一體化”產業鏈，這種發展現狀一定程度上會阻礙上、下游環節的聯系和互動。具體而言，上游環節向下游環節輸送產品和服務，在缺少下游應用企業的情況下，上游生產企業的產品銷售就可能出現問題，尤其是石墨烯產品在大多數應用領域屬于替代材料，并且在成本和性能上不占優勢，上述銷售困難的問題就更加突出；同時，下游環節向上游環節反饋信息，在缺少下游應用企業的情況下，石墨烯產品在應用當中出現的技術問題就無法得到有效反饋，上游企業也沒有改進產品和后處理技術的動機和方向，長期缺乏市場的反饋循環，上、下游技術銜接就會被阻斷。
隨著石墨烯制備技術的逐漸成熟和產業推進，上游制備可能淪為人力或資金密集型產業，價值鏈向下游應用傾斜，上游生產企業會逐漸陷入低附加值、低成本的惡性循環，對整個石墨烯產業的健康發展不利。因此，從產業發展的角度考慮，應當鼓勵優勢企業學習借鑒三星經驗，根據自身優勢適當延伸產業鏈，向下游開發邁進。
3. 鼓勵建立區域產業聯盟，積極合作，形成技術和競爭優勢
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合體，共同參與到石墨烯專利技術的競爭中。這樣的發展模式不僅有于制定統一的商業開發計劃，合理分配資金和研發資源，避免重復、低效投入，在技術上還可以相互促進，取長補短。
從我國的產業發展現狀來看，石墨烯優勢企業主要是小型企業，研發水平不高，盈利能力弱，還沒有出現能夠單獨與三星、IBM 等國際巨頭競爭的企業。但是，我國已經初步形成了一些石墨烯特色發展區域，在這些區域中的企業和研究機構可以建立區域產業聯盟，實現產業、研發和專利資源優勢互補，逐漸形成技術和競爭優勢，建立起共同抵御外部挑戰的能力。以江蘇為例，石墨烯研發和生產主要集中在常州、無錫、蘇州等環太湖地區，這一地區是有全球影響力的先進制造業基地，是全國科技創新與技術研發基地。這些為石墨烯技術開發無錫石墨烯產業發達，而蘇州、南京等地的科研機構密集，基礎研究能力強，具有很好的互補性，這為建立區域合作和產業聯盟創造了得天獨厚的條件。因此，可以考慮建立環太湖地區石墨烯產業聯盟和全球領先的石墨烯產業基地。
三星集團在新興技術研發領域表現出的高效率令人欽佩，也使其在市場競爭中占得先機。從研發成果和進度上看，三星集團在石墨烯領域整個產業布局上也是煞費苦心，不僅具有清晰、統一的遠景規劃，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域。我國企業也應當積極借鑒三星集團在戰略新興產業技術發展中的經驗，走出一條符合我國國情的特色發展之路。