气凝胶材料具有连续的三维网络结构和密度低、高孔隙率、高孔体积和高比表面积等结构特点,是隔热效果最好的固体材料,在新能源汽车、工业隔热、建筑保温、航空航天等领域有极大的应用价值,是我国实施“碳达峰碳中和”战略的重要材料保障。

随着气凝胶技术的发展和市场的扩大,国内外企业和研究机构纷纷加强气凝胶领域的专利布局,以确保在市场竞争中保持领先地位。气凝胶材料已成为我国新材料产业发展的重点,是各国知识产权和创新角逐的重要战场。专利分析研究成为我国气凝胶行业高质量发展的迫切需求。本文选取近20年(2005年1月1日-2024年月12日)公开公告的专利进行定性及定量分析。

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气凝胶材料专利布局情况与研究方向(2005-2024)

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1 全球气凝胶专利情况介绍
1.1 气凝胶专利布局情况
 
2005-2024年,全球气凝胶领域专利申请如图1所示。可以看出,2020年之前气凝胶专利申请数量快速增长,由2005年的886件提升至2020年的6891件,年复合增长率13.68%。

2020年后,由于新冠疫情、地区安全不稳定性增加等因素,相关专利申请数量有所下降。气凝胶专利申请国家(地区)方面,以美、日为代表的发达国家专利申请数位居全球前十,通过全球专利布局在一定程度上实现了对市场较大力度的控制,处于领先地位。

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中国的年度专利申请数量也位居全球前列。2023年,全球气凝胶专利申请数为4445件,其中,中国专利申请数为3920件,占全球88.18%,美国专利数为133件,占全球2.99%,日本专利数为33件,占全球0.74%,见图2。

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1.2 全球主要领先者专利布局情况
 

专利申请机构数量排名如图3所示。美国ASPEN、Cabot两家公司在气凝胶生产应用领域深耕多年,在气凝胶领域拥有大量的专利技术和知识产权。ASPEN公司已授权163件、实用新型15件,正在申请发明专利504件;Cabot公司已授权134件,正在申请发明专利196件;韩国LG化学已授权268件,正在申请发明专利444件。

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这些企业通过研发和创新,不断提高气凝胶性能和扩大应用领域,推动了气凝胶技术的发展。其通常有较强的创新能力和技术实力,通过自主研发和技术引进,不断推出有竞争力的气凝胶产品,并在市场上取得了良好业绩。
气凝胶专利数量全球排名前十的机构中,我国占3家,其中航天特种材料及工艺技术研究所是科研院所,南京工业大学、东华大学是高校。专利类型方面,航天特种材料及工艺技术研究所已授权177件、实用新型7件,正在申请发明专利256件;南京工业大学已授权93件、实用新型4件,正在申请发明专利242件;东华大学已授权100件、实用新型1件,正在申请发明专利169件(图4)。

另外,国内其他企业和高校,如中国建筑材料科学研究总院、中国石化、清华大学等,在气凝胶领域也拥有丰富的专利技术和研究成果。

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2 专利分析

2.1 专利价值度分析
 
专利价值度是参考技术稳定性、技术先进性和保护范围三个方面20余个参数,对专利进行分析后得出的关于专利价值的综合评价指标。研究申请人专利的价值度评分分布情况,可以宏观了解申请人的专利质量,从而客观评价申请人在专利方面的竞争实力。

图5是各申请人专利价值度分值的分布情况。可以看出,ASPEN、LG化学等专利价值度在10的专利占比较大,凸显了企业为创新主体在专利价值的重要布局。我国航天特种材料及工艺技术研究所、南京工业大学、东华大学等机构专利价值度在10的专利比例偏小,反映出高校、科研院所在专利价值布局中的不足。

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2.2 专利技术用途分析
 
在气凝胶的重点技术领域中,以材料制品、方法过程为代表的制备技术是最核心的部分,占比超过32%。目前,气凝胶的制备方法主要包括物理法(如超临界干燥、常压干燥)、化学法和生物法等。在这些制备方法中,物理法由于操作简便、成本低廉等优点,成为了气凝胶制备的主流方法。然而,物理法制备的气凝胶往往存在结构不够稳定、孔径分布不均等问题。因此,未来在气凝胶制备技术方面,还需进一步探索新型制备方法。
除制备技术外,气凝胶的应用技术也是专利布局的重点。目前,气凝胶已广泛应用于航空航天、建筑保温、生物医疗等诸多领域。在这些领域,气凝胶的应用技术不断发展和创新。例如,在建筑保温领域,气凝胶作为一种新型保温材料,具有优异的保温性能和防火性能,已得到广泛应用。未来,随着气凝胶应用领域的扩展,其应用技术也将得以创新。

专利技术用途方面,国内外机构均以材料制品、方法过程为重点,其中ASPEN、LG化学等偏向于化学品、机械设备、医药医疗等领域,南京工业大学、东华大学等侧重于化学品。但是,国内外机构技术支撑土木建筑、交通运输等方向偏少。技术用途分析如图6所示。

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2.3 专利技术功效分析
 

气凝胶专利技术功效如图7所示。可以看出,全球主要领先机构气凝胶专利主要围绕复杂性降低、成本降低、效率提升、稳定性提高等气凝胶产品的规模化生产技术装备需求,同时伴随安全性、强度、耐温性等产品的性能提高进行布局,使气凝胶专利技术功效呈现经济效益为重、技术创新共生的格局,这也为气凝胶产业创新发展提供了专利布局参考。

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3 结语
 

总体来说,气凝胶领域的专利布局呈现全球化、多元化的特点。各大企业和研究机构通过研发和创新,不断提高气凝胶的性能和扩大应用领域,为气凝胶技术的发展和应用提供了支撑。未来,国内气凝胶研发机构需要重点关注以下方面:

1)加大高价值专利布局。企业、高校、科研院所等创新主体围绕技术稳定性、技术先进性和保护范围,重点布局气凝胶高价值专利,以提升专利价值和回馈研发机构能力。

2)强化产业专利技术支撑。围绕气凝胶产业发展所需的成本降低、复杂性降低、效率提升、稳定性提高等技术方向,不断强化产业专利技术支撑,提升气凝胶产品的市场化程度。

3)不同领域差异化专利布局。围绕新能源汽车、石油化工、建筑节能等不同领域,差异化布局提升产品的安全性、强度、耐温性等,形成领域不同、特色共显的气凝胶研发主体,共同推动气凝胶产业高质量发展。

来源:刘振森,张忠伦,酆纲,董凤新,苏诗戈,侯建业,刘飞,钮苗苗,.气凝胶材料国内外专利分析研究【J】.中国建材科技,2024,(03):84-87.

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活动推荐:

第三届气凝胶技术与应用论坛

2025年3月21日 
江苏-苏州
一、拟定议题(包括但不限于)
序号 议题
1         我国气凝胶材料的研究与产业化现状及发展趋势
2 气凝胶材料在可持续能源领域的应用探索
3 规模化气凝胶生产的问题及发展方向
4 气凝胶隔热垫工艺优化的实践与挑战
5 纳米超材料气凝胶的研发趋势与创新
6 气凝胶复合材料的设计与功能化研究
7 功能化纤维素基气凝胶的制备与应用(或者生物基气凝胶)
8 SiO2高效节能气凝胶隔热材料的制备及性能研究
9 聚酰亚胺气凝胶的原料优化及工艺创新
10 炭气凝胶制备及改性方法研究
11 气凝胶超临界干燥工艺与设备创新
12 气凝胶产线工艺优化及设备创新
13 气凝胶新材料在绿色建筑领域的应用前景探索
14 气凝胶新材料在能源化工领域的应用
15 气凝胶隔热材料在电动汽车、储能领域的应用
16 气凝胶新材料在纺织领域开发和进展
17 气凝胶封装膜双面胶在新能源中的应用
18 我国玻璃纤维复合气凝胶毡性能研究及市场分析
19 气凝胶在隔热防护领域中的研究进展
20 高阻燃气凝胶在新能源汽车电池系统防火性能的探究

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作者 ab, 808