专利信息预警分析简报43——高性能复合材料

学术   2024-09-27 19:37   广东  


高性能复合材料产业

复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。

复合材料具有轻量化、高强度化、智能化、多功能化、绿色环保等优良特性,是国家鼓励发展的战略性新兴产业,广泛应用于汽车工业、航空航天、轨道交通以及风电新能源等领域。其中根据工信部、发改委等四部委发布的《新材料产业指南》,高性能材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料,或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能的材料。具体地,高性能复合材料(high performance composite)是高性能增强材料与高性能树脂等基体复合成力学性能和耐热性均显著提高的复合材料。高性能复合材料产业主要分为两个部分:结构复合材料功能复合材料


本期将主要针对这2个高性能复合材料产业的细分领域推送相关的专利信息。内容包含:最新行业动态、新增专利预警分析、公知公用技术公开、核心专利解读及产业链发展剖析。




导  读


01

最新行业动态
02

热门技术解析
03

新增专利预警分析
04

公用公知技术公开
05

核心专利技术解读
06

广州市高性能复合材料产业发展现状剖析





一、最新行业动态


“上海湾区产业峰会”之第六届碳纤维复合材料产业创新发展论坛暨首届新材料投资大会举办


2024年8月23日上午,由中国复合材料工业协会、中国复合材料工业协会碳纤维复合材料专委会、上海碳谷绿湾产业园、上海碳纤维复合材料创新研究院、中国石化上海石油化工股份有限公司共同主办的“上海湾区产业峰会”之第六届碳纤维复合材料产业创新发展论坛暨首届新材料投资大会在金山区举办。


此次活动以“用‘新’托举未来,培育新质生产力”为主题,旨在深入贯彻党的二十届三中全会精神,集聚高端要素、强化核心功能,更好优化产业生态,培育龙头企业、高成长企业。结合区域产业定位,进一步促进碳纤维复合材料关键领域技术革新、产业链整合、应用领域拓展,提升我国碳纤维产业核心竞争力,提高关键材料自主保障能力。


浙江大学赵俊杰研究团队在金属有机框架薄膜成型加工方面取得进展


浙江大学化学工程与生物工程学院赵俊杰研究团队在金属有机框架(MOF)薄膜的成型加工方面取得进展。研究成果以“可用于柔性集成的具有可调图灵图案的褶皱MOF薄膜(Wrinkled metal-organic framework thin films with tunable Turing patterns for pliable integration)”为题,于2024年8月9日发表在《科学》(Science)杂志上,此研究得到了国家自然科学基金项目等资助。


MOF是一类多孔晶体材料,凭借其超高比表面积、可灵活设计的化学组成和易于调控的孔道结构,在分离、储能、传感、催化等领域展现出应用潜力。将MOF材料加工成连续、致密的薄膜能够更大限度地发挥其优势。然而,以往的MOF薄膜普遍又硬又脆,使这类材料面临着集成应用难的困境。


为突破上述难题,该研究团队提出了一种限域界面合成方法,成功制备出一种全新的褶皱MOF薄膜。引入褶皱结构不仅增加了MOF薄膜的有效表面积,而且提升了薄膜的力学性能,使其能够承受53.2%的应变并回复至初始状态。褶皱MOF薄膜还能够转移至有机玻璃、多孔陶瓷、金属电极等多种基材,实现“即插即用”。


二、热门技术分析


神奇的“新材料之王”石墨烯,未来的发展前景如何?


凭借优异的性能及应用价值,石墨烯如今在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展,并已广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。


放眼周围,我们可以在许多生活用品中看到石墨烯的身影。无论是具有远红外发热功能、为身体源源不断提供温暖的石墨烯羽绒服,还是抗菌性更强、透气性更好的新型石墨烯口罩,抑或是融合了压力传感技术、精准地感知人体步态信息的石墨烯智能鞋垫,目前石墨烯和其衍生的二维材料正在被不断开发出来,给人们的生活带来便利。


在颜色方面,与黝黑的石墨不同,石墨烯只吸收2.3%的光,几乎是完全透明的。这个特征使得它也非常适合作为透明电子产品的原料,如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。2018年,中国首条全自动量产石墨烯有机太阳能光电子器件生产线在山东菏泽启动,该项目主要用于生产可在弱光下发电的石墨烯有机太阳能电池,一举破解了使用受限、对角度敏感、不易造型等多项太阳能电池应用难题。


对“石墨烯”相关的技术进行基础检索,从专利申请趋势来看,该技术在2010年之前鲜有专利产出,但是2011年之后申请量呈现爆炸式增长势头,短短十来年,年申请量从2010年的不足100件飙升至2021年的峰值23000余件。可以预计,未来随着技术的成熟、商用需求的增大,该细分领域的申请量将会继续上升。



图1 “石墨烯”技术的专利申请趋势



三、新增专利预警分析

通过检索,得到高性能材料产业于2023年9月1日至2024年8月31日期间公开新增专利公开58476件,其中结构复合材料35790件、功能复合材料40882件(部分专利同时属于多个技术领域)。


新增专利的细分领域及主要申请人情况如下图2所示。

图2 新增专利的细分领域及主要申请人情况(单位:件)


注:由于各国专利局的专利数据收集过程存在时间差,中国新公开专利数据收集时间最短,所以新增中国专利相对较多。


1
哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学(Harbin Institute of Technology),是由工业和信息化部直属的全国重点大学,位列国家首批世界一流大学建设高校A类、985工程、211工程,九校联盟、环太平洋大学联盟、中国大学校长联谊会、卓越大学联盟、全球能源互联网大学联盟、中俄工科大学联盟、中国-西班牙大学联盟、中国人工智能教育联席会创始成员,入选珠峰计划、强基计划、2011计划、111计划、卓越工程师教育培养计划、国家大学生创新性实验计划、国家建设高水平大学公派研究生项目、新工科研究与实践项目、中国政府奖学金来华留学生接收院校、全国深化创新创业教育改革示范高校等,是首批设有研究生院、拥有研究生自主划线资格的高校,首批学位授权自主审核单位。 


哈尔滨工业大学本期新增高性能复合材料产业专利申请数量为365件,以结构复合材料为主。



2
波音公司

波音公司(The Boeing Company)是美国一家开发及生产军民用飞机的公司,波音公司是全球最大的航空航天业公司,也是世界领先的民用和军用飞机制造商。波音公司还提供众多军用和民用支持服务,其客户分布在全球150个国家和地区。就销售额而言,波音公司是美国最大的出口商之一。波音公司一直是航空航天业的领袖公司,也素来有着创新的传统。波音公司不断扩大产品线和服务,满足客户的最新需求,包括开发更高效的新机型,通过网络整合军事平台、防御系统和战斗机,研发先进的技术解决方案,制订创新型的客户融资方案。


波音公司本期新增高性能复合材料产业专利申请数量为340件,以功能复合材料为主。



3
西北工业大学

西北工业大学(Northwestern Polytechnical University),简称为西工大或西北工大,位于陕西省西安市,是一所以航空、航天、航海(三航)等领域人才培养和科学研究为发展特色的国家公办全日制普通高等学校,隶属于工业和信息化部,中央直管高校。学校位列国家“双一流”“985工程”“211工程”,入选“2011计划”“111计划”“卓越工程师教育培养计划”。西北工业大学材料学院拥有凝固技术国家重点实验室、超高温复合材料国防科技重点实验室、摩擦焊接技术陕西省重点实验室和3个省级工程技术研究中心,拥有多种大中型设备、仪器约200台,总资产近1亿元。在“985”二期建设中,航宇材料科学创新平台被教育部评为一级创新平台。


西北工业大学本期新增高性能复合材料产业专利申请数量为319件,以结构复合材料为主。


本部分选取本领域新增专利价值度最大的前10个列出,详情如下表1。


表1 新增专利列表(专利价值度前10)


四、公知公用技术公开

通过检索并筛选出高性能复合材料产业领域在2023年9月1日至2024年8月31日公知公用专利共有28360件,其中结构复合材料17044件、功能复合材料19603件(部分专利同时属于多个技术领域)。


本部分将公知公用技术按价值度排序列出前10件专利,详情如下表2。


表2 公知公用技术列表


注:公知公用专利是指那些由于法律原因、时域原因、地域原因而不受法律保护,可以由他人免费使用的专利技术。对这些专利做好引进消化吸收再创新推进工作,可以低投入、高效率地提升企业自主创新能力。


五、核心专利技术解读

专利文献集法律、经济以及技术属性于一身,核心专利的出现,往往会对行业发展到了一个关键的时期,甚至会对行业带来颠覆性的影响。通过对新增核心专利的筛选和解读,可以帮助企业快速定位产业的关键技术发展现状,为企业的战略决策提供重要的信息支撑。


高性能材料产业领域在2023年9月1日至2024年8月31日新增的58476件专利中,专利价值度为60以上的专利数量为7029件,其中结构复合材料4351件、功能复合材料4293件(部分专利同时属于多个技术领域)。


取其中专利价值度60以上的两件专利进行解读。


核心专利解读—CN114122341B


核心专利解读—CN111630693B


六、广州市高性能复合材料产业发展现状剖析  

高性能复合材料产业链主要分为三个环节:上游为基体及增强体材料,中游为复合材料本身,下游为应用层面。


高性能复合材料产业链上游为基体和增强体材料,基体包括金属基、树脂基、陶瓷基、碳基等,增强体包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维等;产业链中游为复合材料的生产制造过程,根据基体的不同可分为树脂基复合材料、碳基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等;下游广泛应用于航空航天、汽车工业、新能源、电子电气、医学和建筑等领域。


图3 高性能复合材料产业链全景


广州市高性能复合材料产业发展定位分析:

根据2021年发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,我国需深入实施制造强国战略,加强产业基础能力建设。实施产业基础再造工程,加快补齐基础零部件及元器件、基础软件、基础材料、基础工艺和产业技术基础等瓶颈短板。


为推动广东省高性能复合材料产业高质量发展,2020年9月省工业和信息化厅会同省发展改革委、科技厅、生态环境厅、商务厅、市场监管局联合印发了《广东省发展先进材料战略性支柱产业集群行动计划(2021-2025年)》,加快发展先进材料战略性支柱产业集群。2023年,按照省委、省政府关于坚持制造业当家、推进新型工业化高质量建设制造强省等工作要求,结合国家关于石化化工、钢铁、建材、有色金属等促进材料工业发展、推动行业碳达峰、稳增长等有关文件精神,以及广东省先进材料产业集群发展情况,对《广东省发展先进材料战略性支柱产业集群行动计划(2021-2025年)》相关内容进行了修订,形成了《广东省发展先进材料战略性支柱产业集群行动计划(2023-2025年)》,以便政策文件更好地适应新形势新要求,促进先进材料产业集群不断发展壮大。2023年9月1日至2024年8月31日,广东省的高性能复合材料产业专利数量位列全国第二,横向来看在全国具有较显著优势。

图4 全国高性能复合材料产业新增专利数量分布热力图


通过图5可以看出,2023年9月1日至2024年8月31日,广州市在高性能复合材料产业的新增专利为1978件,占广东省6127件的32.28%,位列广东省第一。广州市作为广东省发展新材料的前沿城市,近年来,就高性能复合材料产业发展的诸多方向陆续出台相关政策。


2021年5月发布的《广州市国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》将新材料列入“十四五”时期八大战略性新兴产业,提出新材料与精细化工产业以规模化、绿色化、高端化为主攻方向,推动先进基础材料产业转型升级和前沿新材料研发应用。2023年8月《广州市人民政府办公厅关于印发广州市壮大科技创新主体促进高新技术企业高质量发展若干措施的通知》则再次强调支持高新技术企业围绕新产品、新工艺、新设备、新材料等开展技术研发。

图5 广东省高性能复合材料产业专利数量分布热力图


将分析维度再做进一步聚焦,研究中国高性能复合材料产业重点城市的创新发展现状,从而获知广州市在高性能复合材料产业上的发展优劣势。


“十四五”以来,全国许多城市和地区纷纷出台支持高性能复合材料产业发展的政策规划,大力发展高性能复合材料产业,全国涌现出一批在高性能复合材料产业发展上可圈可点的城市。在全国范围内选取具有区域代表性的14个重点城市,如北京市、上海市、西安市、苏州市、深圳市、南京市、杭州市、武汉市、成都市、合肥市、常州市、天津市、长沙市、哈尔滨市等,与广州市在本产业的专利分布情况做横向对比,统计结果如图6所示。


从图中信息可以看出,整体上看,北京市在全国高性能复合材料产业处于第一梯队位置,是唯一一个新增专利总量超过3000的城市,远超中国其他城市。相比之下,广州市在高性能复合材料产业的专利总量位于中等偏上的位置,有1978件,少于北京市、上海市和西安市,在全国各大城市中排名第四。在高性能复合材料产业重点细分方向上,广州市在功能复合材料领域处于上游位置,位列全国第三,专利总量次于北京市和上海市;但在结构复合材料领域优势不明显。进一步聚焦各城市企业专利占比后发现,相对于其他城市,广州市本产业企业的创新能力处于中等偏下游的位置,企业专利占比不足50%,与位列第一的苏州市(82.90%)之间差距较大,与本省另一上榜城市深圳市(75.53%)之间差距也较大。

图6 中国高性能复合材料产业重点城市专利分布状况



广州市高性能复合材料产业基础分析:

高校、企业是产业发展的主要载体,也是产业发展的基础,尤其是像高性能复合材料这样需要集中力量攻坚克难、同时商用价值还有待挖掘的基础性产业,高校更是具有突出的贡献力量。通过挖掘广州市高性能复合材料产业领域的重点高校、企业的专利布局情况,获知高校、企业研发方向和产业发展趋势。


图7数据显示,申请数量较大的高校是华南理工大学。华南理工大学(South China University of Technology),简称“华工”,位于广州市,由中华人民共和国教育部直属,是教育部与广东省人民政府共建的全国重点大学,位列国家“双一流”(A类)、“211工程”、“985工程”。华南工业大学拥有发光材料与器件国家重点实验室,在结构复合材料和功能复合材料方面专利申请量都可圈可点。


此外,金发科技股份有限公司是唯一上榜的企业,其申请量也较多,尤其是在结构复合材料领域表现突出,金发科技是一家聚焦高性能新材料的科研、生产、销售和服务,为创造更加安全、舒适、便捷的人类生活提供全新的材料解决方案的新材料企业,推动人类生活环境的持续改善,创造美好生活。金发科技的产品包括改性塑料、环保高性能再生塑料、完全生物降解塑料、特种工程塑料、碳纤维及复合材料、轻烃及氢能源、苯乙烯类树脂和医疗健康高分子材料产品等8大类。

图7 广州市高性能复合材料产业重点企业/高校专利布局状况



广州市高性能复合材料产业新进入者预警分析:

行业新进入者的专利布局往往能揭示产品研发方向,近年来,一些新的企业或者龙头企业因开发新的研发方向需求而新建企业,开始进入这一产业领域。


通过采集2023年9月1日至2024年8月31日才有发明专利公开的产业新进入者的专利信息后发现,这期间内广州新进入者的发明专利总量为313件。


新进入者的切入点主要是商用价值更大、研发难度较小的功能复合材料领域,但也有专注于结构复合材料领域的新进入者。需要说明的是,新进入者在该领域的申请量均不大,申请最多的主体仅有22件,显示该领域新进入者较多,体现了广州市在高性能复合材料产业具有旺盛的活力和巨大的潜力。

图8 行业新进入者的专利布局状况


注:本数据采集了在2023年9月1日-2024年8月31日公开发明专利的新进入者的专利布局所得,发明专利单位为“件”。


END


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