Выполнен патентный анализ углеродного направления нанотехнологий. Сопоставлены публикационная и патентная активность в данной области, а также тематическая структура публикаций и патентуемых изобретений. Рассмотрены особенности тематической структуры российских изобретений, возможные направления и трудности их коммерциализации. Исходная информация получена из баз данных Роспатента, USPTO, WIPO PATENTSCope, а также Science Citation Index Expanded.

УДК 661.66; ВАК 05.16.08; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.80.1.74.83

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под редакцией д.т.н., профессора Мальцева П.П.
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #1/2018
А.Терехов
Динамика и структура патентования углеродных наноструктур
Просмотры: 4043
Выполнен патентный анализ углеродного направления нанотехнологий. Сопоставлены публикационная и патентная активность в данной области, а также тематическая структура публикаций и патентуемых изобретений. Рассмотрены особенности тематической структуры российских изобретений, возможные направления и трудности их коммерциализации. Исходная информация получена из баз данных Роспатента, USPTO, WIPO PATENTSCope, а также Science Citation Index Expanded.

УДК 661.66; ВАК 05.16.08; DOI: 10.22184/1993-8578.2018.80.1.74.83
Углеродные наноструктуры – важнейшие представители наномира, открытие которых ускорило рождение нанотехнологий (НТ). В настоящее время они входят в повестку дня трех укрупненных секторов экономики – наноэлектроники, нанобиотехнологии и наноэнергетики, где ожидается реализация основного потенциала НТ. Публикации и патенты часто используют для количественных оценок эффективности инновационных процессов. В настоящей статье выполнен анализ патентования углеродных наноструктур с использованием баз данных (БД) Роспатента, US PTO и WIPO PATENTSCope. Наряду с традиционной триадой "фуллерены – углеродные нанотрубки (УНТ) – графен" в рассмотрение включены наноалмазы, а также другие формы наноуглерода (ДФНУ), например нанопористый углерод, нанографит, нановолокна и др. Анализ охватывает период 2000-х годов, в течение которого многие страны вслед за США реализовывали свои нанотехнологические программы. В части, относящейся к России, его результаты могут быть полезны при обосновании инновационной политики.

КРАТКАЯ БИБЛИОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ УГЛЕРОДНОГО НАПРАВЛЕНИЯ
Поскольку в инновационной цепочке патентам предшествуют научные публикации, приведем ряд библиометрических индикаторов, рассчитанных на основе БД Science Citation Index Expanded (SCIE). Согласно рис.1, интерес в мире к исследованию углеродных наноструктур продолжает увеличиваться со среднегодовым темпом роста числа научных публикаций 14% за последние семь лет. Структуру этого роста характеризует рис.2, показывающий своеобразный закат "эры фуллеренов", расцвет и постепенное угасание "эры УНТ", стремительное восхождение графена, а также невысокий "нишевый" интерес к наноалмазам и другим формам наноуглерода. Заметим, что в указанный период произошли значительные изменения в географии исследователей: выпуск публикаций стали определять крупные азиатские игроки (более 68% в 2015 году), а Китай стал неоспоримым лидером на обозримую перспективу, поскольку его ближайший преследователь (США) отстает по своему вкладу на 26 процентных пунктов (п.п.). Вместе со структурой стали меняться и показатели научного воздействия, например, с 2011 года Китай опередил США, а Южная Корея – Германию по вкладу в топ-10% наиболее цитируемых публикаций в рассматриваемой области. Сингапур, в свою очередь, с 2012 года обошел Францию и Великобританию по вкладу в топ-1% самых цитируемых публикаций. Россия занимала в 2015 году девятое место по продуктивности, однако, по средней цитируемости публикаций входила лишь в четвертую десятку.
АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ АКТИВНОСТИ НА ОСНОВЕ
БД US PTO И WIPO PATENTSCOPE
Интенсивность трансформации научного знания в патентуемые результаты может характеризовать следующее интегральное соотношение: примерно 4,4 патента US PTO и столько же заявок PCTWIPO приходится на 100 публикаций за период 2000–2016 годов. Стоит отметить, что углеродные наноструктуры не относятся в данном случае к лидерам. Большую коммерческую зрелость демонстрируют, например, лазеры, где на 100 публикаций за тот же период приходилось 28 патентов US PTO и 17 заявок PCT WIPO. Рис.1 показывает, что мировые публикационная и патентная активности (согласно БД US PTO) росли практически одинаковыми темпами, тогда как динамика подачи заявок PCT WIPO в последние годы стала заметно отставать. Как следует из рис.3 и 4, тематическую структуру патентуемых результатов в международных базах данных в основном определяет соперничество между УНТ и графеном, причем, если в заявках PCT WIPO графен опередил УНТ с 2013 года, то в патентах US PTO они практически сравнялись только в 2016 году. Остальные типы наноструктур служат лишь фоном для этого соперничества. Рис.5 показывает, что тематические структуры публикаций по углеродным наноструктурам и подаваемых заявок PCT WIPO достаточно хорошо коррелируют между собой.
ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКАЯ АКТИВНОСТЬ РОССИЯН И СТРУКТУРА ПАТЕНТОВАНИЯ
Важнейшим международным экономическим блоком с участием России является БРИКС, который в последние годы заметно наращивает изобретательскую активность. Например, доля заявок PCT WIPO, в которых хотя бы один из изобретателей является гражданином одной из стран БРИКС, увеличилась с 3,8% в 2010 году до 17,2% в 2016 году. Для сравнения: за тот же период аналогичная доля ЕС-28 уменьшилась с 23,9 до 19,5%. Локомотивом выступает Китай. Его граждане входят в число изобретателей в 843 патентах US PTO на углеродные наноструктуры, выданных в 2000–2016 годах. Далее с большим отрывом следуют: Индия, Россия, Бразилия и ЮАР, представители которых участвовали в 51, 33, 10 и 1 патентах US PTO соответственно. Своеобразным показателем "донорства" страны можно считать долю ее патентов (по принципу гражданства хотя бы одного изобретателя), которые выданы патентовладельцу другого государства. Наименьшее значение этого показателя (6%) у Китая, наибольшее (58%) – у России, то есть россияне связывают коммерческие перспективы своих изобретений с национальным бизнесом в значительно меньшей степени, чем представители других стран БРИКС.
УНТ посвящены 88,4% патентов US PTO с участием китайских изобретателей, 74,5% – индийских, 70% – бразильских. Эта же тема рассматривается в единственном патенте с участием изобретателей ЮАР. Вместе с тем, УНТ посвящены только 15,2% патентов с российским участием, остальные темы распределились следующим образом: 42,4% – фуллерены и их производные; 18,1% – наноалмазы; 15,2% – ДФНУ и 9,1% – графен. Уже на примере этой небольшой выборки видна специфика интересов российских изобретателей в рассматриваемой области. Среди патентов US PTO, выданных российским патентовладельцам, можно выделить следующие:
• патент № 6245312 US, выданный в 2001 году троицкому Научно-техническому центру "Сверхтвердые материалы", который позднее был преобразован в Институт сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ), на способ получения сверхтвердого фуллерита и изделий на его основе;
• патент № 7867467 US, выданный в 2011 году ЗАО "Алмазный центр" (Санкт-Петербург), на способ получения наноалмаза;
• патент № 9090752 US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Санкт-Петербурга, на многослойные углеродные наночастицы фуллероидного типа;
• патент № 9096492US, выданный в 2015 году индивидуальному патентовладельцу из Нижнего Новгорода, на гидратированные n-фуллерен-аминокислоты, способ их получения и создание фармацевтических композиций на их основе;
• патент № 9254340 US, выданный в 2016 году ЗАО "Алмаз Фарм" (Москва), на способ получения конъюгата наноалмаза с глицином для доставки глицина в организм.
С другой стороны, патенты US PTO с участием российских изобретателей были выданы таким известным зарубежным компаниям, как Samsung Electronics (Южная Корея), Siemens (Германия), Ceram Optec Industries (США) и др.
Согласно выборке, произведенной из БД Роспатента, в рассматриваемый период было выдано 1 109 патентов РФ на изобретения в области углеродных наноструктур. Их тематическая структура (рис.6) значительно отличается от патентов US PTO и заявок PCT WIPO. Так, количество патентов, связанных с УНТ, только в 2009 году превысило количество патентов по фуллеренам, а число патентов, связанных с графеном, лишь к 2016 году незначительно превзошло количество патентов по наноалмазам и ДФНУ.
С точки зрения формирования деловой экосистемы важно, кто является получателем патентов. Можно отметить последовательное снижение среди выделенных категорий патентовладельцев доли институтов РАН, ФГУП и индивидуальных патентовладельцев. Напротив, свои доли поступательно наращивали университеты и иностранные компании (см. таблицу). Если первое могло быть следствием мер правительства по формированию инновационной инфраструктуры университетов, то второе должно вызывать определенные опасения. Заметим, что отечественный бизнес, слегка повысив свою долю в 2008–2013 годах, затем опять ее снизил. 57 патентов РФ (около 41% всех патентов корпоративного сектора) выданы в 2013–2016 годах зарубежным компаниям, среди которых Gurdian Industries (США), Exxon Mobil (США), BASF (Германия), Photonics France (Франция), Koninklijke Philips Electronics (Нидерланды) и др. Поскольку отечественный бизнес пока уделяет мало внимания патентованию за рубежом, совладельцами патентов на изобретения с участием россиян нередко становятся иностранные компании, как это было в 19 из 33 патентах US PTO и в 30 из 87 заявках PCT WIPO. Это создает определенные риски утечки патентоспособных идей.
ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ТРУДНОСТИ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ
Пожалуй, ни с какими из других представителей наномира не было связано столько оптимистических ожиданий на революционные преобразования в экономике и других сферах человеческой жизни, как с триадой "фуллерены – УНТ – графен". Однако реализация огромного потенциала этой триады оказалась не такой легкой и быстрой, как ожидалось [1].
В России ряд специализированных стартапов были основаны и успешно работали еще в 1990-х годах. Среди них ЗАО НПО "УНИХИМТЕК" (интеркалированные соединения графита) из Климовска, санкт-петербургские ЗАО "АСТРИН-ХОЛДИНГ" (углеродные наноматериалы фуллероидного типа), ЗАО "ИЛИП" (материалы на основе фуллерена) и ЗАО "Алмазный центр" (ультадисперсные алмазы), а также ЗАО "Фуллерен-Центр" (производство фуллеренов) из Нижнего Новгорода.
ФГБНУ ТИСНУМ, основанный в 1995 году как Научно-технический центр "Сверхтвердые материалы", длительное время успешно сочетает плодотворную научно-исследовательскую деятельность с патентованием и коммерциализацией ее результатов. Институт впервые создал технологию синтеза сверхтвердого фуллерита C60, подтвердив свой приоритет получением в 2001 году патента US PTO. В дальнейшем им разработаны способы получения сверхтвердого композиционного материала на основе углерода (патенты РФ № 2491987, 2523477, 2547485, 2556673) для применений в ракетно-космической и авиационной отраслях, при металлообработке, в горнодобывающей промышленности. Вообще, тематика российских изобретений связана с довольно широким спектром приложения фуллеренов и их производных, например, в медицине и фармацевтике, лазерной энергетике и получении нелинейно-оптических сред для ограничителей мощности лазерного излучения, в изоляционных материалах, солнечных батареях, дисплейной технике и др.
В последние годы растет интерес к возможному применению наноалмазов в композитах, смазочных материалах и в качестве средств доставки лекарств [2]. Россия имеет исторические традиции в производстве и использовании этого материала. Например, ЗАО "Алмазный Центр" разработал безопасный и надежный способ синтеза наноалмаза с улучшенными техническими, экономическими и экологическими параметрами, который позволяет организовать широкое производство продукта (патенты РФ № 2348580 и US PTO № 7867467). ООО "СКН" (Снежинск) получил патент РФ № 2452686 на устройство для очистки и модификации наноалмаза; кроме того, им была подана заявка PCT № WO/2008/143554. АО ФНЦП "Алтай" (Бийск), организовавшее первое в России массовое производство наноалмазов, имеет семь патентов РФ на их применение в технологиях машиностроения, химии и фармацевтической промышленности. ЗАО "Алмаз Фарм" получил три российских патента (№ 2555350, 2560697, 2560700) и патент US PTO (№ 9254340) на системы доставки биологически активных веществ в организм с использованием наноалмаза. В совокупности российские патенты охватывают практически все из перечисленных выше областей применения наноалмазов.
Российские ученые, открывшие нанопористый углерод, хотя впоследствии и упустили приоритет на его производство, имеют ряд изобретений, касающихся его применения в качестве сорбентов для ртутьсодержащих отходов (патент РФ № 2522676), для создания радиопоглощающих материалов (патент РФ № 2570794), для аккумулирования природного газа (патент РФ № 2625671) и др.
И, все-таки, глобальным трендом 2000-х годов стали УНТ и, позже, графен. Россия не среагировала вовремя на переключение мирового исследовательского интереса с фуллеренов на УНТ. Одно время мы не могли обеспечить нанотрубками нужного качества даже лаборатории, что тормозило исследования и, по цепочке, патентную активность [3]. То же относится и к графену. Сейчас в отношении УНТ положение постепенно выправляется. В стране есть несколько производителей многостенных УНТ, один из которых – ООО "НаноТехЦентр" в Тамбове. Одностенные УНТ, правда, в масштабах, обеспечивающих лишь исследовательские потребности, производит ООО "Углерод Чг" (спин-офф компания Института проблем химической физики РАН в Черноголовке). Наконец, технологическая компания OCSiAl (Новосибирск) недавно вывела на рынок материал TUBALL с высоким содержанием одностенных УНТ (>75%) и ценой в 50 раз ниже, чем у продуктов сравнимого качества.
OCSiAl заслуживает особого внимания в силу заявленных задач (массовое производство УНТ) и участия в проекте РОСНАНО. Кроме того, в данном случае отечественный бизнес активно стремится выйти на международный рынок. Компания была основана в 2009 году четырьмя физическими лицами. У истока создания оригинальной технологии получения одностенных УНТ стоял М.Р.Предтеченский – ученый из Института теплофизики им. С.С.Кутателадзе СО РАН. Основу составил разработанный и запатентованный им в 2000 году в России (патент РФ № 2157060) и в 2005 году в США (патент № 6846467 US) плазмохимический реактор. Метод синтеза УНТ был запатентован в 2012–2013 годах люксембургской компанией MCD Technologies (патент РФ № 2478572; патенты № 8137653 US и 8551413 US). Технология реализована в пилотной промышленной установке синтеза одностенных УНТ Graphetron 1.0, которая запущена в 2013 году в Технопарке Новосибирского Академгородка компанией OCSiAl. Установка производит до 10 т нанотрубок в год, а соотношение цена / качество делает экономически целесообразным их массовое внедрение. Успешная эксплуатация Graphetron 1.0 доказала возможность неограниченного масштабирования технологии синтеза. Компания предлагает свой продукт в качестве нанодобавок в катодный материал литий-ионных батарей, резину для производства шин, композиты для кузовных деталей автомобиля, углепластики для производства спортинвентаря и др. Ее бизнес-модель ориентирована на внедрение нанодобавок на уже существующих и отлаженных производствах. При этом в каждом случае должен решаться непростой технологический вопрос – равномерное диспергирование нанодобавки в материале-хозяине [1]. Оценивая коммерческую жизнеспособность отечественного проекта, нельзя не учитывать также и естественное соперничество УНТ с графеном, который обладает рядом преимуществ перед нанотрубками [1, 5]. Согласно некоторым исследованиям композиты с внедрением графена прочнее, жестче и менее подвержены отказу, чем композиты с УНТ [6]. Руководство OCSiAl на момент старта оценивало временное "окно" для реализации коммерческого преимущества своего метода в 5–10 лет, по мнению же председателя правления УК "РОСНАНО" А.Б.Чубайса, проект может стать для России флагманским [4]. Тем не менее на практике расчет на массовое внедрение УНТ сталкивается с трудностями. Например, под их внедрение в производство автомобильных шин (ОАО "Нижнекамскшина") и нефтехимическое производство (ОАО "Казаньоргсинтез") в 2015 году было анонсировано строительство завода в Татарстане мощностью до 250 тыс. т нанопродукта в год [7], однако, в 2017 году этот проект уже не упоминался [4]. Симптоматично также, что в 2013 году такая крупная немецкая компания, как Bayer, занимающаяся, в том числе высокотехнологичными полимерными материалами, отказалась от масштабного проекта производства и использования УНТ.
С графеном, обладающим уникальными свойствами (прочностью, гибкостью, высокой электропроводимостью), многие связывали будущее электроники. Однако это будущее может оказаться не столь близким: в десятки лет оценил недавно возможный срок становления графеновой электроники известный российский ученый А.Я.Вуль [8]. В авиастроении возможная "графеновая революция" пока тоже лишь на стадии экспериментов и демонстраций [9].
Таким образом, первоначальный бум, связанный с углеродными наноструктурами, пока не привел к их массовой коммерциализации. Тем не менее продолжающиеся исследования способны подсказать пути преодоления существующих в настоящее время технологических, экономических, экологических и других трудностей и барьеров для широкого применения этих замечательных наноструктур. Россия могла бы участвовать в международной конкуренции, делая ставку, по мнению А.Я.Вуля [8], на оригинальные способы производства дешевых фуллеренов и УНТ, производство и применение наноалмазов, нанопористого углерода, что фактологически подтверждает проведенный патентный анализ. Безусловно, необходимо стимулировать исследования графена и других 2D-материалов, поскольку именно на этой стадии существует возможность "обогнать, не догоняя".
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 16-06-00009).
REFERENCES
1. Noorden R. Chemistry: the trial of new carbon // Nature. 2011. V. 469 (7328). P. 14–16.
2. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nature Nanotechnology. 2012. V. 7. № 1. P. 11–23.
3. Krestinin A.V. Problems and prospects of development of the industry of carbon nanotubes in Russia // Nanotechnologies in Russia. 2007. Vol. 2. No. 5–6. P. 18–23.
4. Fedotova I. Chubais grows a "new Gazprom". Single-walled // "Expert Online", December 4, 2017. Access mode: http://expert.ru/2017/03/6/rosnano.
5. Cientifica. Investing in graphene. 2013. Access mode: http://www.cientifica.com/wp-content/uploads/downloads/2013/07/Investing-in-Graphene.pdf.
6. Koratkar N.A. Graphene in Composite Materials. USA, Lancaster: DEStech Publications, Inc., 2013. 126 p.
7. Plant of nanotubes can be built in Tatarstan. 2015. Access mode: http://colesa.ru/news/38861.
8. Vul A.Ya. Russia can still become a leader in carbon nanotechnology. 2017. Access mode: https://ria.ru/science/20170204/1487065126.html.
9. Arsenin A. Battle for Graphene-3: does Russia have a chance for leadership? Access mode: http://www.forbes.ru/tehnologii/350351-bitva-za-grafen-3-est-li-u-rossii-shans-na-liderstvo?OlC77004ce8f33614114d3633ec694ef6e4=001df4d516a8d1d23df492323c981d4f.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art