基于文献计量的石墨烯材料领域主题分析

2022年·第三期 基于文献计量的石墨烯材料领域 主题分析 中国工程科技知识中心 2022年8月 知领报告 2022年第3期 本报告由机器自动生成，仅做 研究参考 审核： 刘玉琴黄颖刘佳崔成磊王雨童 目录 摘要I 1.技术概要1 2.数据源3 3.论文量与趋势分析3 4.资助项目与机构分析4 5.主题分布与演化分析5 5.1.热点主题分布5 5.2.主题词演化13 6.学科分布与演化分析15 6.1.学科分布15 6.2.学科演化16 6.3.学科交叉19 7.期刊分布与演化分析20 7.1.期刊分布20 7.2.期刊演化21 8.国家（地区）合著关系与竞争分析24 8.1.国家（地区）论文数量24 8.2.国家（地区）论文趋势24 8.3.国家（地区）合著关系26 8.4.国家（地区）技术侧重与技术关联27 8.5.国家（地区）期刊交叉分析29 9.机构合著与竞争分析31 9.1.机构论文数量31 I 9.2.机构论文趋势32 9.3.机构突破33 9.4.机构合著关系34 9.5.机构技术侧重与技术关联35 9.6.机构期刊交叉分析37 10.作者与科研团队分析38 10.1.作者论文数量38 10.2.科研团队分析40 II 摘要 本报告基于SCI论文数据库，针对石墨烯材料进行检索、筛选与计量分析，从而剖析石墨烯材料发展历程、技术热点、演化趋势，国家、机构、研究人员之间的合著、竞争、技术侧重点等。 本报告主要结论如下： 1.2008年1月到2021年12月 在SCI论文数据库中检索得到相关记录95178条，总体呈现递增趋势，2019年数量达到顶峰为12756篇。 2.全球石墨烯材料主要研究热点大体围绕以下四个方面。（1）石墨烯的性能改进。主要涉及的主题词有：机械性能、电子性能、导热性、表面性能、导电性能。（2）石墨烯的最终运用领域。主要涉及的主题词有：电子显微镜、石墨烯片、碳纳米管、锂离子电池、实际应用、超级电容器。（3）石墨烯的表征方法。涉及到的主题词有：协同效应、X射线衍射、傅里叶变换、氧还原反应、活性位点、析氢反应、催化活性、化学气相沉积。（4） 石墨烯复合材料。涉及的主题词有氧化石墨烯、氧化还原石墨烯、复合纤维、纳米纤维、聚丙烯腈、纤维材料、纳米复合材料、2D材料。 2008-2010年主题词主要为石墨烯片、石墨烯层、碳纳米管、氧化石墨烯、石墨烯纳米带、电子结构、电子性质、拉曼光谱、双层石墨烯、狄拉克点；2011-2015年主题词主要为氧化石墨烯、石墨烯片、拉曼光谱、X射线衍射、电流密度、碳纳米管、石墨烯层、电子显微镜、电子性质；2016-2020年主题词主要为氧化石墨烯、摄氏度、电流密度、X射线衍射、拉曼光谱、实际应用、机械性能、锂离子电池、碳纳米管；2021年主题词主要为氧化石墨烯、摄氏度、电流密度力学性能、实际应用、2D材料、拉曼光谱、X射线衍射、碳纳米管、协同效应。 3.按照期刊进行数量统计，排序前5位的分别为PHYSICALREVIEWB、ACSAPPLIEDMATERIALS&INTERFACES、CARBON、JOURNAL i OFMATERIALSCHEMISTRYA、 NANOSCALE，数量分别达到6624篇、6498篇、5760篇、4909篇、4176篇。 4.按照国家进行数量统计，排序前5位的分别为中国、美国、韩国、印度、德国，数量分别达到47334篇、17014篇、8668篇、6071篇、4286 篇。 合著网络关系网中最活跃的是中国、美国、韩国、日本、澳大利亚；德国、英国、西班牙、伊朗、意大利；印度、沙特阿拉伯、马来西亚、巴基斯坦、埃及。 技术关联关系显著的国家（地区）关联网络群分别为（1）德国、西班牙、意大利、法国、俄罗斯、巴西、瑞典、波兰、瑞士、荷兰、比利时、丹麦、芬兰；（2）韩国、印度、伊朗、中国台湾地区、马来西亚、土耳其、巴基斯坦；中国、澳大利亚、新加坡、沙特阿拉伯、埃及；（3）美国、日本、英国、加拿大、捷克。 5.按照学科类别进行数量统计，排序前5位的分别为多学科交叉材料科学、纳米科学与纳米技术、物理化学、应用物理学、凝聚态物理学，数量分别达到95178篇、41969篇、 40522篇、39797篇、22046篇。 2008-2010年主要为多学科交叉材料科学、应用物理学、凝聚态物理学、物理化学、纳米科学与纳米技术、多学科交叉化学、原子、分子和化学物理、材料科学—涂料与薄膜、工程学—电子电气工程、冶金与冶金工程；2011-2015年主要为多学科交叉材料科学、物理化学、纳米科学与纳米技术、应用物理学、凝聚态物理学、多学科交叉化学、能源与燃料、电子化学、冶金工程、原子、分子和化学物理；2016-2020年主要为多学科交叉材料科学、纳米科学与纳米技术、物理化学、应用物理学、多学科交叉化学、聚态物理学、能源与燃料、冶金工程、工程学—电子电气工程、电子化学；2021年以后主要为多学科交叉材料科学、纳米科学与纳米技术、物理化学、应用物理学、凝聚态物理学、多学科交叉化学、冶金工程、能源与燃料、工程学—电子电气工程、材料科学—涂料与薄膜。 6.按照机构进行数量统计，排序前5位的分别为中国科学院、清华大学、中国科学院大学、中国科技大学、南洋理工大学，数量分别达到7234篇、2124篇、2110篇、1610篇、 ii 1545篇。 在2008—2021年期间，突现明显的机构有中国科学院、都柏林圣三一大学、阿尔托大学。中国科学院作为我国自然科学最高学术机构、科学技术最高咨询机构、自然科学与高技术综合研究发展中心，一直我国石墨烯领域研究助力。都柏林圣三一大学是一所位于爱尔兰的一所世界顶级研究型大学，其中，都柏林圣三一学院材料科学研究中心汇集了全世界在材料科学领域的顶尖科学家，常年在材料科学和纳米材料领域位列世界前十。阿尔托大学位于芬兰首都赫尔辛基，是一所古老而创新力强的北欧著名高等学府，为北欧五校联盟成员之一。阿尔托大学细分学科中，材料科学在2022QS世界工程技术综合领域中位列世界第95位，在业界实力雄♘。 中国科学院、中国科学院大学、浙江大学、苏州大学、上海交通大学、南京大学、北京化工大学、吉林大学、华中大学、四川大学、郑州大学、湖南大学、武汉理工大学、厦门大学、东南大学、香港城市大学、华南理工大学、中山大学、中国电子科技大学、上海大学、重庆大学侧重于氧化石墨烯、电流密度、实际应用；北京大学、 新加坡国立大学、麻省理工学院、日本国立物质材料研究所、曼彻斯特大学、德克萨斯奥斯汀大学、西班牙高等科研理事会、佐治亚理工学院侧重于氧化石墨烯、六方氮化硼、电流密度、潜在应用、第一性原理计算；清华大学、成均馆大学、首尔国立大学、韩国科学技术院、延世大学侧重于氧化石墨烯、实际应用、碳纳米管、电流密度、潜在应用；哈尔滨工业大学、北京工业大学、大连理工大学、西北工业大学、北京航空航天大学侧重于氧化石墨烯、摄氏度、电流密度、机械性能、实际应用；中国科技大学、莱斯大学、加州大学伯克利分校侧重于氧化石墨烯、电流密度、实际应用、潜在应用。 7.按照作者角度进行统计，排序前5位的分别为Tour,JamesM.[莱斯大学化学系][美国]、Ajayan,PulickelM.[莱斯大学材料科学与纳米工程系][美国]、Zhang,Hua[南洋科技大学材料科学系][新加坡]、Kong,Jing[麻省理工学院化材系计算机科学][美国]、Warner,JamieH.[牛津大学材料系][英国]，数量分别达到162、147、134、132、129篇。此外，在榜单前十位的作者中，美国作 iii 者共有5位，占比50%，中国学者共一位，是来自北京大学化学与分子工 程学院的Liu,Zhongfan。 iv 1.技术概要 石墨烯（Graphene）是一种由单层碳原子组成六角形呈蜂巢晶格的片状结构的新材料，是只有一个碳原子♘度的二维晶体材料，也是目前已知最薄的材料。石墨烯被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学的二位物理学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在，两人也因此获得2010年诺贝尔物理学奖[1]。获奖的同时也将石墨烯引入大众视野，石墨烯以独特的二维蜂窝状碳纳米晶体结构和优异的光电热力等性能成为新材料领域、能源领域、电子领域、医药领域及环境保护领域的研究热 点，吸引了各国研究机构以及企业的关注。 石墨是制备石墨烯的主要原材料之一。我国石墨资源丰富，是全球最大的石 墨生产国，为我国石墨烯行业的发展提供了充足的原料支持。目前，石墨烯下游 运用主要分为石墨烯粉体、石墨烯薄膜、石墨烯纤维以及石墨烯浆料等方面。其 中石墨烯粉体多掺杂在其他材料中使用，比如导电剂、超级电容、特种涂料、高 效催化剂等。石墨烯薄膜主要在导热膜、柔性显示、传感器、集成电器等行业有 较为广泛的应用。石墨烯纤维不同于以往的碳质纤维，其构筑基元是具有良好的 导电、导热、机械强度等性能的二维晶体石墨烯，纤维的内部结构三维有序、致 密均一，有潜力将碳质纤维的性能推向一个新阶段[2]。石墨烯浆料是一款针对水性体系应用而开发的通用型石墨烯水性浆料产品。其保持了石墨烯本征结构，工艺绿色环保、无污染。可在新能源、新材料、能源化工、电子信息、航空航天和国防军工等众多领域实现广泛应用。 为发展石墨烯产业，我国近年来相继采取一系列举措。2015年4月14日， [1]张楠.21世纪的神奇材料——石墨烯及其应用[EB/OL].(2015-09-01)[2022-7-19].https://www.cas .cn/kx/kpwz/201509/t20150901_4419030.shtml [2]高超.石墨烯纤维的诞生、发展与展望[N].(2019-08-14)[2022-7-19].http://www.polymer.cn/sci/kjx w15910.html 1 中国工程科技知识中心 石墨烯国家标准制定工作开始启动，对石墨烯这种新型纳米材料的术语与定义、 制备方法等各个方面制定科学标准，以引导和促进我国石墨烯产业健康、有序发展。其次，《新材料产业发展指南》《重点新材料首批次应用示范指导目录（2017版）》等利好政策也在不断颁布，石墨烯产业整体发展形势向好，各地方政府纷纷提前布局石墨烯产业，一些地方政府迫切地想要把石墨烯材料及其下游应用作为新的经济增长点来培育，以带动地方传统产业转型升级和经济增长[3]。石墨烯将继续在五大领域发展。一是光电产品领域，石墨烯材料的透光性、导电性和可弯曲性触摸屏、OLED、太阳能等领域发挥作用。二是能源技术领域，石墨烯拥有超高的比表面积、超轻的重量和非常好的导电性。采用石墨烯所制的超级电容器，其极限储能密度是原有材料的2-5倍左右，是最佳的电极材料[4]。三是复合材料领域，通过将石墨烯加入各种塑形基体，可制备出导电、导热、可加工、 耐损伤较强的特殊材料，这些材料在集成电路、散热片、高韧性容器等方面都有 应用前景。四是微电子器件，石墨烯独特的性能将在未来的石墨烯半导体、石墨烯集成电路、THz器件等领域发挥作用。五是在传感器领域，石墨烯对单分子的响应能力以及承载抗体后的分子输运能力都是其他传感器不能实现的。 虽然我国石墨烯产业总体基础不错，发展态势良好，但目前我国的石墨烯产 业仍面临一些深层次问题，如基础研究能力薄弱，缺乏龙头企业带动，上下游企业脱节，产业链不成熟，资本市场过度透支石墨烯概念，行业标准缺失等，都严重制约了我国石墨烯产业的健康可持续发展等。因此，石墨烯材料相关研究对于解决当下的产业困局是必要的。 [3]赵秀婷,刘宇,周静,何飞霞.我国石墨烯产业园发展现状分析[J].新材料产业,2018(11):28-31. [4]石墨烯的应用及石墨烯的用途[EB/OL].(2017-09-07)[2022-7-19].http://www.0731smx.com/zxzx/xingyexinwen/20190126/29