中国学科发展战略(稀土化学)/学术引领系列/国家科学思想库

**章稀土化学的战略意义和研究价值 　　稀土是15种镧系元素以及与之密切相关的钪、钇元素的总称。稀土元素特殊的4f电子构型，使其具有许多优异的光、电、磁、热等特性，加之它们化学性质十分活泼，能与其它元素组成种类繁多、功能千变万化、用途各异的新型材料，在磁性、激光、光纤通信、超导材料等领域具有不可替代的作用，被誉为“新材料宝库”“工业维生素”和“21世纪新材料的支柱”[1]。作为关乎国家战略安全的矿产资源，稀土工业的发展水平直接影响着航空航天、核能、电子、冶金、化工等高新技术领域的发展水平。因而稀土也是国内外科学家，尤其是材料专家*关注的一组元素，被美国、日本等国家政府部门列为发展高技术产业的关键元素，我国也在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中把稀土材料列入制造业领域中基础原材料的优先主题和重点支持方向。 　　稀土化学的研究始于18世纪末稀土元素的发现。我国于20世纪60～80年代组织了一系列联合攻关，我国科技工作者根据国内稀土资源特点，开发了一系列原创性的稀土采选冶技术，使我国稀土基础研究和工业技术都得到了迅速提高，稀土溶剂萃取分离水平居世界领先地位，被国际同行称为“中国冲击”，成就了中国稀土生产大国的国际地位。应用开发方面，我国稀土磁性材料、发光材料、储氢材料等稀土功能材料都已实现了大规模生产，生产量占全球总产量的80%左右，为我国国防工业及高技术产业发展做出了重大贡献。稀土材料产业已成为我国重要的战略核心产业之一，也是我国为数不多的在国际上具有重要地位和较大影响力的产业之一。 　　然而，我国的稀土冶炼分离领域资源利用率偏低、环境污染严重等问题依然存在；稀土材料科技领域依然面临原始创新能力不足、稀土材料综合性能低、材料评价标准化体系不完善等问题，同时还面临稀土材料产品与应用升级、稀土供应格局及替代技术发展以及稀土元素应用严重失衡等诸多挑战。而西方发达国家为应对我国稀土产业政策和出口政策的调整，*近几年迅速加大了对全球稀土资源的开发和利用投入，更加重视稀土功能材料的基础和应用研究，试图弥补其资源不足，达到反制中国的目的。因此，我国须尽快在稀土资源利用、功能材料等方面的研究中取得突破，为新一轮的竞争创造先机，加快在功能材料领域从“追赶”转入“并驾齐驱、各有特色”发展阶段，为进入“全面引领”发展时期奠定坚实基础。 　　对稀土元素的深入研究将有助于发现新性质、探索新材料，推动无机化学的新发展[2]。同时，稀土化学学科自身的发展及成果，对于材料科学等其它学科也具有非常重要的意义。为使我国的稀土资源更好地服务于新材料等产业的发展，有必要对我国稀土化学学科的发展状况进行系统调研，梳理国内外相关研究进展，发现制约我国稀土产业发展的基础科学问题，对稀土化学的发展提出前瞻性、科学性的研究思路、发展方向及国家导向政策等方面的建议。 　　第二章稀土化学文献统计分析 　　近年来，国内外学者对稀土元素及其化合物进行了大量的研究。为探究稀土化学学科的发展态势，对2008～2017年共10年间中国、美国、日本以及一些主要欧洲国家的稀土相关专利申请和公开数据，以及发表的稀土相关SCI科技论文进行了检索，对检索数据进行了多方位统计分析，对比国内外稀土化学各领域发展概况及趋势，总体梳理并着重关注本书所涉及的主要研究领域，客观呈现稀土化学领域的总体发展态势，发现该领域所存在的关键科学问题和发展瓶颈，从而为稀土化学学科发展提出方向性和政策性建议。 　　**节稀土相关专利统计分析 　　采用中文关键词“稀土”及相关领域名称作为检索词，以年为时间跨度对专利公开日和申请日进行日期限定检索。以下将检索得到的2008～2017年间中国及部分稀土研究较为活跃国家的数据进行整理，对专利类型、专利状态、专利申请人、专利技术领域等方面数据进行系统分析，以求对全球稀土主要领域的发展状况进行研判。 　　一、中国专利统计分析 　　（一）中国（除台湾地区）专利总体情况 　　1.专利申请数 　　2008～2017年中国（除台湾地区）申请的稀土相关专利统计见表2-1。需要说明的是，本文数据取自2018年，因专利申请公开时间晚于同一专利的申请时间，可能导致2016年和2017年的统计数据小于当年实际申请数据。2008～2015年，中国申请的发明专利、实用新型专利以及二者合计的年复合增长率分别为16.0%、20.1%和16.4%。进入中国的专利合作条约（patent cooperationtreaty，PCT）发明专利复合增长率仅为0.6%，如考虑PCT专利公开时间可能更为滞后，2008至*高峰的2013年，期间的复合增长率也仅为5.0%。 　　2.专利公开数 　　表2-2给出了近10年国家知识产权局公开的稀土相关专利数。2017年，中国（除台湾地区）共计公开稀土相关专利10985件，其中发明专利占比87.6%，实用新型专利占比8.6%，外观设计专利占比0.1%，进入中国阶段的PCT发明专利占比3.6%。2017年总公开数量较2016年增加了23.2%，其中发明专利增加27.2%，实用新型专利减少了5.2%，进入中国国家阶段的PCT发明专利增加16.3%。2013～2017年间专利数量增长主要缘于发明专利的增长，这也从一个侧面表明，近年来专利发明人更加重视发明专利的申请。 　　2008年中国（除台湾地区）公开专利仅为1229件，至2017年增长了约8倍，年复合增长率达到24.5%。其中，发明专利年复合增长率*高，达到27.3%，实用新型专利和外观设计专利年复合增长率分别为15.3%和17.5%。 　　由图2-1可见，2009～2017年各年度国家知识产权局公开的专利年增长率呈现阶段性特征，2012年增长幅度*大，达到了63.3%。2011～2012年，由于中国稀土产业政策调整等原因，稀土市场价格暴涨，曾在短短几个月内，部分产品价格出现10倍以上的涨幅，由此引发了一波稀土热潮，2012年稀土专利申请公开的高增长率或与当时特殊的稀土市场情况有关。之后在经历2013年和2014年两年较为平稳的增长后，2015年和2016年连续两年保持了45%左右的高涨幅，这或与中国相关促进科技创新政策推动有关。 　　3.专利授权数 　　表2-3给出了近10年国家知识产权局稀土相关专利授权数。由于中国专利制度规定，实用新型专利和外观设计专利公开之时即为授权之日，因此表2-3中相关数据与表2-2中相同。2017年，中国（除台湾地区）共计授权稀土相关专利4783件，其中发明专利占75.1%，实用新型占19.8%，进入中国国家阶段的PCT发明专利占4.7%，外观设计专利占0.3%，进入中国国家阶段的PCT实用新型专利占比可以忽略不计。2008年中国（除台湾地区）授权专利数为1472件，至2017年授权专利增长了3倍多，年复合增长率为12.5%，其中，发明专利、实用新型专利和外观设计专利年复合增长率分别为13.0%、15.3%和17.5%。 　　2008～2017年中国稀土相关发明专利授权数增长率远小于公开数增长率，这也反映了专利审查趋于严格，授权专利比例呈现下降趋势。图2-2显示了2008～2017年公开专利数与授权专利数比值的变化，2014年前，授权专利数多于公开专利，这应是专利审查时限导致延迟授权所致，同时一定程度上也反映当时专利授权通过率较高。但自2011年以后，授权专利与公开专