纳米发电机产业发展现状与全球专利竞争格局初探(二)

2021-01-25 15:23:27

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国外专利客观分析


概况分析
纳米发电机国外专利


申请国家申请量分析

通过国外专利的年度申请量情况我们可以分析国际上对纳米发电机的研发趋势。随着王中林教授首次提出纳米发电机概念,逐渐有关于纳米发电机的专利申请出现,而在2006年之前,处于刚刚兴起阶段,专利申请量有小幅增加。

如图12所示,在2011至2014年有一个峰值出现,随后专利申请量出现下滑趋势。原因可能有两个方面:

一是全球范围内纳米发电机研发热度有所下降,部分国家的研发团队退出纳米发电机研发的舞台,导致专利数量下滑;

二是技术从研发到申请专利再到专利公开并录入数据库,一般有十几个月的滞后,那么近两年的专利数量会受此影响,导致检索到的专利数量较实际情况偏少。


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申请国家分析
纳米发电机国外专利


申请国家申请量分析



申请国家申请量分析可知,美国专利申请量为318件,占比32.55%,占据较大比重,同时韩国申请量为214件,占比21.90%,凸显了美国在纳米发电机领域的研究力度(见表4)。


图13



申请国家申请人分析

通过申请国家申请量及申请人分析可以看出,如图14所示,美国和韩国在纳米发电机方面专利申请量较多

其中,韩国专利申请中有多数来自海外,其中不乏日本、美国等国家,说明其他国家非常重视韩国纳米发电机市场,并积极进行布局以应对未来激烈的竞争。不同国家的专利申请地显示了对其国家市场的重视程度。


 图14

 表4


申请人分析
纳米发电机国外专利
01
申请人排行分析

通过申请人排行榜分析,如图15所示,可以明确哪些国家的企业、科研院所或个人在纳米发电机领域的研究更加深入。

可以看出,美国的轻工程公司申请量领先,说明美国的轻工程公司研究较为深入,其次是美国乔治亚州技术研究公司。韩国境内则是韩国先进技术学院对其研究较深入。 


图15

 表5


02
申请人研发力分析

此图为发明申请期间,申请人研发力分析图。

由图16可知,申请量靠前的几位申请人的主要技术领域均集中在H部电学,间或涉及一些B部作业运输等。其中,H部进一步主要集中在H02N小类


图16



B部:运输、作业;H部:电学;F部:机械工程;C部:化学、冶金

H02N:其他类目不包含的电机

H02J:供电或配电的电路装置或系统;电能存储系统

H01L:半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件

H02K:电机

B82Y:纳米结构的特定用途或应用;纳米结构的测量或分析;纳米结构的制造或处理

B82B:超微结构;超微结构的制造或处理

B60L:电动车辆的电力装备或动力装置;用于车辆的磁力悬置或悬浮;一般车用电力制动系统

H01F:磁体;电感;变压器;按磁性能选择的材料

H01M:用于直接转化化学能为电能的方法或装置,例如电池组

C01B:非金属元素;其化合物

F03D:风力发动机


03
申请人年度申请量分析

由申请人年度申请量分析中我们可以看出专利申请人的专利申请趋势,进而分析其研发趋势

如图17所示,申请量最多的美国轻工程公司申请量主要集中在2004-2008年,2008年之后专利申请量为零,一方面可能是遇到了研发瓶颈,攻关困难;另一方面也可能该实验室转换了研究方向,对纳米发电机减小科研力度。

总的来看,各国的研究成果申请量增长缓慢,说明此时想要有新的突破较困难,各国研究人员均处于攻坚战时期,相信这一难关克服后,该领域会有一个较大的进展。


图17

表6


IPC分析
纳米发电机国外专利
01
IPC技术构成分析

分析专利技术分布情况,可辅助企业掌握该技术的主要研发方向或者选择技术空白、薄弱的点进行技术攻关。

由图18可以看出,与国内专利技术构成结果类似,纳米发电机的主要研究方向是发电机。如何实现发明成果转化,未来真正投入使用的话,必须要有大量的纳米发电机共同工作,组成一个发电机组。


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02
IPC技术申报趋势分析
从图19可以看出,H02N小类一直是研发的主要方向,其相关申请量也明显高于其它小类,H01L小类也有一定的增长。


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03
IPC技术申请人分析

如图20所示,美国轻工程公司H02K小类研究比较深入,美国乔治亚州技术研究公司H02N小类研究较深入,韩国先进技术学院H01L小类的研究上比较深入。


图片9.png


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专利主观分析



重点企业申请人
纳米发电机专利
01
纳米新能源(唐山)有限责任公司

纳米新能源(唐山)有限责任公司是一家在纳米技术领域进行产品研发、生产和销售的现代化高科技公司,在纳米发电机技术上具有无可匹敌的突破性技术优势。公司拥有一大批世界上和该项技术相关的核心专利,属于国际首创和领先。

纳米新能源是一家外资公司,总部位于中国河北省唐山市。纳米新能源在美国设有公司,并将在全国范围内逐步建立一批分公司。

纳米新能源公司重点研究纳米发电机及其应用产品的开发涉及微纳米电源、微纳加工技术、基础设施监测、物联网、个人电子产品、医学检测芯片、生物传感器等前沿领域

总体来说,在纳米发电机,纳米新能源(唐山)有限责任公司是目前国内拥有相关专利最多的企业,企业可尝试与之合作共同开发,也可以避开其研究热点即微纳米电源、生物传感器,个人电子产品及基础设施检测等方向,开辟新的技术路线。


重点科研院所申请人
纳米发电机专利
01
北京纳米能源与系统研究所

北京纳米能源与系统研究所纳米能源与纳米系统核心技术为研发目标,在压电电子学、压电光电子学及纳米发电机等相关领域开展基础和应用基础研究。

北京纳米能源与系统研究所根据学科布局和主要研究方向,设立材料物性、微纳能源、微纳系统、压电电子学、压电光电子和耦合传感等6个研究部。为发挥大型仪器设备的综合效益,提高仪器设备的使用率,重点建设纳米材料制备、纳米材料表征、微纳制造与加工、纳米生物与环境、纳米光电测量等5个技术支撑平台。

北京纳米能源与系统研究所将以王中林院士为首席科学家,借助人才计划支持,吸引和凝聚海内外一流的创新人才,建设一支高水平富有活力的国际化创新团队。

随着高超团队在纳米发电机电能转换及装置研发、压电材料的重大突破,怎样进一步完善、优化纳米发电机及市场化应用可能是该团队今后的主要研究方向

当然,还存在其他课题组在纳米发电机更细的分支上进行研究优化,企业可结合自身的研究方向,比对各课题组的研究方向,定向实现与科研院所的合作,利用其强大的科研资源,实现科研人员的科技成果转化。其次,未来真正投入使用的话,必须要有大量的纳米发电机共同工作,组成一个发电机组。

02
国家纳米科技中心

国家纳米科技中心国家纳米科学中心(The National Center for Nanoscience and Technology),定位于纳米科学的基础研究和应用基础研究,重点在前瞻性、具有重要应用前景的纳米科学与技术基础研究。

中国科学院纳米科技中心和北京大学、清华大学共同组建国家纳米科学中心。与纳米材料、纳米器件和纳米表征这三个研究方向提出了可行性建议,初步凝炼了国家纳米科学中心的学科方向。

目前,国家纳米科学中心的研究方向主要集中在纳米发电机装置应用方面,而根据其发展规划可以看到,今后其将投入更多人力物力致力于纳米发电机电能转换领域。企业可以跟国家纳米科学中心达成合作共识,建立产学研研究基地,利用其优质的人力资源进行更加深入的研究。

国外重点申请人
纳米发电机专利
01

1georgia tech research corporation

乔治亚州技术研究公司(GTRC)成立于1937年,是一家州立非营利性公司,为乔治亚州技术大学提供乔治亚州认可的合作组织服务。

根据章程,GTRC“应仅出于科学,文学和教育目的而运营.进行实验室,从事科学研究,并分发和传播研究所得的信息” GTRC是IRS的第501条(c)(3)非营利组织,并作为佐治亚理工学院所有赞助研究活动的承包机构。它还许可在佐治亚理工学院创建的所有知识产权(专利,软件,商业秘密等)。

此外,GTRC协助佐治亚理工学院获得高质量的研究空间,为专门的研究设备订立长期租赁合同,并按照研究所的要求进行其他研究支持计划。GTRC位于第十街505号的校园。

02

korea advanced institute of science and technology

韩国先进科技学院即韩国科学技术院,简称KAIST、韩科院,是坐落在韩国大田广域市的一所公立研究型大学。

在2002年成立了国家纳米实验室,KAIST研究所在2006年成立。

徐南杓校长在2006年7月就职后的第一个行为是奠定了KAIST的发展规划。'KAIST发展第十个五年计划",2007年2月5日完成,经过彻底检查由KAIST指导委员会。KAIST的目标是成为在世界最好的科技大学之一,并成为2011年的前10名的大学之一。在2008年1月,大学落下它的全名,韩国高等科学技术研究所,并改变它的正式名称只有KAIST。



总结


自2005年以来、来自美国佐治亚理工学院的华裔科学家王中林教授及其研发团队先后公布了压电纳米发电机(2006年)和摩擦纳米发电机(2012年)首创发明,并开启了一系列里程碑式的研究-能将机械能转化为电能的可持续型自驱动纳米电源(理论和实验模型)。

随后的十几年中,全球科研工作者在纳米发电机和自供电纳米器件方面进行了大量工作。

2014年

王中林团队通过将摩擦纳米发电机封装后植入体内收集心跳、呼吸肌运动等机械能并将其转化为电能,成功实现了为有源植入式医疗器件提供能源。

2016年

《Science》子刊《Science Advances》报道了“全可降解摩擦纳米发电机实现了给瞬态有源植入式器件供能”。

2016年

中国科学院北京纳米能源与系统研究所与北京大清创业投资有限公司举行合作签约仪式。摩擦电空气净化技术作为纳米能源与系统研究所的首个科技成果转化项目,已落户怀柔雁栖经济开发区,完成从技术成果到商品的产业化过程。

2017年

北京纳米能源与系统研究所因完成“基于纳米发电机的植入式人体自供电医疗器件研究”项目荣获北京市科技进步二等奖,并成功制备出依靠心脏跳动来发电的植入式纳米发电机自供电心脏起搏器。

2018年

王中林及其研究团队与北京纳米能源与系统研究所及国家纳米科学与技术中心联合成功地制造出仿生水母摩擦纳米发电机(bjTENG)。因其具有高灵敏度、高形状自适应性,可以将它附着在船体上以收集波浪的能量,以及在更深的海水中收集波浪能量,人类实现“蓝色能量梦”似乎又前进了一步。

结尾
从国内外专利申请内容来看

关于纳米发电机的专利技术研究热点也是主要集中在纳米发电机装置

因此,企业可以重点以纳米发电机装置电能转化为突破口;

此外,也可以跟现有企业合作,开展下游产业,进行纳米发电机应用领域研究,研究现有纳米发电机的功能并结合自身企业情况确定最佳的应用方向。

从国内外专利申请量的角度

纳米发电机在国内的专利申请量逐年增加,且在近几年有一个较迅猛的发展,而国际方面近几年纳米发电机研究热度降低,专利申请量有所减少

故若想在该领域有所成就,需要投入更多的研发人员加大科研力度,同时要注重知识产权的保护,保护好自己的知识劳动成果。还有一大部分的专利是掌握在个人或科研院所中,这也就需要企业和这些专利权人进行合作,将这些专利应用到我们的生活中,体现这些专利的价值。