مروری بر روند ثبت اختراعات فناوری نانو در سال 2013

مقدمه‌ای بر انقلاب فناوری نانو
فناوری نانو هم مانند رایانه‌ها، یک فناوری توانمندساز است که در توسعه همه بخش‌های اقتصادی کاربرد دارد؛ از هوافضا گرفته تا دارو و انرژی. به علاوه، بسیاری از محصولات تجاری، از مواد یا فناوری‌های مقیاس نانو بهره می‌برند. به عنوان مثال ورود نانوذرات نقره به پانسمان زخم می‌تواند خواص ضدباکتری ایجاد کند. تولیدکنندگان تجهیزات ورزشی و اتومبیل‌ها می‌توانند از نانوذرات برای کاهش وزن و افزایش استحکام محصولات خود استفاده کنند. در رنگ‌ها غالباً برای افزایش خواص رنگ، کاهش یا حذف ترکیبات آلی فرار و توقف رشد باکتری‌ها یا قارچ‌ها از نانوذرات بهره می‌گیرند، چیزی که ممکن است به خصوص در بیمارستان‌ها و کلینیک‌ها مفید واقع شود.

به طور کلی، تحولات فناوری از مسیری S شکل، از دوره جنینی تا بلوغ، پیروی می‌کند که معمولاً در این روند، یکسری نوآوری‌های اصلی وجود دارد. برای فناوری نانو، این نوآوری‌های اصلی عبارتند از اختراع میکروسکوپ SPM و کشف فولرین.

تاریخ مدرن می‌تواند به چندین دوره تحولات فناورانه که در مناطق مختلف جهان توسعه یافته اند، تقسیم شود. هر دوره به طرز جالبی با حوزه‌های قدرت جهانی در زمان مفروض مطابقت دارند.

از حدود سال 1780 تا 1840، موتور بخار، صنعت منسوجات و مهندسی مکانیک در بریتانیا متولد شد. سپس، از حدود سال 1840 تا 1990، راه آهن، برق و صنعت فولاد در انگلستان، آلمان و ایالات متحده آغاز شد. سومین انقلاب فناوری، طی سال‌های 1900 تا 1950، موتورهای الکتریکی، مواد شیمیایی سنگین، اتومبیل‌ها و تولید انبوه مواد مصرفی با دوام را به ارمغان آورد و تا حد زیادی در ایالات متحده پایه‌گذاری شد. در نهایت، از حدود سال 1950 تا به حال، حوزه اقیانوس آرام، ژاپن و ایالات متحده (به ویژه ایالت کالیفرنیا) کانون انقلاب چهارم فناوری، شامل مصنوعات، مواد شیمیایی آلی و رایانه‌ها بوده‌اند.[4] ما هم اکنون در زمانی منحصربه‌فرد به سر می‌بریم، زمانی که جهان در حال حرکت به سمت پنجمین انقلاب فناوری بر پایه فناوری نانو و ساخت مولکولی است.

نوآوری فناوری نانو
از زمان ورود به قرن 21، ثبت اختراعات فناوری نانو[5] رشدی نمایی را تجربه کرده است. همان طور که در گزارش ویژه ما در سال 2013 توصیف شده است، اوایل قرن 21 با یک دوره زمانی مطابقت دارد که طی آن، اقدامات چند دولت در سراسر جهان، بودجه آموزش و تحقیقات فناوری نانو را افزایش دادند.

 همان طور که نوآوری فناوری نانو رشد می‌کند، چندین منطقه به عنوان رهبران این حوزه مهم از فناوری پدید آمده‌اند. به عنوان یک معیار برای نوآوری منطقه‌ای و اثر اقتصادی بالقوه، مکان صاحبان امتیاز اختراعات بر اساس منطقه و کشور مورد تحلیل قرارگرفتند.[6]

همان طور که در تحلیل‌های قبلی دیده شد، آمریکای شمالی با حدود 57 درصد از مالکان ثبت اختراعات فناوری نانو در سال 2013، تا به حال پیشتاز نوآوری فناوری نانو بوده است. نزدیک‌ترین منطقه بعدی، آسیای شرقی با حدود 28 درصد است. سومین منطقه، اروپا با حدود 20 درصد است. این روند هم‌چنین در میان صاحبان امتیاز برتر سال 2013 نیز دیده می‌شود، به گونه‌ای که 9 مورد از 15 شرکت صاحب امتیاز، شرکت‌های مستقر در ایالات متحده، چهار مورد در آسیای شرقی، و دو مورد از آن‌ها در اروپا هستند.

 
روندهای بخشی در نوآوری فناوری نانو
همان طور که پیش‌تر به آن اشاره شد، فناوری نانو در بخش‌های بسیاری کاربرد دارد. به منظور بررسی بخشی، از روش رده‌بندی IPC استفاده شد.[7]

مشابه کلیت فناوری نانو، هرکدام از بخش‌های این فناوری نیز رشد قابل توجهی را در اویل دهه 21 تجربه کرده‌اند. همان طور که انتظار می‌رود، نوآوری در بخش الکترونیک و رایانه بیشتر است. با کوچک شدن رایانه‌ها، فناوری‌های نانویی پایین به بالا جایگزین فناوری‌های سنتی بالا به پایین می‌شود. از این‌رو، صاحبان امتیاز برتر در زمینه این فناوری-IBM، Hon Hai Precision Industry و سامسونگ- نسبتاً قابل پیش بینی‌ هستند.

جالب توجه است که سه بخش رایج تر-رایانه و الکترونیک، شیمی و مواد- به طور قابل توجهی از سال 2012 به سال 2013، در تعداد کل اختراعات کاهش داشته‌‌اند. این روند می‌تواند دلایل متعددی داشته باشد؛ از کاهش بودجه به عنوان علت رکود اقتصادی، تا انتقال از تحقیق به توسعه و تجاری سازی. مشاهده روند در چند سال آینده بینش بهتری را فراهم می‌کند.

با بررسی جزئی‌تر رده‌ها و زیررده‌های دسته‌بندی بین المللی اختراعات[8] در بخش مواد، به نظر نمی‌رسد که کاهش چشم‌گیر در بخش مواد، علت آشکاری داشته باشد. در عوض، کاهش در بخش مواد نسبتاً پایدار است. بنابراین، این می‌تواند یک ناهنجاری یا علامتی برای شروع روند رو به پایین باشد. هر کدام از این موارد که باعث این تغییر بوده باشد تنها با زمان مشخص خواهد شد.

بهترین عملکرد از سال 2012 تا 2013، متعلق به بخش انرژی، با رشد هشت درصدی بوده است. در حالی که این نیز کوچک‌ترین بخش از بخش‌های مورد بررسی است، به نظر می‌رسد که نوآوری در بخش انرژی رشد مداومی داشته باشد.

روندها در نوآوری فناوری نانو مبتنی بر کربن گرافیتی
نانوذرات مبتنی بر کربن گرافیتی، از زمان کشف فولرین در سال 1985 و نانولوله کربنی در سال 1991، بسیار مورد توجه جامعه فناوری نانو بودند. جداسازی گرافین در سال 2004، هیجان را به فناوری نانوی مبتنی بر کربن گرافیتی آورد. ساختارهای کربنی یک رده منحصربه‌فرد از نانومواد به شمار می‌آید، به علت این‌که شامل ساختار صفر بُعدی (فولرین) ، یک بُعدی (نانولوله) و دو بُعدی (گرافن) است که هیچ کدام همتای عمده‌ای ندارند. این ساختارهای متمایز منجر به خواص منحصربه‌فرد الکتریکی، نشری، حرارتی و مکانیکی می‌شود، که آن را برای کاربرد در بسیاری از فناوری‌ها مناسب می‌سازد. به عنوان مثال، نانولوله‌های کربنی و گرافن در بخش الکترونیک و رایانه برای صفحه‌های نمایش انعطاف‌پذیر و ترانزیستورهای کوچک مورد بررسی قرار گرفته‌اند. برای بخش انرژی، باتری‌های یون لیتیوم یک موضوع تازه است، چرا که تأثیر افزایش گرافن به الکترودها بر افزایش ظرفیت ذخیره‌سازی لیتیوم اثبات شده است.در مجموع، همان طور که در بالا نشان داده شد، نوآوری فناوری نانو مبتنی بر کربن گرافیتی از نوآوری فناوری نانو، تبعیت می‌کند که در اوایل قرن 21 با یک موج رشد همراه بوده است. با این حال، در سال‌های اخیر، نوآوری فناوری نانو مبتنی بر کربن گرافیتی، رشد بیشتری را در مقایسه با نوآوری فناوری نانو تجربه کرده است. به نظر می‌رسد این رشد سریع اخیر به‌وسیله‌ی جداسازی گرافن تقویت می‌شود.

خواص الکتریکی، نشری، حرارتی و مکانیکی نانوذرات مبتنی بر کربن گرافیتی در درجه اول منجر به نوآوری در بخش الکترونیک و رایانه و بخش مواد شده است. به علاوه، همان طور که در نوآوری فناوری نانو در بالا دیده شد، بخش انرژی نیز با افزایش 30 درصدی در سال 2013، دارای سریع‌ترین رشد برای نوآوری فناوری نانو مبتنی بر کربن گرافیتی است.

همان طور که در نوآوری فناوری نانو دیده شد، آمریکای شمالی با داشتن حدود 50 درصد صاحبان امتیاز اختراع‌های فناوری نانو مبتنی بر کربن، پیشتاز این حوزه است. جالب توجه است که سهم بازار آسیای شرقی در حدود هجده درصد است، که ده درصد بیش از سهم آن برای کل ثبت اختراع‌های فناوری نانو در است. این امر نشان دهنده این موضوع است که فناوری نانو مبتنی بر کربن گرافیتی برای نهادهای مستقر در آسیای شرقی از لحاظ تحقیقاتی و تجاری بسیار جالب توجه است. مشارکت بیشتر نهادهای مستقر در آسیای شرقی، در صاحبان امتیاز برتر در زیربخش‌های فناوری نیز انعکاس یافته است.
 

تمرکزی بر نوآوری نانو-انرژی
با توجه به تحلیل‌های بالا، بخش انرژی در فناوری نانو در مقایسه با دیگر بخش‌ها مانند رایانه، الکترونیک و شیمی، هم‌چنان به رشد سریع ادامه می‌دهد. به منظور بررسی بیشتر روندها در بخش انرژی، رده‌های دسته‌بندی ثبت اختراع بین المللی (IPC) را مشخص و تعیین کردیم: اکتشاف نفت، فتوولتاییک، انرژی بادی، ذخیره‌سازی انرژی و انتقال انرژی.[9]

با تحلیل نوآوری فناوری نانو در بخش انرژی، سه کانون به عنوان موضوعات برجسته تحقیق و توسعه ظهور می‌کند: ذخیره‌سازی انرژی، فتوولتاییک و اکتشاف نفت.

با رشد 21 درصد ثبت اختراع‌های فناوری نانو در سال 2013 در مقایسه با سال 2012، به نظر می‌رسد که در سال‌های اخیر، ذخیره‌سازی انرژی بسیار مورد توجه بوده است، مروری بر کلمات کلیدی رایج‌تر در سال 2013 در ادبیات ثبت اختراع فناوری نانو در حوزه ذخیره‌سازی انرژی، نشان می‌دهد که باتری‌های یون لیتیوم و پیل‌های سوختی، خصوصاً الکترودها، بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. این موضوع در مقالات خبری اخیر و مقالات علمی توصیف‌کننده تولید الکترودها برای باتری‌های یون لیتیوم با استفاده از انواع مختلف نانومواد منعکس ‌شده است، که شامل نانوروبان‌های گرافینی، ترکیبات نانوذرات مگمیتی[10] با نانوفیبرهای کربنی الکتروریسی شده، و نانوذرات سیلیکون کپسوله شده با گرافین است.

در بخش اکتشاف نفت، بیشترین توجه به مواد افزودنی نانوذره‌ای برای سیالات مورد استفاده در اکتشاف و تولید نفت شده است که برای افزایش کارایی تولید و کاهش عملیات اصلاح طراحی شده‌اند. این امر ممکن است هزینه‌های مرتبط با اکتشاف و تولید را کاهش دهد.

نوآوری فناوری نانو در زمینه فتوولتاییک، راه حل‌های با کارایی بیشتر و هزینه کم‌تر را وعده می‌دهد. یکی از زمینه‌های مورد علاقه، سلول‌های خورشیدی آلی است. به عنوان مثال، محققان با ایجاد نانولایه‌های پلاستیک و فلز، کارایی را تا نزدیک به سه برابر افزایش داده‌اند. در مثالی دیگر، محققان با استفاده از نانوآنتن‌هایی که در گستره طول موج وسیع‌تری نسبت به فناوری سنتی مبتنی بر سیلیکون، فعال است، توانسته‌اند در حدود 70 درصد نور خورشید در دسترس را جمع آوری کنند. با این حال، در حالی که پیشرفت‌های امیدوار کننده‌ای وجود دارد، به نظر می‌رسد نوآوری فناوری نانو در حوزه فتوولتاییک با رکود مواجه شده و یا در حال کاهش است. این می‌تواند نشان دهنده کاهش علاقه به این گروه یا انتقال از پژوهش به تجاری‌سازی باشد.در بررسی زیربخش فناوری نانوی مبتنی بر کربن گرافیتی، افزایش هجده درصدی در سال 2013 در مقایسه با سال 2012 در بخش ذخیره‌سازی انرژی مشاهده می‌شود. هرچند فتوولتاییک و اکتشاف نفت نیز در این زیرمجموعه از نوآوری فناوری نانو مورد علاقه‌اند، آن‌ها به وضوح پس از ذخیره‌سازی انرژی قرار می‌گیرند، جایی که نانوذرات مبتنی بر کربن گرافیتی در الکترودهای باتری‌های یون لیتیوم و سلول‌های سوختی استفاده می‌شوند.

نتیجه‌گیری
هم‌چنان‌که انقلاب فناوری نانو به پیش می‌رود، الگوهایی از مالکیت فکری شروع به ظهور می‌کنند که ممکن است تجاری‌سازی را پیش بینی نمایند. ایالات متحده و آسیای شرقی به عنوان رهبران نوآوری ظاهر می‌شوند، که احتمالاً نشان دهنده جایی است که اثرات اقتصادی بیشتری دارد.

علاوه‌بر این، بخش‌های فناوری، که در آن حمایت از مالکیت فکری شروع به کاهش سرعت می‌کند (مثلاً، رایانه و الکترونیک، شیمی و بخش فتوولتاییک انرژی) ، ممکن است نشان دهنده این مساله باشد که فناوری مربوطه از مراحل تحقیقاتی به سمت توسعه و تجاری‌سازی پیش می‌رود. بنابراین، کاربردها و محصولات مهم فناوری نانو در این بخش‌ها می‌تواند در مسیر تهیه باشد. به عبارت دیگر، ممکن است بخش‌هایی چون انرژی-و به خصوص ذخیره‌سازی انرژی، که هنوز در آن نرخ رشد ثبت اختراع بالاست- بیشتر در آینده تجاری‌سازی شوند.

این مقاله، جهت ارائه اطلاعات عمومی به طور خلاصه در نظر گرفته شده است و نباید به عنوان مشاوره حقوقی فردی تلقی شود. خوانندگان پیش از اقدام بر اساس اطلاعات موجود در این مقاله، باید با وکلای حقوقی متخصص مشاوره کنند.
 

مرجع:

CC Jordan, I Kaiser, VC Moore, 2013 Nanotechnology Patent Literature Review: Graphitic Carbon-Based Nanotechnology and Energy Applications Are on the Rise (2014).