基于专利的金属多孔材料研究现状分析

高 敬

（西北有色金属研究院 西安市未央路96号 710016）

[摘要] 利用智慧芽PatSnap专利分析系统，对国内外金属多孔材料领域的专利申请趋势、地理分布趋势、技术分布领域、专利被引用数量、专利家族、权利要求数量、审查时间、主要发明人、主要公司等方面的统计数据进行分析比较，旨在研究该领域的发展现状，为我国相关专业的研究人员提供参考。

[关键词] 金属 多孔材料 专利分析 专利检索

[中图分类号] G306

0 引言

   金属多孔材料是采用粉末冶金工艺，即将金属粉末、金属丝经成型、烧结制成的一种具有连通孔隙的可渗透性的特殊功能材料，亦称：金属过滤材料、金属微孔材料等。

金属多孔材料内部弥散分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这些孔洞的直径约2um～3mm之间。由于对孔洞的设计要求不同，孔洞可以是泡沫型的，藕状型的，蜂窝型的等等。金属多孔材料还可以根据其孔洞的形态可以分为独立孔洞型的和连续孔洞型的二大类。独立型的材料具有比重小，刚性、比强度好，吸振、吸音性能好等特点；连续型的材料除了具有上述特点之外，还具有浸透性、通气性好等特点^[1]。

金属多孔材料的孔径大小、孔隙率、孔径分布可实现准确的量控，独特的迷宫式孔道更易提高孔道内对微小粒子的捕捉能力，耐热性能好，抗急冷急热性高，适用于多种酸、碱等腐蚀性介质，在高压环境中强度高、韧性好，使用寿命长，再生能力好。

金属多孔材料被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑工程、机械工程、电化学工程、环境保护工程等领域。

1 数据来源与分析方法

本文数据来源于智慧芽PatSnap专利分析系统^[2]，该系统研发公司总部位于新加坡(2007年成立)，2011年在苏州成立智慧是信息科技有限公司，PatSnap全球专利数据库为PatSnap旗下首款产品，历经三年精心打造和优化，成为众多专利律师、代理人和企业与科研院所研发人员的推荐工具。

数据库涵盖欧专、世界知识产权组织、美国、中国、德国、日本、台湾等7个地区或组织的全文以及90多个国家地区的摘要数据，总数超过1亿条。根据用户使用习惯设计了多种搜索方式和阅读模式，新用户可以快速掌握使用方法，得心应手。

配合数据库，还设有专利批量下载，保存检索式、邮件提醒、收藏夹、专利分析等辅助功能，同时提供技术功效举证，专利地图等多种专业高端分析工具。让用户无论在科研立项、技术查新，还是竞争对手跟踪、规避侵权方面均可一手掌控。

本文检索策略是“TTL：金属多孔材料 or metal porous materials”,检索时间为2016年3月14日。

专利分析内容包括：专利趋势、地理分布地图、地理分布趋势、技术分布领域、专利被引用数量、专利家庭规模、权利要求数量等。

2 专利视角的金属多孔材料研究现状

2.1 国内外技术发展趋势

    专利申请量的多少是衡量一个国家或一个企业的技术创新能力的一个重要指标，一个企业的专利申请越多，表明这个企业的创新能力越强。

图1 近20年来金属多孔材料专利申请及授权的数量

 图2 申请专利类型

由图1所示，国内外在金属多孔材料领域的专利申请量在1997-2011年一直处于平稳略有上升趋势，2012-2014年申请量大幅度增加，且连年增长，但2015后又有所下降。由图2所示，申请专利的类型几乎都是发明专利。

图3 近20年来不同国家有关金属多孔材料专利申请的数量

    由图3所见，美国、欧洲和世界知识产权组织的专利申请近20年来发展平稳，日本起步早，1997年的发明专利就有300多件，而后略有下降，但还是稳定在每年200件左右的申请量，中国在金属多孔材料领域的发展起步晚，2000年以前专利申请得很少，以后的十几年逐渐增加，申请量越来越多，2012年-2013年接近400件，2014年达到600件的顶峰，2015年虽有所下降，但仍有400多件的申请量，可见中国在该领域的发展是突飞猛进。

图4 金属多孔材料领域专利申请的主要技术

由图4所见，金属多孔材料领域专利申请的主要技术集中在用于直接转变化学能为电能的方法和装置、化学或物理方法、分离技术、金属粉末加工、金属铸造、层状产品、石灰、氧化镁、矿渣、水泥及其化合物、非金属元素及其化合物等方面。

2.2 专利相关数据分析

图5 金属多孔材料领域被引用多次的专利

    由图5可见，美国的专利被引用次数较多，其中US4743256的被引用次数接近750次，它是由发明人John W. Brantigan于1987年申请、1988年公开的有关外科假肢椎间融合术方面的授权专利^[3]。

图6 金属多孔材料领域的专利家族

    由图6可见，美国专利US7180081遥遥领先，有约1700个同族专利，专利名称为“放电产生的等离子体EUV光源”，是美国人John Walker等于2003年申请、2007年公开的授权专利^[3]，其它的专利家族相差不是很大，中国专利CN102645455A有接近300个同族专利，是南京工业大学汪勇等人于2012年申请并公开的关于“一种灵敏的湿度传感器材料的制备方法”的授权专利^[4]。

图7 权利要求的数量

图7中所列10项专利的权利要求数量基本差不多。

图8 专利审查的时间

由图8可见，俄罗斯专利RU1840464C(METHOD FOR PRODUCING OF CAKED POROUS METALS)^[3]的审查时间最长，近24年，可见这个专利有价值且充满争议。其它几个专利的审查年限也都有10多年了，真是有太多的争议。

图9 最有价值专利前10名

    图9列出了该领域中最有价值专利的前10名，超过1000万美元的专利有7个，其中加拿大专利CA2544859C ( Method For Electrochemical Production Of A Crystalline Porous Metal Organic Skeleton Material)^[3]创造的价值最多，高达1600万美元，中国专利CN101381972B(带有可燃纸的低侧流烟香烟)^[4]创造了近900万美元的价值。

2.3 主要发明人和专利申请公司分析

图10 主要发明人前10名

图10显示出该领域专利发明人在50件以上的有5人，其中ANTOS.GEORGE.J.(安托斯)最多，接近150件，他目前是美国国家科学基金会工程指挥部催化和生物催化项目主任，从2009年起在基金会工作，之前在美国环球石油产品公司(UOP LLC)工作了33年，他还是美国威斯康辛大学麦迪逊分校的兼职教授。自1981年起就开始申请专利，独自或合作申请了大量相关领域的专利，曾著有《石脑油催化重整》一书，是有关石油炼制过程中催化重整工艺过程的专著。主要内容包括：石脑油和重整生成油的成分分析、金属催化剂上的基本重整反应、双功能的金属一酸催化作用化学、石脑油加氢处理、重整催化剂的制备、石脑油重整催化剂的特征、催化剂孔结构的优化、新一代的工业化催化剂、分子筛复合型催化剂上的石脑油重整、结焦失活、催化剂再生与连续重整、废催化剂的贵金属回收、重整工艺专利技术、工业化的重整装置的控制系统、石脑油催化重整的建模等^[5]。

图11 主要公司专利申请的年趋势变化

    由图11所示，气泡的大小表示专利数量的多少，中国科学院在2014-2015年间专利申请量比其它公司都多，达到36-38件，他们在该领域的专利技术较为成熟。而德国巴斯夫股份公司(BASF)在2008年时专利申请量最多，达到39件，而后连年下降，说明该公司主导技术已不在金属多孔材料领域，而改为其它方面。日本松下电器公司在该领域的专利申请量在1998年时最多，有39件，而后虽有所下降，但10多年来的专利申请量基本稳定在每年20件左右，只是在2013年后急剧减少，说明该公司技术重点已转向其它领域，不再以金属多孔材料为主导领域。

图12 10家公司在全球市场的侧重点

    这10家公司是日本6家：东芝公司、碍子株式会社、日立公司、丰田公司、住友电气工业公司、松下电器公司，德国2家：西门子股份公司、巴斯夫股份公司(BASF)，美国2家：UOP合伙人公司(炼油、石油化工、天然气处理工业、分子筛等)、美国环球石油产品公司(UOP LLC)。

由图12可见，它们在全球市场的份额，基本是日本的公司主要市场在日本，美国的公司主要市场在美国，德国的公司主要市场在德国和欧洲。  

图13 10家公司在不同技术领域的侧重点

通过对这10家公司的专利技术的分析，各公司在用于直接转变化学能为电能的方法和装置、化学或物理方法、分离技术、金属粉末加工、金属铸造、层状产品、石灰、氧化镁、矿渣、水泥及其化合物、非金属元素及其化合物等方面的技术重点各不相同，其中日本松下电器公司的技术主要集中在化学能转变为电能的方法和装置上。

2.4 专利技术概念分析

图14 专利地图

图15 金属多孔材料研究领域关键词

    由图14-15可见，该领域核心技术主要集中于复合材料、金属氧化物、基础材料、新材料等。

3 结论

1) 金属多孔材料是材料界的主要研究领域，该领域核心技术主要集中于复合材料、金属氧化物、基础材料、新材料等，具体研究内容包括用于直接转变化学能为电能的方法和装置、化学或物理方法、分离技术、金属粉末加工、金属铸造、层状产品、石灰、氧化镁、矿渣、水泥及其化合物、非金属元素及其化合物等方面。

2) 国内外在金属多孔材料领域的专利申请量在1997-2011年处于平稳略有上升趋势，2012年以后申请量大幅度增加，说明各国在该领域的研究不断加强。具体来说，美国、欧洲和世界知识产权组织的专利申请近20年来发展平稳，日本起步早，而后略有下降，但还算是稳定发展，中国在该领域的发展起步晚，2000年以前专利申请得很少，以后的十几年逐渐增加，申请量越来越多，可见中国在该领域的发展是突飞猛进。

3) 相比其它国家专利，美国专利被引用次数较多，而且具有较多的同族专利。俄罗斯专利RU1840464C的审查时间最长，近24年，可见这个专利有价值且充满争议，该领域中最有价值专利的前10名，超过1000万美元的专利有7个，其中加拿大专利CA2544859C创造的价值最多，高达1600万美元，中国专利CN101381972B创造了近900万美元的价值。

4) 该领域专利申请最多的人是美国国家科学基金会工程指挥部催化和生物催化项目主任ANTOS.GEORGE.J.(安托斯)教授，接近150件。通过对该领域研究较多的10家公司的对比分析，发现它们在全球市场的份额基本都是在本国，德国巴斯夫股份公司(BASF)在2008年时专利申请量最多，而后连年下降，说明该公司主导技术已不在金属多孔材料领域，而改为其它方面。日本松下电器公司在该领域的专利申请量在1998年时最多，而后虽有所下降，但10多年来的专利申请量基本稳定，只是在2013年后急剧减少，说明该公司技术重点已转向其它领域，不再以金属多孔材料为主导领域。而中国近几年在该领域发展迅速，中国科学院在2014-2015年间专利申请量比其它公司都多，专利技术较为成熟。

总之，通过对国内外专利的检索分析发现，中国在金属多孔材料领域的发展虽起步晚，但近几年发展迅速，正走向世界的前列。

参考文献

[1] 360百科http://baike.so.com/doc/7911887-8185982.html

[2] 智慧芽官网http://www.patsnap.com/

[3] 欧专局https://worldwide.espacenet.com/

[4] 国家知识产权局http://www.sipo.gov.cn/

[5] http://www.patentgenius.com/inventedby/AntosGeorgeJBartlettIL.html