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栾春娟 尹娜娜
摘要：探索全球纳米科技论文前三强机构的三螺旋创新网络，对促进我国纳米科技的发展和纳米科技成果的转化，具有重要的理论意义和现实意义。选择了全球纳米科技论文产出的前三强机构，中国科学院、法国国家科学研究中心和美国能源部，运用CiteSpace和VOSviewer等信息可视化软件，探测了全球纳米科技前三强机构的三螺旋创新网络和这三个机构的高产合作机构，以及其中产业参与的子网络。分析结果揭示了前三强机构纳米科技三螺旋创新网络的共性与差异。美国国家实验室引领美国纳米科技发展的实践、法国更多高产机构参与纳米科技创新发展的实践，对我国纳米科技的三螺旋创新发展提供了重要的借鉴思路。
关键词：纳米科技；三螺旋；创新网络
中图分类号：G306； N18 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2018.02.006
0 引言
比较全球纳米科技领域前三强机构的三螺旋创新网络，对促进我国纳米科技的发展和纳米科技成果的转化，具有重要的理论意义和现实意义。纳米科技是一门交叉性很强的综合学科[1-3]，是现代科学技术发展的重要新兴领域，也是世界主要国家抢占全球科学技术制高点的重点支持发展领域[4， 5]。国内外学者对纳米科技领域的发展及其对社会的影响等主题，也给予了极大的关注。
关于三螺旋相关主题的研究。自从2000年Etzkowitz和Leydesdorff提出了“大学-产业-政府”[6]三螺旋创新理论以来，该理论引起国内外学者的普遍关注和探讨。国内外学者关于三螺旋创新相关主题的研究，主要集中于以下几个方面。第一，关于三螺旋理论的研究。Yang与Holgaard等[7]分析了三螺旋理论框架对生态创新动力发展模型的影响。刘有升和陈笃彬提出[8]，加强高校与政府、产业之间的多重联动与资源协同，对于加快培养高校创业型人才具有重要的促进作用，他们基于三螺旋理论，构建了政产学参与度、师生创业相关能力、创业型人才培养绩效以及政产学协同情境影响的概念模型，并通过大规模问卷调查的数据进行了验证。其研究成果拓展了三螺旋理论的研究范围，深化了高校创业型人才培养的理论研究。第二，关于三螺旋创新模型的研究。Villarreal与Calvo[9]运用案例研究方法，提出了从三螺旋创新模型到开放创新模型的发展和演进。Leydesdorff和Deakin[10]分析了三螺旋创新模型在智慧城市建设和发展中的作用。Rodrigues与Melo认为[11]，三螺旋创新模型可以应用于激励地方的创新政策制定和创新发展。刘宇和康健等[12]以三螺旋模型为框架，解构了产业共性技术协同创新的结构要素，分析了三螺旋各阶段的动力因素，探讨了三螺旋不同阶段各协同主体的协作规律及资源利用状况，绘制出产业共性技术协同创新三螺旋立体空间结构和动力模型，并将其应用于三个城市生物医药产业共性技术协同创新的比较分析。王炜和罗守贵认为[13]，三重螺旋模型被广泛地应用于分析产学研三者互动演化关系。他们基于企业微观数据，将三螺旋理论运用于区位、产业类型和联系两者的产业垂直空间关联这三者之间的互动分析，定量地从时间演化角度分析了代表上海区位-产业类型-产业垂直关联的三维协同信息的耦合度变化，揭示了近年来上海产业结构升级和区域空间结构调整过程中产业空间系统演化的过程。第三，三螺旋创新机制研究。Ivanova和Leydesdorff认为[14]，在大学产业政府关系的三螺旋发展中，旋转对称的数学建模和创新系统的转变，可以帮助我们更好理解三螺旋创新机制并预测未来。Johnson提出[15]，三螺旋创新发展中的組织职能和激励机制对大学、产业和政府之间的合作发挥着重要作用。邹波和郭峰等提出[16]，实施协同创新是我国完善国家创新体系的重大战略部署。他们通过对三螺旋理论的深入研究，揭示了三螺旋“协同创新”的内在机制。并在理论分析的基础上，进行了实践探索研究。此外，学者们还研究了三螺旋创新能力评价[17]、青年创业者的三螺旋创新模式选择[18]、国外大学科技园的三螺旋创新研究[19]等。
国内外学者关于纳米科技相关主题的研究，主要集中于以下几个方面。第一，关于全球纳米科技发展前瞻的研究。Soriano与Zougagh[20]分析了纳米科技的未来发展趋势，探讨了纳米科技发展的社会责任和可靠性。张超星和边文越等[21]调研了世界主要国家发布的35份纳米科技战略计划和报告，并分析了各国发展纳米科技发展前瞻或部署的共性、主要国家在纳米科技战略部署上的特色和侧重，以及全球纳米科技的主要研究方向。第二，纳米科技创新网络研究。Necoechea-Mondragon与Pineda-Dominguez[22]研究了墨西哥纳米科技创新网络，指出开放创新和技术转移对墨西哥纳米科技创新网络的发展具有重要意义。刘云和蒋海军等对纳米科技国际合作创新网络进行了分析[23]，主要得到如下结论：中国在纳米国际科技合作网络中的地位越来越重要；法国和南非在网络中发挥了桥梁和中介作用；更多的国家着力通过国际合作推进本国纳米科技的发展。第三，纳米科技领域的知识流动研究。Liu和Jiang[24]比较了中美知识扩散模式对纳米科技创新网络发展的影响。彭继东和谭宗颖应用期刊引文网络分析方法，从学科整体和期刊个体两个层面，分析了纳米科技学科领域的知识交流[25]。此外，学者们还研究了纳米科技的伦理问题[26-28]、纳米科技在国家科技发展过程中的引领作用[29， 30]、纳米科技对区域经济发展的标杆作用[31]等。
已有的研究成果是本研究工作的重要基础。我们尚未发现关于全球纳米科技前三强机构的三螺旋创新网络相关的研究成果。本研究拟从宏观和微观两个层面，分析世界纳米科技前三强机构，即中国科学院、法国国家科学研究中心和美国能源部，纳米科技三螺旋创新网络结构，以期为我国纳米科技三螺旋创新网络的建设和发展提供决策支撑。
1 数据与方法
1.1 数据来源
本研究数据来源于《科学引文索引》（Science Citation Index， SCI）数据库的“纳米科技”学科领域。我们检索并下载了SCI数据库中web of science学科分类（web of science category）中的“纳米科技”（Nanoscience Nanotechnology）学科领域前三强机构，即中国科学院（Chinese Academy of Sciences，CAS）、法国国家科学研究中心（Centre National de la RechercheScientifique，CNRS）和美国能源部（United States Department of Energy，DOE），于1945～2017年间发表的全部论文（article），数据检索和下载的日期为2017年12月16日（表1）。前三强机构的论文产出都在1万篇以上，其中中国科学院的纳米科技论文产出最高，共计18411篇，占全球纳米科技全部论文的5.193%；法国国家科学研究中心和美国能源部的纳米科技论文产出分别为11436篇和11285篇，占比分别为3.226%和3.183%。
表1 全球纳米科技前三强机构论文数量及其比例
序号 前三强机构 数量 比例
1 Chinese Academy of Sciences，CAS 中国科学院 18411 5.193%
2 Centre National de la RechercheScientifique，CNRS 法国国家科学研究中心 11436 3.226%
3 United States Department of Energy，DOE 美国能源部 11285 3.183%
全球纳米科技前三强机构，即中国科学院CAS、法国国家科学研究中心CNRS和美国能源部DOE，他们的纳米科技论文年度发展趋势如图1所示。图1显示，从整体上看，前三强机构纳米科技论文的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段（1975年～1996年）为起步阶段；第二阶段（1997年～2005年）为初期发展阶段；第三阶段（2006年～2017年）为快速发展阶段。
图1 全球纳米科技前三强机构论文年度发展趋势（1975年～2017年）
在前两个发展阶段，前三强机构的发展趋势非常相近似，只是起步略有差别，DOE的第一篇纳米科技论文发表于1975年，CNRS和CAS的第一篇分别发表于1982年和1983年。第三阶段，即2006年之后，CAS纳米科技论文的增长速度明显加快，与CNRS和DOE的差距越拉越大；而CNRS和DOE二者的发展趋势仍然是非常接近的。
1.2 研究方法
本研究中的全球纳米科技前三强机构的整体网络绘制，我们采用了陈超美博士开发的、基于JAVA平台的CiteSpace应用软件[32， 33]，分析对象数据之间的链接强度选择默认链接强度，即夹角余弦距离（Cosine），见公式（1）。其中x，y为任意两个节点，Cx为与x相连的节点所组成的向量，向量每一维度所表示的值为两个结点共现的次数。
CiteSpace软件是一种适于多元、分时、动态的复杂网络分析的新一代信息可视化技术，目前已被国际上科学计量学与科学技术政策研究者广泛使用，正成为科学计量学普遍应用的新手段。我们利用该信息可视化技术手段，绘制纳米科技前三强机构的整体创新网络，形象揭示前三强机构创新网络结构，发现数据中隐藏的规律和模式[34]，使决策者更容易地观察、浏览和理解信息，从而为制定纳米科技发展决策提供支撑。
纳米前三强机构产业子网络的探测，我们采用荷蘭莱顿大学科学技术研究中心（Centre for Science and Technology Studies）信息可视化软件VOSviewer进行。选择关联强度（Association Strength）算法，见公式（2）。绘制代表产业的公司与其他机构合作的子网络，揭示前三强机构纳米科技发展过程中的大学-产业-政府合作发展关系。
公式（2）中SA（Cij， Si， Sj）表示项目i和项目j的相似度，Cij为项目i和j的共同出现频次，Si和Sj为项目i和j各自出现的频次。VOSviewer平台开发者Van Eck与Waltman通过大量的实证研究和比较分析[35， 36]，认为总体来看存在着两种重要的相似性测度理论与方法，即集论测度（Set-Theoretic Measures）和概率测度（Probabilistic Measures）；关联强度（Association Strength）则属于概率测度方法；在科学计量学共现分析研究中，选择关联强度的测度指标更合适。
2 纳米科技前三强机构三螺旋创新网络
2.1 中国科学院
我们选取1983～2017年间CAS发表的全部纳米科技论文数据18411篇，利用文献题录中的机构（institution）栏目，探测中国科学院纳米科技三螺旋整体网络。确定了网络节点为机构之后，将每个时间分区（slice）划分为8年，同时选择每一时区显示最高产的50个机构，运行CiteSpace，生成图2所示的 “中国科学院纳米科技机构三螺旋整体图谱（1983～2017年）”。图谱中代表学科的节点越大，表示该机构纳米科技论文产出越高。需要指出的是，绘制图2时，我们将节点的阈值调整为0，否则即使阈值为1的情况下，中科院的节点也显得太大，掩盖住了其他绝大部分节点。
图2显示，中国科学院纳米科技机构三螺旋整体网络图谱中，中国科学院是最大、最核心的节点；其他的绝大多数节点是大学，比如中国科学院大学、北京大学、清华大学、中国科学技术大学等；国家纳米科学中心也是一个重要的节点；此外，还有域外合作机构，比如，佐治亚理工学院、南阳理工学院和香港科技大学等。表2列出了中国科学院纳米科技论文高产机构或与中国科学院合作的高产机构的论文产出数量及比例，我们选择的是比例高于5%的机构，视其为高产机构。
表2显示，中国科学院大学是中国科学院纳米科技论文的高产机构兼合作机构。中国科学院大学建于1978年，其前身为中国科学院研究生院，2012年经教育部批准更名为中国科学院大学。其与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面高度融合，是一所以研究生教育为主的独具特色的高等学校。鉴于这样一种特殊身份，中国科学院大学相对于中国科学院来说，既是一个高产机构，又是一个合作机构。其他的高产（合作）机构中，有四个是中国科学院的研究所：中国科学院化学研究所、长春应用化学研究所、物理研究所和金属研究所；一个是国家纳米科学中心；另外一个是北京大学。
就中国科学院的纳米科技三螺旋创新网络而言，图2与表2中的学术机构，中国科学院及其研究所和一批大学，扮演着三螺旋创新网络中的大学角色；国家纳米科学中心，很大程度上扮演着政府的角色，国家纳米科学中心是由中国科学院和教育部共同建设，2003年12月获中央机构编制委员会办公室批复成立的中国科学院直属事业单位，其理事会由国家发展和改革委员会、教育部、科学技术部、财政部、卫生和计划生育委员会、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会和北京市人民政府等单位选派代表组成[37]。中国科学院在某些方面和某种程度上，也体现了中国政府的代表身份，其作为中国自然科学最高学术机构、科学技术最高咨询机构、自然科学与高技术综合研究发展中心，中国科学院建院以来时刻牢记使命，与科学共进，与祖国同行，以国家富强、人民幸福为己任，为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献[38]。中国科学院的纳米科技三螺旋创新网络中的产业在哪里？我们检索了CAS纳米科技论文产出的机构分布信息，发现参与CAS纳米科技论文的公司主要有：IBM公司（International Business Machines IBM，23篇合作论文）、索尼公司（Sony Corporation，12篇合作论文）、格雷斯公司（Grace Semiconductor MFG Corp，11篇合作论文）；这些公司因其发表的纳米科技论文相对数量较少，而在图2中无法显示出来，但其代表了CAS纳米科技三螺旋创新网络中的产业身份，具有重要的意义和价值。
2.2 法国国家科学研究中心
我们选取1982～2017年间CNRS发表的全部纳米科技论文数据11436篇，同样利用文献题录中的机构（institution）项目，探测法国国家科学研究中心纳米科技三螺旋整体网络。确定了网络节点为机构之后，将每个时间分区（slice）划分为8年，同时选择每一时区显示最高产的50个机构，运行CiteSpace，生成图3所示的 “法国国家科学研究中心纳米科技机构三螺旋整体图谱（1982～2017年）”。图谱中代表学科的节点越大，表示该机构纳米科技论文产出越高。需要指出的是，绘制图3时，我们将节点的阈值调整为1，以达到比较理想的可视化效果。
图3显示，法国国家科学研究中心纳米科技机构三螺旋整体网络图谱中，法国国家科学研究中心是最大、最核心的节点；其他的绝大多数节点都是大学，比如巴黎-萨克雷大学、格勒诺布尔大学、法国格勒诺布尔第一大学、索邦巴黎西岱大学、法国巴黎第六大学/皮埃尔玛丽居里大学、巴黎文理研究大学/巴黎第九大学和法国里昂大学等。另外，法国原子能委员会CEA也是CNRS纳米科技创新网络中的一个重要节点。表3列出了法国国家科学研究中心纳米科技论文高产机构或与法国国家科学研究中心合作的高产机构的论文产出数量及比例，我们同样选择的是比例高于5%的机构，视其为高产（合作）机构。
表3显示，法国的一批大学是法国国家科学研究中心纳米科技论文的高产机构或高产合作机构，比例超过5%的机构达到16个，其中高于10%的机构有五个，分别为巴黎-萨克雷大学、格勒诺布尔大学、法国原子能委员会、法国格勒诺布尔第一大学和索邦巴黎西岱大学，他们与CNRS的纳米科技合作论文都超过1000篇。
就法国国家科学研究中心的纳米科技三螺旋创新网络而言，图3与表3中的学术机构，法国国家科学研究中心与法国的一批大学，扮演着三螺旋创新网络中的大学角色；法国国家科学研究中心和法国原子能委员会，在一定程度上是法国政府的代表，CNRS是一所隶属于法国高等教育与研究部门的公立科研机构，是法国规模最大的多学科研究机构[39]。法国原子能和替代能源委员会CEA[40]，作为法国重要的研究、开发和创新机构，主要业务涵盖低碳能源（核能和可再生能源）、信息与卫生技术、特大型实验装置、国防与全球安全四大领域。在这些领域，原委会发挥基础研究实力雄厚的优势，助力企业发展。其下属共有十个研究中心，很大程度上可以将其视为代表法国政府的一个高级研究机构。关于法国国家科学研究中心的纳米科技三螺旋创新网络中的产业，我们检索了CNRS纳米科技论文产出的机构分布信息，发现参与CNRS纳米科技论文的公司主要有：意法半导体公司（Stmicroelectronics，262篇合作论文）和IBM公司（International Business Machines IBM，16篇合作论文）。意法半导体公司在图3的左侧偏上位置，与大学和代表政府的CEA之间都存在着合作关系。IBM公司的纳米科技论文相对数量较少，在图3中无法显示出来。以上两个公司是CNRS纳米科技三螺旋创新网络中的产业的重要代表，对三螺旋创新网络的发展具有重要意义。
2.3 美国能源部
我们选取1975～2017年间美国能源部DOE发表的全部纳米科技论文数据11285篇，同样利用文献题录中的机构（institution）项目，探测美国能源部纳米科技三螺旋整体网络。确定了网络节点为机构之后，将每个时间分区（slice）划分为8年，同时选择每一时区显示最高产的50个机构，运行CiteSpace，生成图4所示的 “美国能源部纳米科技机构三螺旋整体图譜（1975～2017年）”。图谱中代表学科的节点越大，表示该机构纳米科技论文产出越高。需要指出的是，图4网络节点的阈值为1。
圖4显示，美国能源部纳米科技机构三螺旋整体网络图谱中，有相对较为分散的几个研究中心存在：加州大学伯克利、橡树岭国家实验室、桑迪亚国家实验室、阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室和劳斯阿拉莫斯国家实验室等。图4比较突出的网络特征是国家实验室与大学交织在一起，构成了美国能源部纳米科技三螺旋创新网络的整体。表4列出了美国纳米科技论文高产机构或与美国能源部合作的高产机构的论文产出数量及比例，我们同样选择的是比例高于5%的机构，视其为高产机构。
表4显示，美国能源部纳米科技高产机构或高产合作机构主要包括国家实验室和大学两大类主体。高产的国家实验室主要有劳伦斯伯克利国家实验室、橡树岭国家实验室、阿贡国家实验室、桑迪亚国家实验室、劳斯阿拉莫斯国家实验室、太平洋西北国家实验室、布鲁克海文国家实验室和劳伦斯利佛莫尔国家实验室等；高产的大学主要有加州大学系统、加州大学伯克利、芝加哥大学等；还有一个研究中心，即纳米材料科学中心。
就美国能源部的纳米科技三螺旋创新网络而言，图4与表4中的美国国家实验室为政府所有，主要是从事与国家发展富强使命密切相关的科学研究活动，可以视其为联邦政府的代表，扮演着三螺旋创新网络中的政府角色。同时有一批大学，大学与国家实验室有着密切的合作关系，很多国家实验室就设置在大学，比如，劳伦斯伯克利国家实验室就设置在加州大学伯克利，由联邦政府委托加州大学经营管理[41]，这样大学与联邦实验室的合作，就代表着大学与政府的合作。关于美国能源部纳米科技三螺旋创新网络中的产业，我们检索了DOE纳米科技论文产出的机构分布信息，发现参与DOE纳米科技论文的公司主要有：英特尔公司（Intel Corporation，51篇合作论文）和IBM公司（International Business Machines IBM，50篇合作论文）。这两个公司发表的纳米科技论文相对于DOE纳米科技论文的总数量来说是比较少的，在图4中无法显示出来，我们单独绘制了图5——DOE纳米科技论文的“英特尔与IBM公司子网络”（1975～2017年）。
图5比较清晰地显示出英特尔公司与IBM公司与美国大学和国家实验室的创新合作网络关系。其中合作关系比较密切的有加州大学伯克利、布鲁克海文国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、劳伦斯利佛莫尔国家实验室、斯坦福大学、加州大学洛杉矶分校，以及AMD公司、碳纳米技术公司等。英特尔公司和IBM公司是DOE纳米科技三螺旋创新网络中的产业的重要代表，对DOE三螺旋创新网络的形成与发展具有重要作用。
3 结论与讨论
我们选择了全球纳米科技论文产出的前三强机构，中国科学院CAS、法国国家科学研究中心CNRS和美国能源部DOE，运用CiteSpace和VOSviewer等信息可视化软件，探测了全球纳米科技前三强机构的三螺旋创新网络，和这三个机构的高产合作机构。分析结果显示，前三强机构三螺旋创新网络的共性主要有：网络中的重要节点都是代表政府的国家科学研究机构，比如中国科学院、法国国家科学研究中心和美国能源部的国家实验室；网络中都比较突出地显示了大学在纳米科技三螺旋创新网络中的地位和作用；三螺旋创新网络中的产业没有明显地显示出来，深入的产业子网络分析方能揭示出三螺旋创新网络中产业的地位和作用。前三强机构三螺旋创新网络的差异主要在于：中国科学院纳米科技创新网络的重心高度集中于中国科学院；法国国家科学研究中心的纳米科技创新网络的重心比较高地集中于法国国家科学研究中心；美国能源部纳米科技创新网络的重心分布于几个主要的国家实验室。就前三强机构的高产合作机构而言，法国国家科学研究中心的高产合作机构数量最多；美国能源部的高产合作机构比较多；中国科学院的高产合作机构数量最少。
本文的创新之处在于揭示了全球纳米科技论文前三强机构的三螺旋创新网络结构，进一步分析了其三螺旋创新网络的共性与差异，以及在整体网络中没有明显显示出来的产业子网络发展状况。纳米科技作为当今时代各国高度重视的新兴科学技术领域，政府对其发展和支持发挥了重要的作用，在前三强机构的创新网络中也突出地显示了这一点。前三强机构的高产合作机构的分布，揭示了不同国家纳米科技发展的主体参与程度。法国数量较多的高产合作机构，反映了法国国家纳米科技的发展过程中，更多的机构更大程度上地参与了国家纳米科技的发展过程中；美国较多的国家实验室的参与，是美国纳米科技发展的一个重要特征，其国家实验室目标导向型研究，对纳米科技的产业化起到了重要的推动作用；中国纳米科技研究更多地集中于中国科学院，其他高产机构的参与略显不足，今后应加强。产业在前三强的三螺旋创新网络中虽然没有明显的显示，但其是纳米科技三螺旋创新网络发展的重要组成部分，尤其是本国产业的参与，对于纳米科技的产业化势必发挥着重要的推动作用。美国国家实验室引领美国纳米科技发展的实践，为我国纳米科技的三螺旋创新发展提供了重要的借鉴思路。
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[40] CEA[EB/OL]. http：//www.cea.fr/.2017-12-16.
[41] Berkeley Lab[EB/OL].http：//www.lbl.gov/about/.2017-12-16.
（编辑：张萌）
Abstract：It is of great significant for us to boost and transfer N&Nexploring; the triple helix network of top 3 institutions of nanoscience nanotechnology. N&N; publications of top 3 institutions are selected， and CiteSpace and VOSviewer are employed to detect the triple helix network of CAS， CNRS and DOE. The results reveal the common characteristics and differentiation of their networks. The leading role of US national labs in boosting N&N; has significant references for China to improve N&N; development.
Keywords：nanoscience nanotechnology；triple helix；innovation network
