图1显示了纳米涂料领域全球原创专利申请总量随年代变化的趋势,其中,年代以专利申请的申请日为准,同族申请计为一项进行统计。1965年出现第1项专利申请,这是纳米概念最初提出的阶段,其后的30年间每年申请量都很小,因为纳米技术的起步阶段都是在实验室中进行理论探索,分析纳米材料的特殊性能,纳米技术尚未获得实际应用。直到1996年纳米涂料的申请量才突破10项,之后每年逐步增长。进入21世纪后,纳米技术慢慢成熟,科学家将其应用到涂料领域,摸索着提高和增加涂料的各种性能。2000年的申请量为53项,2001年突增至141项,这是受到世界各国特别是发达国家对纳米材料发展的战略部署的影响,如2000年开始的美国国家纳米技术计划(NNI),各国纷纷投入巨资用于纳米材料的研究开发,全面推进纳米科技的发展。随着纳米材料产业化竞争序幕的拉开,全球纳米涂料领域的专利申请量快速增长,特别是2008年以后增速更加迅猛,2010年原创申请量已达656项。

全球纳米涂料领域原创专利申请量排名前10的国家/地区依次为中国、美国、德国、韩国、日本、欧专局、法国、英国、俄罗斯和澳大利亚(见图2)。其中,中国的原创申请量以2 095项遥遥领先于其他国家/地区,相当于排名第2的美国的2倍多。这一方面是因为中国是世界上少数几个最先开展纳米技术研究的国家之一,中国政府一直高度重视纳米材料的研究和产业化,提出了相应的扶持政策,特别是近年来各级部门就纳米材料和纳米科技所制定的十二五发展规划,注重引导研究者和企业对纳米材料的持续开发及应用,例如工业和信息化部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》强调,要积极推进纳米材料在节能减排、环境治理、功能涂层等领域的研究应用。另一方面,可能是因为国外申请人撰写的专利申请保护范围较宽,纳米涂料以一种组合物的形式提交专利申请,其具体用途不写入权利要求书和摘要,而仅仅只在说明书中提及一系列可能的应用范围,这种宽泛的组合物专利申请在检索过程中不能囊括进来,造成专利数据与实际技术发展可能有一定出入。

美国的原创专利申请量排名第2,共计936项,是第3名德国(560项)的近2倍,反映出美国在发达国家中对于纳米涂料技术发展的领头作用。美国国家纳米技术发展计划重点加强纳米研发项目向市场转化的能力,并充分利用现有的技术市场化和商业生产机制,使美国一直保持纳米技术领域的领先地位。韩国和日本的纳米涂料技术原创专利产出数量相差不大,专利申请量都在360项以上,是亚洲地区的技术强国。法国、英国、俄罗斯和澳大利亚的原创申请量则相对较少,在50项左右。

从表1可以看出,各地区近10年的申请量变化趋势有明显不同。中国每年的原创专利申请量基本上保持持续上升的态势,特别是从2008年开始增长幅度明显加大,这与我国政府对纳米材料产业和科技发展的政策扶持有着很重要的关系。美国和韩国关于纳米涂料的原创技术产出量在近几年达到最高,2001–2009年的年申请量增长趋势缓慢且有所起伏,可能与涂料领域整体的缓慢发展有关。日本的整体发展比较平缓,专利产出持续,在2007年达到高峰后专利申请量出现稍有下降的趋势。德国的年专利产出量的高峰出现在2005年,其后缓慢下降,这可能与以欧专局优先权形式出现的专利申请有关。

由表2可见,原创申请量比重最高的为美国,高达79.9%,且其总申请量也较高,表明其作为目标市场的吸引度较高,且在纳米涂料领域具有明显的技术优势。我国的原创申请量和总申请量均排名全球第1,原创申请量比重位居全球第3,表明我国在纳米涂料领域是创新性较强的地区,是专利布局的热点市场。日本、韩国、俄罗斯3国的原创申请量比重较为接近,均为40％左右,但俄罗斯的总申请量较低,作为目标市场的吸引度较低。全球原创申请量排名前10的国家/地区中,澳大利亚的原创申请量比重最低,在纳米涂料领域的专利创新性相对较弱,大多是外来国家的申请人进行的专利布局。

需要注意的是,法国和英国的原创申请量分别为67件与57件,而在这两个国家公开的专利申请数量都低于其原创申请量,这是因为很多申请人以法国、英国的优先权直接向欧专局提交专利申请,通过欧专局授权后,仅在法国或英国进行注册,但并未以FR、GB文献公开,因此造成统计数据上的原创申请量超过总申请量的情况。但法国和英国作为欧洲的主要国家,向欧专局提交的专利申请往往会指定本国,因此如果考虑此因素,初步估计法国和英国的原创申请量约占其总申请量的50％左右。

为了直观地反映纳米涂料领域中、美、欧、日、韩五方之间的专利申请状况,对其专利申请和相互布局的情况做了描述(表3)。

由图3和表3可以看出,中国的原创申请量最大,其次是欧洲和美国。欧洲向外专利布局的主要目标是美国,占其原创申请量的37.8％,以下依次是日本和中国,分别占其原创申请量的27.8％和24.4％。美国向外专利布局的主要目标在欧洲,占其原创申请量的75.9％,另外两个主要目标分别为日本和中国,在日本和中国的申请量分别占其原创申请量的47.9％和46.0％。日本和韩国的原创申请量及向外布局量都基本相当,他们与欧洲和美国相比处于低一个等级的水平。

虽然中国的原创申请量最大,但是中国申请人向其他国家的专利布局量很小,与其他四方相比存在较大差距,布局量最大的美国也仅有23件申请,表明我国纳米涂料领域的研发机构的国外专利布局意识非常薄弱,走出国门、开拓海外市场的实力不足。

总体上来看,美国对外专利申请最多,与其他四方的专利流通都处于顺差地位;欧洲除了对美国处于逆差地位之外,与其他三方都处于顺差地位;中国与其他四方的专利流通都处于逆差地位,对外专利申请最少。在纳米涂料领域,美国和欧洲处于技术输出者地位,日本和韩国处于技术输入者地位,但也有一定量的技术输出,中国则处于完全技术输入者的地位。

虽然国外申请人开始关注在我国的专利布局,但相比其他国家,在中国的专利布局量较低,因此我国企业在中国面临的专利风险低于在海外市场的专利风险,我国企业可以抓住机会在国内积极开展研发并占领市场。

从表4可以看出,纳米涂料领域全球排名前10的申请人中有5家美国公司,分别为3M创新、PPG工业、施乐公司、罗姆和哈斯公司、杜邦公司,足见美国在该领域的强大优势;有3家德国公司,包括排名第1的巴斯夫、第3的拜耳公司及第7的赢创高施米特有限公司。这些著名的外国大公司都对纳米材料技术相当重视,看好纳米涂料的应用市场,热衷于对该领域进行投资开发和专利布局。

全球排名前10的申请人中有3位中国申请人,分别为大学和科研院所,说明中国的纳米涂料产业化刚刚起步,尚未发展壮大,缺少与国外大企业抗衡的实力。虽然中国纳米涂料领域的原创申请量排名世界第1,大大超过排名第2、3位的美国和德国,但是世界排名前10的申请人中大多是美国和德国的公司,这显示了美国和欧洲在该领域的集团优势和市场地位,也说明中国的申请人比较分散,没有实力强大的企业。

中国科学院的申请量排名第5,这与中科院各个研究所在申请专利时被视为同一申请人有关,在DWPI数据库中各所的专利申请都以同一公司代码收录。上海大学、复旦大学比较关注纳米涂料的研究,与美国的罗姆和哈斯公司、杜邦公司在该领域的申请量相当。

从图4可以看出,进入2008年以后总体申请量有所上升,这主要得益于3M创新、拜耳公司、施乐公司这3个公司申请量的增长,特别是3M创新有限公司从2001年的1件增长到2011年的13件,施乐公司从2002年的1件增长到2011年的15件。巴斯夫公司近10年的申请量比较平稳,在纳米涂料领域一直保持关注,但并没有明显加大投入的趋向。罗姆和哈斯公司的年申请量从2004年开始明显下降,对纳米涂料的关注度减弱,目标市场有所转移。

从表5可见,近3年(2009–2011)施乐公司的活跃度指数最高,为2.85,表明其对纳米涂料的研发投入力度加大,开始拓展这方面的市场。相比其他申请人,3M创新有限公司近3年的平均申请量较大,达到11.67项,表明该公司一直关注纳米涂料市场,并不断有研发投入和专利产出。巴斯夫涂料有限公司和拜耳材料科学股份公司的研发活跃度在这些主要申请人中处于中等水平。而PPG工业俄亥俄公司、赢创高施米特有限公司、罗姆和哈斯公司、杜邦公司近3年的申请活跃度都较低,活跃度指数均低于1,在纳米涂料方面的研发投入力度有所下降。

(1)申请量趋势

如图5所示,中国关于纳米涂料的专利申请量总体呈上升趋势,2000年以前发展缓慢,每年申请量在10件以下,2000年以后开始较大幅度增长,2008年申请量突破200件,其后增长速度更加明显,进入蓬勃发展阶段,这也与全球纳米涂料技术的发展趋势相一致。目前统计到的2012年申请并公开的中国专利申请已达448件,考虑到2012年有些申请仍未公开等原因,预期2012年及今后的申请量仍会增加。

中国的专利申请中大部分是国内申请,国外来华申请总量较低,共246件,占中国申请总量的9％。但是需要注意的是,1990–1996年间,全球纳米涂料技术还处于起步阶段,国内还未出现相关专利申请,而国外来华申请人已经将目光投向中国市场,开始进入中国进行专利布局。

从1998年开始,国内申请量开始超过国外来华申请量,并以较快速度增长,远高于国外来华申请量的增长速度,2012年达到446件。国外来华申请量在2007年达到最高峰38件,但由于专利文献公开的滞后性,2011–2013年国外来华专利申请数据统计不完整,预计近3年的国外来华申请量还会有所增加,整体保持平稳发展趋势。

从总体发展趋势可以预见,中国在纳米涂料技术方面仍将保持较高的研发热情和投入力度,在中国政府的政策引导和资金支持下,国内在该领域的专利申请量也会保持快速增长态势。

(2)授权量趋势

中国在纳米涂料领域的专利授权量整体呈上升趋势(见图6),2000–2007年专利授权量稳步增长,但总体数量不多,在100件以下;从2008年开始,授权量增长较为快速,2010年达到154件。国内专利授权量明显高于国外来华,占据主导地位,并且呈现快速增长趋势。国外来华申请的授权量总体发展趋势较为平缓,2007年的授权量最高,为17件,之后有所下降。

国内专利申请在申请量很小的1997年出现过100%的授权率,之后基本保持在50%~60%的授权率水平。而国外来华申请在1996–1998年期间均为100%的授权率,其他时间段的授权率却在40%~90%之间波动,起伏较大。

在纳米涂料的专利申请中,国内与国外来华的申请量差异较大,分别以2 451件和246件占中国申请总量的90.9%和9.1%。台湾和香港的申请量分别为19件和4件,共占国内申请总量的0.9%。下面对国内各地区纳米涂料技术的专利申请分布进行统计。

由图7可以看出,江苏和广东分别以372件和361件的申请量排名第1、2位,占国内申请总量的15.2%和14.7%;北京、上海、安徽、辽宁、浙江、山东也是申请量较大的地区,分别以261件、259件、198件、135件、119件、115件排名第3~8位。排名前10地区的专利申请总量为1 964件,占国内申请总量的80.1%,专利集中度较高。

申请量排名靠前的省市普遍是经济比较发达、研发团体多、优势企业较多的地区,特别是江苏省着力发展纳米材料产业,给予了很大力度的政策扶持和资金支持。《江苏省“十二五”培育和发展战略性新兴产业规划》明确提出,要重点开展纳米材料的研发和产业化,推动纳米材料等进入国家战略产品目录;重点支持有一定基础和条件的苏州纳米技术及材料应用等;先行选择纳米材料与制造等新兴产业方向,建立由地方人民政府和高校、科研院所、企业及投资机构共同参与的“新兴产业创新合作组织”;选择具有国内先进水平的重点项目和高端环节产品开展应用示范。

从图8可见,国内申请量排名前8位的地区在2001年以前关于纳米涂料的申请量都很少,有的地区甚至没有相关专利申请;从2002年开始申请量逐步增加,特别是2008年以后增长迅速,研发活跃,这与国内专利申请趋势基本保持一致。

相比其他省市,江苏省近3年的申请量涨势迅猛,具有比较明显的优势,这与该省的政策导向和产业投资有着密切的关系。广东、北京、上海的申请总量虽然排名靠前,但近10年的发展趋势较为平缓,发展步伐相对较慢。安徽省关于纳米涂料技术的起步较晚,从2010年开始年申请量突破10件,之后发展飞速,2013年达到74件,具有后来者居上的势头。辽宁、浙江、山东3省的申请量相差不多,整体发展趋势和水平也较为接近。

(1)申请人类型

按照公司、大学和研究机构、个人和其他等类型对中国纳米涂料领域的国内和国外来华申请人进行统计。

从表6可以看出,在华所有申请人中公司的申请量为1 529件,占中国申请总量的一半以上,大学和研究机构、个人和其他申请人的申请量差距不大,分别占中国申请总量的24%和19.3%。国内申请人的情况与整体情况类似,以公司申请人为主,大学和研究机构与个人和其他申请人所占比重较为接近。国外来华申请人中则是公司占据绝对优势,其申请量占国外来华申请总量的96.7%,其他两类申请人的申请量很少。综合来看,国外的纳米涂料产业化程度明显高于国内,中国在此领域需要加快技术转化,加强科研平台与产业基地的合作,广泛带动各部门、各机构推动纳米涂料产业发展。

(2)申请人排名

表7显示出国内申请量排名靠前的申请人以大学和科研院所为主,复旦大学和中科院金属研究所的申请量最多,均为34件,技术实力较强。江苏麟龙新材料股份有限公司排名第3,是对纳米涂料技术研究关注度最高的国内企业。申请人为张军的个人申请量也较大,有29件,且均为2013年的专利申请。

(3)申请人活跃度

下面统计中国纳米涂料领域申请量排名前10的申请人2010–2012年的专利申请活跃度状况,通过分析以了解这些申请人在近期内的研发热情和专利产出成果情况。

从表8可见,中国申请量排名前10的申请人近3年(2010–2012)的专利申请活跃度相差较大。申请量排名第3的江苏麟龙新材料公司的申请活跃度指数最高,达到4.34,近期年平均申请量为10.67件,显示该公司对纳米涂料技术的研发热情很高,加大了专利产出,为拓展市场进行了专利布局。华南理工大学、江南大学、浙江大学近3年的专利申请也较为活跃,活跃度指数都超过2。

相反地,申请量排名第1的复旦大学活跃度指数仅为0.76,近几年对纳米涂料的研发投入减少。天津振东涂料公司虽然申请量排名第7,但近期的活跃度指数为零,说明该公司对纳米涂料领域的研究缺乏延续性。

两家主要国外公司近年来华申请的活跃度指数并不高,这与他们本身在全球纳米涂料领域的申请活跃度不高有关,也与各公司对中国市场的开发策略有关。

需要注意的是,申请量排名第4的张军为安徽省的个人申请人,由于其申请全部为2013年的专利申请,因此申请活跃度在上面的图表中没有反映。仔细分析其全部29件发明专利申请,发现这些申请都是同日提交的关于无铬锌铝涂层防腐涂料的系列申请,对于活跃度分析没有说明作用。

(1)发展趋势：全球快速增长,中国近几年发展迅速。

关于纳米涂料技术的全球专利申请共4 855项,从1960年代纳米概念的提出到21世纪纳米技术逐渐成熟,受世界各国对纳米材料发展的战略部署的影响,全球纳米涂料领域的专利申请量快速增长,特别是2008年以后出现了飞速增长。

美国和韩国在该领域的原创技术产出量近几年达到最高;日本的整体发展比较平缓,在2007年增长到高峰后申请量稍有下降趋势,技术进入稳定期;德国的年申请量高峰出现在2005年,其后缓慢下降。

涉及纳米涂料的中国专利申请达2 697件,总体呈上升趋势,2000年以后开始较大幅度的增长,2008年后进入蓬勃发展阶段,这与我国在纳米材料的研究和产业化方面出台了一批又一批的发展规划等扶持政策密不可分。虽然国外公司较早进入中国市场进行专利布局,但从整体来看,国内申请人的申请力度远大于国外来华申请人,并且近些年的国内申请量增长速度远高于国外来华申请量的增长速度。国内专利授权量明显高于国外来华,并且呈现快速增长趋势,授权率水平保持稳定;国外来华申请的授权量总体发展趋势较为平缓,授权率波动较大。

(2)区域布局：全球创新和布局区域相对集中,国外申请人在中国的专利布局尚未全面展开,国内经济发达地区是研发主要区域。

全球纳米涂料领域原创专利申请量排名前10的国家/地区中,中国占据领先地位;美国排名第2,原创申请量是排名紧跟其后的德国的近2倍;韩国和日本的申请量相当,原创专利产出量均较大;法国、英国、俄罗斯和澳大利亚的原创申请量相对较少。

美国的原创占本国申请量比重最高,且其总申请量较高,表明其作为目标市场的吸引度较高,在纳米涂料领域具有明显的技术优势,并且处于技术输出者的地位。中国的原创申请量比重位居全球第3,创新性比较高,但中国申请人向其他国家的专利布局量很小,处于技术输入者的地位。日本、韩国、俄罗斯3国的原创申请量比重较为接近,但俄罗斯的总申请量较低。全球原创申请量排名前10的国家/地区中,澳大利亚的原创申请量比重最低,专利创新相对较弱。虽然国外申请人开始关注在我国的专利布局,但相比其他国家,在我国的专利布局量较低,因此我国企业可以抓住机会在国内积极开展研发和占领市场。

中国国内的纳米涂料专利申请量占总体申请量的90.9%,台湾和香港的申请量共占国内申请总量的0.9%。江苏和广东的申请量排名第1、2位,分别为372件和361件。排名前10地区的专利申请总量为1 964件,占国内申请总量的80.1%,专利集中度较高。

申请量排名靠前的省市普遍是经济比较发达、研发团体多、优势企业较多的地区,特别是江苏省通过政策扶持和资金支持重点发展纳米材料产业,近3年的申请量涨势迅猛。广东、北京、上海的申请量虽然排名靠前,但近10年的发展趋势较为平缓,发展步伐相对较慢。安徽省在纳米涂料方面的起步较晚,但具有后来居上的势头。

(3)技术动向：纳米防腐涂料是全球技术研发关注点,也是中国的研发热点。

全球主要研发方向涉及纳米防腐涂料、纳米耐磨涂料和纳米抗菌涂料,其中纳米防腐涂料的专利申请量最高,是全世界范围内研究和应用最多的;纳米耐磨涂料和纳米抗菌涂料的申请量分别排名2、3位,对于涂料领域的研发者和生产商具有较大的吸引力。纳米隔热反射涂料、纳米光催化涂料、纳米自清洁涂料的申请量较大,也是国内外关注的热点应用分支。

我国的研发热点集中在纳米防腐涂料和纳米抗菌涂料两个方面,其申请量分别占中国申请总量的16.05%和11.87%,表明我国重视提高涂料的抗腐蚀性能和功能保健性。纳米光催化涂料、纳米防静电涂料、纳米防水涂料、纳米吸波隐身涂料、纳米电磁屏蔽涂料在全球范围内受到较高关注;而我国对纳米隔热反射涂料和纳米耐高温防火涂料的关注度较高,这与国内开始重视建筑物的节能环保有一定关系。

(4)研发团体：全球主要研发团体集中在美国和德国,中国国内申请人以公司为主,国外来华企业的专利布局尚不丰富。

纳米涂料领域全球排名前10的申请人中有5家美国公司,分别为3M创新、PPG工业、施乐公司、罗姆和哈斯公司及杜邦公司,足见美国申请人在该领域的强大优势;有3家德国公司,包括排名第1的巴斯夫公司和第3的拜耳公司。这些著名跨国大公司都对纳米技术相当重视,热衷于对纳米涂料进行研究开发和专利布局。中国的申请人比较分散,纳米涂料产业化才刚起步,缺少与国外大企业抗衡的实力。

3M创新、拜耳公司、施乐公司的申请量近些年有较大增长,其中施乐公司近3年的活跃度指数最高;巴斯夫公司近10年的申请量比较平均,没有明显的加大投入的趋势;罗姆和哈斯公司的申请量从2004年开始明显下降,对纳米涂料的关注度减弱;PPG工业、杜邦公司近3年的活跃度指数均低于1,在该领域的研发投入力度有所下降。

在中国申请人中,国内申请人以公司为主,大学和研究机构与个人和其他申请人所占比重分别为20%多。国外来华申请人则是公司占据绝对优势,其他两类申请人的申请量很少。综合来看,国外的纳米涂料产业化程度明显高于国内。

国内申请量排名靠前的申请人中以大学和科研院所为主,复旦大学、中科院金属研究所的申请量最多,技术实力较强;但复旦大学的活跃度指数仅为0.76,近几年对纳米涂料的研发热情减弱。江苏麟龙新材料股份有限公司的申请量排名第3,近3年来的申请活跃度指数最高,达到4.34,在防腐合金涂料方面广泛开拓市场。与全球申请人排名相比,国内申请人的申请量分布较分散,排名前9位申请人的申请总量仅占中国申请量的10%,我国还缺少具有强大技术优势的大型企业和研发机构。

中国纳米涂料领域申请人排名进入前10的有2家国外公司,美国的罗姆和哈斯公司、德国拜耳公司,他们在中国的申请活跃度指数不高。总体来看,国外来华企业的申请量并不大,专利布局尚不密集。

纳米防腐涂料是我国未来发展的重要方向,国外申请人尚未进行大规模专利布局,国内企业和研究机构可加快发展步伐,争取抢占市场。

通过对全球和中国的纳米涂料主要种类的专利分析得知,纳米防腐涂料是国内外研究和应用最多的,并且我国已在这方面开展了一系列研发和产业化应用工作,例如：中国科学院金属研究所与大连裕祥科技集团有限公司、中科纳米涂料技术(苏州)有限公司合作进行了纳米防腐涂料的工程应用,并成功开拓了国内市场;广州中科院工业技术研究院与江苏金陵特种涂料有限公司已联手拉开了钛纳米高分子合金特种防腐涂料的产业化大幕,该涂料的关键技术指标达到了国际领先水平,与国外涂料相比具有突出的性价比优势;北京科技大学北京表面纳米技术工程研究中心与北京首创纳米科技有限公司联合研发的纳米改性聚氨酯(脲)防腐防水涂料已在南水北调管道表面防腐处理、京沪高速铁路桥面防水处理等工程中应用。基于这些已有成果和成功经验,纳米防腐涂料可作为我国未来主要关注的技术发展方向。

该领域的国外来华申请总量很小,申请人也比较分散。国内企业可以抓住这一契机,加快纳米防腐涂料的技术研发和产业化进程,抢占先机,占领市场。国外申请人的专利申请质量较高,重视利用专利战略来维持企业的市场竞争力,国内申请人应当学习和借鉴他们的专利保护意识和申请策略,将专利的保护范围最大化,并基于关键专利产生一系列外围专利,加大专利壁垒强度。

目前在国内的纳米防腐涂料领域中,江苏麟龙新材料股份有限公司的申请量最多,32件发明专利申请已全部获得授权,并且该公司的防腐技术已向国外申请了专利,应用市场非常广阔。中国科学院金属研究所的申请数量和质量也较高,重视与企业的合作开发,在防腐涂料领域还没有向国外申请专利,可考虑在市场时机成熟时进一步开拓国外市场。

总体来看,国内企业对纳米防腐涂料市场保持关注,规模化生产还在起步阶段。鉴于国外企业在这方面的技术和专利壁垒尚未完全形成,我国企业和研究机构可以抓住有利时机,发挥技术和产业优势,投入更多的力量和资金开发纳米防腐涂料,提高竞争力,扩大市场规模,争取在此领域开拓更广阔的发展空间。科研院所的技术成果转化可借鉴中国科学院纳米科技产业化基地的成功经验,将最新研究的先进成果尽快转化为生产力,采用技术入股、专利转让等方式实现技术产业化。政府部门可模仿苏州工业园区管理委员会建设苏州纳米城的模式,广泛带动政府职能部门、传统企业、纳米技术企业、高等院校、科研机构、风险投资、金融机构、中介服务、国有企业等主体围绕纳米技术产业发展形成吸附效应、聚合效应、规模效应,提供一个研发和产业创新服务平台,以聚合资源要素、推动产业发展。