本文主要内容包括：

一、智能材料的结构与基本特征

二、智能材料的分类

三、几种常见的智能材料

四、智能材料技术专利分析

五、智能材料商业发展

接国内外智能材料发展状况分析（上）

四、智能材料技术专利分析

本章数据主要来源于中国知识产权局的专利数据库以及德温特创新索引数据库（DII）。国内数据检索的时间范围为1985-2013年，国外数据检索的时间范围为2000-2013年，数据检索截止日期是2014年4月9日。需要说明的是，由于检索词的拟定方式和范围有差异，数据存在一定的误差。本文主要采用了中国科学院开发的专利在线分析系统2.0进行分析和主题的管理。

1、智能材料专利历年申请量

智能材料领域专利申请数量从1963-2013年共有7 236件。专利申请量总的发展趋势是波动上升达到最高峰后趋于稳定。具体情况是，从1973年起，智能材料的专利开始出现，在之后的20年中，一直处于缓慢增长的趋势。在1995年达到小高峰之后出现了短暂的申请量下降的情况，并于1998年后开始迅速增长，在2006年达到新的小高峰。2007年出现了短暂的数量减少的情况，但在2008年又出现了高峰，达到了智能材料专利申请量的最高峰。在之后的几年，申请量逐渐下降，并在2010年后开始趋于稳定，如图9所示。

 

图9  国内外智能材料年度申请量

2、智能材料专利数量国家/地区分布

从专利申请的优先权国家与地区数量分布中，可以反映出国家的研发实力。在智能材料的专利申请中，日本的专利申请占大半的份额，在压电陶瓷组合物及使用该组合的压电陶瓷器件等处于绝对领先地位。美国和中国在各类智能材料专利数量悬殊不大，在高分子自修复与自清洁材料方面，申请量高于日本，研发力量属于第2集团；德国和韩国的专利申请分布最多的是压电陶瓷领域，此外德国在涂料组合物方面也有较高分布比例，他们属于第3集团。相对而言，中国在智能材料的技术领域的研究起步较晚，但发展较快，有较强的发展势头，如图10所示。

图10  专利国别申请量

3、智能材料分类专利申请情况

从智能材料的分类专利的申请量的统计可以看出，智能无机非金属材料领域的专利申请数量最多，可以推测在该分支领域的研发投入较大，如图11所示。

图11 智能材料专利分类申请量

4、智能材料国外专利领域德温特手工代码分类申请量

从国外的专利分类申请量来看，在V06-M06D（压电发动机）、U11-A02（压电，电致伸缩，磁致伸缩材料）领域的申请量较高，智能材料的研究应用领域主要集中在这些分类上。可以看出智能材料的研究还是主要集中在压电材料以及压电的相关领域，该领域的发展较为成熟稳定，如图12所示。

图12  国外专利分类申请量

注：德温特手工代码对应的专利类别如表1所示

表1 德温特手工代码对应的专利类别

5、智能材料的专利申请人

在智能材料领域的国外专利申请人中，在前10位专利申请人中有9家日本企业，可以说明日本企业在智能材料领域的绝对优势。这9家日本企业包括东京电气化学工业株式会社（TDK）、碍子株式会社、京瓷株式会社、东金株式会社、株式会社村田制作所、松下电器公司、日本电装株式会社、日本电气公司（NEC）以及产业技术研究所。德国博世（BOSCH）公司是前10位专利申请人中唯一一家非日本企业。博世公司自1990年就已经开始生产加速度传感器，其专利主要是将智能材料应用到汽车领域。

在国内的专利申请人中，上海交通大学的主要研究成果是关于形状记忆合金材料、压电陶瓷、自清洁二氧化钛纳米薄膜、二氧化硅纳米纤维、生物仿生人工骨等方面的专利；中国科学院上海硅酸盐研究所主要专利成果是压电陶瓷材料及元件；清华大学的专利成果主要涉及到压电陶瓷材料及其元件、仿生水凝胶快速成形工艺、仿生骨复合材料、纳米材料等。

五、智能材料商业发展

1、国内智能材料市场情况估计

从智能材料发展的政策支持层面来看，《新材料产业“十二五”重点产品目录》涉及到的重点产品包括铜基形状记忆合金、稀土磁致伸缩材料、压电材料、形状记忆高分子聚合物等19种基础材料。

从智能材料的应用需求来看，随着数字移动通信产品、计算机产品及网络产品、游戏机和各类消费电子产品等小型移动电子产品的推出，以及国内电子整机产品逐渐采用片式元件设计方案，压电晶体材料的市场需求也会不断增长。

从研发智能材料的企业来看，国内上市公司中涉足智能材料的并不多，主要有紫光股份、乐普医疗器械股份有限公司（简称“乐普医疗”）、有研硅股等，部分公司的智能材料产品已进入实质性产业化阶段，并已盈利。其中，乐普医疗全资子公司上海形状记忆合金材料有限公司2012年实现销售收入7 583.44万元，净利润4 380.21万元。

从不同类型的智能材料的应用前景来看，压电材料几乎占总市场的50%；磁致伸缩材料主要应用于电子行业；铬电镀材料主要用于汽车和建筑行业；而形状记忆合金主要应用在医疗市场；电致伸缩材料目前还处于成本较高、应用前景不明的阶段，市场前景不容乐观。

2、全球智能材料市场情况估计

从智能材料的市场规模来看，有资料显示，2010年全球智能材料市场规模在196亿美元，2011年近220亿美元，2016年将超过400亿美元，2011-2016年智能材料市场规模年复合增长率达到12.8%。根据地域来看，美国处于领导地位，并且这种优势还可以保持相当长的时间。亚太地区在智能材料的生产方面还是保持稳定增长，特别是在生产压电/电致伸缩材料上居于统治地位，如图13所示。

从不同类型的智能材料的应用来看，智能材料的应用范围较为广泛，在医疗、建筑、仪表仪器、自动化、机器人、航空航天、电磁电子设备、各类传感器、驱动器和显示器等领域都有应用。智能材料应用领域占比最大的部分为制动器和发动机，2010年的销售收入接近108亿美元，占比55%，到2016年将增至254亿美元，占比接近64%，2011-2016年的年复合增长率达到15.4%。传感器是智能材料的第2大应用领域，2011年的销售收入接近70亿美元，然而智能材料在传感器中应用的增长率较低，2016年起销售收入在94亿美元，传感器销售收入占全部销售收入的比例将降至23.4%，年复合增长率仅为6%，如图14所示。

图13  2010-2016年智能材料年销售额及增长率情况估计（数据来源：BCC Research）

图14  2010-2016年2016年全球智能材料市场情况及预测（数据来源：BCC Research）

近期，美国巴特尔研究所发布《全球研发投资预测》，其中分析了化学与先进材料的研发趋势，以及推动研发投资的主要因素等。根据《投资预测》，美国在化学与先进材料领域的研发支出预计将在2014年增长3.6%，达到120 亿美元。全球的整体研发预计将达到450 亿美元。这种研发增长预测，反映全球经济的回暖，以及受该产业支撑的关键市场的复苏。在调查中，80%的受访者认为将纳米材料是关键发展领域，56%的受访者认为生物材料是重点发展领域，而47%的受访者认为复合材料是材料研发的重点。总之，无论是在国内还是国外，智能材料都因其带来的巨大社会效益而有着广阔的应用前景。此外，智能材料的研究与材料学、物理学、化学、力学、电子学、人工智能、信息技术、计算机技术、生物技术、加工技术及控制论、仿生学和生命科学等许多前沿科学及高技术密切相关。因此，虽然目前智能材料的研究还需要进一步提高，但它依然前景光明，并会像计算机芯片那样推动诸多方面的技术进步，开拓新的学科领域并引发材料思想的重大变革。

文/江洪 王微 王辉 尹婧婧（中国科学院武汉文献情报中心，中国科学院大学）

原文载于《新材料产业》杂志2014年11期