科学观察, 2016, 11(3): 23-31
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Cite this article:
Ma Wutong , Li Hong . Development Trend Analysis on Carbon Nanotube Fibers Research . 科学观察 [J], 2016, 11(3): 23-31 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.201603003
摘要:
以Science Citation Index Expanded数据库中2011年至2015年间的953篇碳纳米管纤维领域文献为原始数据,使用Thomson Data Anlyzer(TDA)和UCINET(UCINET 6 for Windows)软件对其进行数据分析,挖掘碳纳米纤维研究领域的国家、机构情况,确定碳纳米管纤维研究领域的热点问题。结果显示：碳纳米纤维领域论文数量整体保持平稳;中国和中国科学院分别是论文发表数量最多的国家和机构,复旦大学被引频次较高,研究影响力较强;合著通常在2个国家或机构中展开;研究热点主要聚焦在碳纳米管纤维的机械性能上。
关键词:
碳纳米管纤维
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发展态势
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文献计量
;
TDA
Key words:
carbon nanotube fibers
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development trend
;
bibliometrics
;
TDA
1 引言
1991年日本学者Iijima在电子显微镜下穿插电弧法合成富勒烯发现了碳纳米管,自此对碳纳米管的研究成为科学领域的热点之一。碳纳米管作为碳晶体家族中的一员,具有非常高的韧性、优异的电学特性、良好的热稳定性和化学稳定性,并且碳纳米管一般具有金属性和半导体性,其强度比钢材料高出近100倍,而比重却只有钢材料的1/6。碳纳米管因其独特的性能被科研工作者称为未来的“超级纤维”[1]。然而碳纳米管直径为纳米量级,不易被操控,因此需要将其组装成宏观结构,如碳纳米管纤维、薄膜等。碳纳米管纤维保有碳纳米管优异的力学性能,引起了世界范围内不同研究领域专家们的广泛兴趣,其在传感器等技术领域以及航空航天等应用领域有广泛的发展空间[2]。碳纳米管纤维分为多壁碳纳米管纤维和单壁碳纳米管纤维两种。目前碳纳米管纤维合成中最主要的问题是如何保证单根碳纳米管的取向,主要合成方法有湿法纺丝、干法纺丝以及浮动 CVD 过程直接纺丝等。
发展态势可以揭示某学科或某领域的研究情况,有助于从宏观角度掌握该领域或学科的研究进展与研究趋势。由于科技文献的数量在某种程度上可以反映某领域的发展状况,因此科学家在分析预测某领域学科态势时常常使用文献计量学方法[3-5]。国内关于学科态势的研究已有丰富成果。秦晓楠、卢小丽[6]等利用Citespace分析软件研究国内生态安全发展态势,构建出国内生态安全领域的知识图谱,分析出国内生态安全领域研究热点,为该领域的后续研究打下理论基础。王飒、崔宇红[7]等以中国科技论文在线收录的材料科学学科的论文作为研究数据,利用TDA进行词频分析,研究开放存取资源的发展态势,为开放存取资源的发展提出了指导性意见。徐晓艺、杨立英[8]从科研合作的角度出发,通过文献计量学的方法,分析合著论文的学科知识流动网络。国内对碳纳米管纤维领域的态势研究也取得了一定的进展,冷伏海、祝清松利用HistCite、Pajek、TerMine等软件或平台,通过分析2013年之前Web of Science上的文献构建关键研究路径,揭示碳纳米管纤维领域发展的演变脉络。
2 数据获取与研究方法
SCIE(Science Citation Index Expanded)是汤森路透Web of Science中最重要的数据库产品[9],收录了大量各学科领域的重要研究成果。本文以检索式TI=(("carbon nanotube*" or "carbon nano-tube*" or "carbonnanotube*" or CNT or SWCNT or MWCNT or DWCNT or SWNT or MWNT or DWNT) and (fiber* or yarn*)),在SCIE数据库中进行检索,检索时间为 2011–2015年,文献类型包括研究论文(Article)、评论(Review)、会议摘要(Meeting Absract)等全部类型,查找数据的时间为2016年2月19日。利用TDA分析软件与UCINET社会网络分析工具对数据进行清洗分析,最终进行可视化作图。
3 碳纳米管纤维领域研究态势分析
3.1 研究论文数量变化
2011–2015年,碳纳米管纤维研究领域共发表文章953篇,整体上论文数量呈平稳状态,除2011年少于150篇外,其余4年论文数量基本保持在200篇上下。从论文数量的同比变化率来看,2012年增幅最大,为43.18%,而2015年论文数量较2014年略有下降,降幅为9.22%。
3.2 碳纳米管纤维研究的分布情况
本文分别从发文量和引文量的角度对碳纳米管纤维研究的国家分布、机构分布以及期刊分布进行了分析,以期从多个角度揭示碳纳米管纤维领域的发展态势。
3.2.1 国家分布
通过对碳纳米管纤维论文的第一作者来源国进行分析,发现发表该领域研究论文较多的国家有中国、美国、韩国、澳大利亚等。根据2011–2015年发文量可以将主要研究国家分为3个梯队,第1梯队和第2梯队分别只有中国和美国1名成员,中国的论文产出是美国的1.5倍,美国的论文数量占全球该领域论文总量的25%。第3梯队的成员包括韩国、澳大利亚 、伊朗、印度等国,论文量都小于100篇,除韩国的论文产出全球占比达10.20%外,其余均在10%以下。可见,在碳纳米管纤维领域中、美两国的研究成果数量优势较为明显。
论文数量只能反映研究的产出能力,而论文被引频次能在一定程度上反映研究的影响力。本文使用投影象限图研究主要国家的研究情况,分别以发表的论文数量和篇均被引频次作为横轴和纵轴,以发表论文数量的平均值和篇均被引频次的平均值作为坐标原点,见图2。位于第Ⅰ象限的国家,其论文发表数量和论文篇均被引频次都比平均值(原点)高,在一定程度上说明该国的碳纳米管纤维研究情况较好,科研水平较高,在全球有较高的影响力;第Ⅲ象限内的国家与第Ⅰ象限的国家恰好相反,碳纳米管纤维领域的研究产出和影响力都较低;第Ⅱ象限国家的发文数量低于平均值(原点),但被引情况良好,说明这几个国家具有相对较高的研究影响力,但研究产出需要提高;而第Ⅳ象限国家的情况与第Ⅱ象限的相反。
被投影在第Ⅰ象限的国家只有美国,而发文量排第1位的中国却几乎处于横坐标轴上,表明中国碳纳米管纤维研究的整体影响力处于平均水平。英国和澳大利亚被投射在第Ⅱ象限,说明这两个国家在该领域的研究论文少而精,全球影响力较广;而以发现了碳纳米管纤维的日本为代表的亚洲几个国家被投影在第Ⅲ象限,说明尽管这些亚洲国家在该领域已经开展了研究,但无论研究成果数量还是影响力都有不足。
3.2.2 机构分布
对作者(第一作者)的研究机构发文量进行排序,发文量排名前10位的机构中,中国机构为5家,占比50%,美国机构有3家,其余2家分别来自新加坡和马来西亚。位列第1的中国科学院的发文量达88篇,约占论文总量的10%,另外9个机构的发文量均低于40篇,与中国科学院有较大的差距。
将机构发表文章数量与机构篇均被引频次做投影象限图(见图3),可知中国科学院、复旦大学、美国的特拉华大学和莱斯大学均具有较高的影响力,被投射在第Ⅰ和第Ⅱ象限,需要说明的是,中国两个机构中,尽管复旦大学处于第Ⅱ象限,但篇均被引频次很高,说明复旦大学碳纳米纤维研究具有较强的影响力。清华大学和东华大学被投射在了第Ⅲ象限,哈尔滨工业大学被投射在了第Ⅳ象限,说明在碳纳米管纤维研究领域中国各主要机构的产出能力及影响力有明显不同。
表1
碳纳米管纤维研究的主要国家(2011–2015)
表2
碳纳米管纤维研究的主要机构(2011–2015)
3.3 碳纳米管纤维研究合作情况
合作研究是科学研究的重要组成部分,合著论文是合作研究的一种重要表现形式。尽管利用署名来界定合作情况,存在着“挂名”等不规范行为,但大部分论文的署名都是经过了合作者协商后决定的,署名作者都是存在真实合作关系,并对论文存在贡献[10]。因此,笔者试图从合著论文的角度通过更加直接有效的量化方法分析碳纳米管纤维领域的研究情况。
统计碳纳米管纤维领域合著论文情况,2011–2015年,国际合著论文246篇,占论文总量的25.8%,年均约49篇。两国进行合作研究而发文的情况明显多于3国和3国以上的情况,占论文总量的21.3%,3国合著论文占比4.3%,3国以上的情况仅有0.2%。因此国际合作最常见的方式是在2个国家间开展。合作比较密切的国家有中国与美国、中国与新加坡、美国与韩国以及美国与澳大利亚。
与国家间的合作相似,机构间的合作也多发生在2个机构之间,所产生的合作论文占论文总量的31.7%,3个机构合作的比例为14.3%,3个以上机构的合作则为9.1%。机构间的合作大部分发生在同一个国家内,跨国的机构合作较少,如中国科学院与西安交通大学、南阳科技大学与北京大学、马来西亚大学与马来西亚理工大学等都是国家内部机构的合作。
中国在碳纳米管纤维领域研究成果较多,其中不少成果是通过国际合作完成的,中国的国际合著论文总数为92篇。与世界国际合作的特点相同,中国的合作研究也是多在两个国家之间开展,两国合作论文数量占总合著论文数的76.1%;3国合作论文比例为21.7%,3国以上仅为2.2%。中国与美国、英国、日本等10多个国家均有合作研究成果,并且与美国(28篇)合作研究最为密切,其次为澳大利亚(17篇)、新加坡(12篇)。
中国科学院作为碳纳米管纤维领域发文量最多的机构,共与28个机构进行过合作研究,发表合著论文30篇。与1个机构展开合作的论文数量为17篇,占中国合著论文总数的56.7%,与2个机构发表的合著论文数量为12篇,占总数的40%,与3个机构及以上的合著论文量仅为1篇。国内合作机构中,中科院与苏州大学、西安交通大学和香港理工大学合作发表论文的数量较多,研究成果相对丰富。在与国外机构合作中,中国科学院与特拉华大学、剑桥大学等国际顶尖研究机构均进行过合作,这也从侧面反应了中国科学院在国际上的研究实力。
表3
碳纳米管纤维研究国家和机构合作发文情况(2011–2015)
3.4 研究热点
3.4.1 关键词分析
关键词是对文献研究内容的高度浓缩,出现频次较高的关键词可以在一定程度上反映某个时间段内比较常用的研究方法、研究中的瓶颈问题或者研究人员关注的热点话题。
通过TDA工具对碳纳米管纤维研究领域的关键词进行词频统计,并从高到低排序。在下载的论文数据中,共有关键词1 182个(规范后),总频次2 569次。对1 182个关键词进行人工处理,对词义进行判断,删去含义宽泛以及不明确的词。绝大部分关键词只出现过1~2次,研究意义较小,因此选取词频大于5的40个关键词为高频关键词,并作为分析对象保留。这40个关键词在碳纳米管纤维研究领域出现频率高,代表了研究热点情况。做高频关键词共现矩阵,导入Ucinet软件,对共词矩阵进行可视化作图,产生碳纳米管纤维的关键词共现关系网络 (图5)。关键词之间的连线越粗表明二者间的联系越强,关键词的节点越大表明该词出现的频次越多。表6列出了排名前10位的关键词及其出现频次。
表4
中国科学院与国内机构合作发文情况(2011–2015)
表5
中国科学院与国外机构展合著发文情况(2011–2015)
表6
碳纳米管纤维关键词的频次排名(2011–2015)
由图5可知,机械性能(mechanical properties)的节点最大,被引用频次最多,说明近5年来碳纳米管纤维的研究热点仍然是对性能的研究,而非应用,也从某种角度说明,碳纳米管纤维的研究还处于发展阶段,对其应用研究还有很大的空间。电性能(electrical properties)词频排在第3名,说明碳纳米管纤维的机械性能研究重点在电学特性上。此外,多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes)出现的次数明显高于单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes),说明对碳纳米管纤维的研究重点在多壁碳纳米管上。关键词纤维激光器(fiber laser)出现24次,表明碳纳米管纤维应用性研究热点为纤维激光器。从节点中还可以看到超级电容器(supercapacitors)、涂料(coating)等关键词,说明对碳纳米管纤维应用研究虽然没有机械性能多,但也有一定的研究进展。
3.4.2 高被引论文分析
高被引论文有利于追踪某领域最热门的研究方向[15]。通过高被引参考文献可以找到碳纳米管纤维领域被引频次最高的文章,排在前10位的高被引论文如表7所示。高被引前10篇论文中有8篇来自中国,表明了中国在碳纳米管纤维领域研究具备了较高的国际影响力。总被引频次最高的论文发表于2013年,该文章对高性能多壁碳纳米管纤维的强度、热导率、导电性进行了详尽的阐述,引起了国际学术界的巨大关注,总被引频次达188次。高被引论文前 10名中,复旦大学有3篇论文位列其中,陈涛(Chen Tao)以第一作者的身份发表了2篇高被引论文,与排名第2的论文作者任婧(Ren Jing)一样都是复旦大学彭慧胜教授课题组成员,说明该研究团队在碳纳米管纤维领域做出了重要成果并获得了同行的广泛认可。从研究内容来看,前10位的高被引论文中,除1篇综述外,其余9篇研究论文主要集中在对碳纳米管纤维的性能研究上,其中电性能是性能研究的重点。在应用领域,主要对超级电容器、太阳能电池等进行了研究。说明了碳纳米管纤维领域的研究热点为机械性能,其应用方面的研究热点为超级电容器和太阳能电池等,这与通过关键词研究而得到的结论相一致。
表7
碳纳米管纤维研究领域高被引论文
4 结论
5年来,碳纳米管纤维领域平稳发展,取得了很多的研究成果。从国家层面分析,中、美两国作为碳纳米管纤维领域的研究大国,中国的研究成果最多,美国在该领域的影响力最强。新加坡、日本等国的一些亚洲国家的影响力相对较弱。从机构层面分析,中国科学院为研究成果最多的机构,复旦大学在碳纳米管纤维领域具有强大的影响力。在合作研究层面,碳纳米管纤维领域的合作多数是在2个国家或机构中开展。其中,中国与美国的合作最为密切。机构之间的合作更倾向于国家内部之间进行,中国科学院与苏州大学之间的研究成果最多。性能研究是碳纳米管纤维的研究热点,其中电性能受到了学者们的广泛关注;应用研究主要聚焦在超级电容器、涂料、太阳能电池等方面。
The authors have declared that no competing interests exist.
References
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我国文献计量学的发展历程可分为三个阶段,即起步阶段、发展初期阶段和全面发展阶段;对其发展现状做了基本估计和全面分析,认为它取得了七个方面的重要进展;从科学化、信息化、网络化、自动化、实业化、国际化等六个方面对其发展趋势进行了展望.
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以开放存取的学术资源一中国科技论文在线收录的材料科学学科的论文为研究数据源,利用TDA分析工具以及词频分析方法,分析其发展态势,并与ESI数据库中同类学科的国际研究前沿进行对比,对其学术水平及影响力进行评估.
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碳纳米管因其优异的机电特性,在聚合物基复合材料的健康监测方面具有广泛的应用前景。综述聚合物基复合材料中碳纳米管传感的最新进展:碳纳米管与树脂共混、碳纳米管涂层纤维、碳纳米线和碳纳米纸。利用碳纳米管传感网络来监测结构应变损伤是不同碳纳米管传感的核心原理。碳纳米纸可以解决碳纳米管与树脂共混时的难分散、碳纳米管涂层纤维的协同变形和碳纳米线的全结构监测等问题,为碳纳米管传感工程化应用提供了条件。实现碳纳米管传感在聚合物基复合材料健康监测领域的工程化应用是未来的发展方向。
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DOI:10.3969/j.issn.0252-3116.2006.01.028
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以SCIE和Scopus数据 库为对象,从收录数据、检索功能、检索结果处理、个性化服务及检索效果等方面对两者进行比较分析,指出其异同。认为从总体上看,SCIE和Scopus均 是功能强大的二次文献数据库,具有完善的检索功能、查找引文功能和链接整合功能,对检索结果的处理科学合理,检索结果令人满意。
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【目的】了解国际柑橘黄龙病的研究总体水平以及我国与世界先进水平的差距,方便科技工作者掌握本领域的研究现状。【方法】基于Web of Science引文数据库,对1995—2013年间发表的柑橘黄龙病研究文献居世界前10位的国家、科研机构、期刊、作者及高被引论文进行了文献计量分析。【结果】检索范围内发表的柑橘黄龙病研究文献共448篇,综合发文量、总被引频次、篇均被引次数、h指数等指标,美国、法国和巴西为世界该研究领域的三大强国。美国和法国在世界排名前10位的科研机构和作者上占据明显的优势。植物病理学专业期刊是该领域研究的高关注度期刊。【结论】通过Web of Science检索平台与世界同期发展水平相比,中国在柑橘黄龙病研究中虽然起步较早,但近20年来,除发文量占据世界第3位,总被引频次、篇均被引次数均远远落后于发达国家。缺乏高水平的论文,缺乏具有国际高影响力的科研机构和领军人才,显示出我国在柑橘黄龙病研究方面与世界先进水平还存在很大的差距。
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