基于CiteSpace文献计量法的石墨烯研究文献可视化图谱分析

基于CiteSpace文献计量法的石墨烯研究文献可视化图谱分析作者：樊一阳许京京来源：《现代情报》2015年第08期〔摘要〕本文运用CiteSpace信息可视化软件，以2009-2013年石墨烯研究与应用领域近6万篇文献为基础，对石墨烯研究文献进行了可视化处理。

从文献计量角度，对石墨烯研究的国家、学科、研究机构、基金资助状况等热点分布和共引文献及研究前沿等信息的可视化图谱进行了分析。

并对近年来国内外石墨烯研究和应用领域的文献信息进行了比较分析。

〔关键词〕石墨烯；CiteSpace；文献计量；可视化图谱DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.08.017〔中图分类号〕G250252〔文献标识码〕A〔文章编号〕1008-0821（2015）08-0081-11石墨烯是一种由碳原子组成的单层碳原子二维晶体，所有碳原子以正六角型呈蜂巢晶格状排列，其单原子纳米结构使其成为目前世上最薄、最坚硬、强度最大的纳米材料。

石墨烯几乎完全透明却又可以被轻易弯折，拥有电学、光学、化学等卓越性能，因此应用范围广阔。

根据石墨烯超薄，强度超大的特性，可被应用于超轻防弹衣，超薄超轻型飞机材料等。

根据其优异的导电性，它或将成为更薄、导电速度更快的新一代电子元件、高速晶体管、高灵敏传感器的核心材料。

另外由于石墨烯透明、良好的导电性，也适合用来制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

石墨烯作为石墨（及后来的碳纳米管）的基本结构单元在理论上已被研究长达60余年[3]。

Columbia University（哥伦比亚大学）的Philip Kim[4]和University of Texas at Aus tin（德克萨斯大学奥斯汀分校）的Rodney Rouff[5-6]都曾对石墨剥离薄层石墨片进行过研究，薄层石墨已有多处报道，很可惜都未得到单层石墨烯。

直到2004年，英国曼彻斯特大学物理和天文学院的Andre Geim（安德烈·海姆）和Konstantin Novoselov（康斯坦丁·诺沃肖洛夫），在实验中利用普通胶带从石墨中成功地分离出石墨烯。

二人于2010年10月4日，以“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年“诺贝尔物理学奖”[7]。

自2004年石墨烯这一材料被发现以来，激发了全球范围内的石墨烯研发热潮。

全世界科学家都在探究它在各个领域中的应用，有关研究和新闻未曾间断。

石墨烯材料及其相关技术成为了研究人员们关注的热点。

自2004年以来尤其是2009年之后石墨烯相关文献出现一个研究热潮激增现象。

国内外许多学者多从石墨烯的制备、特性等方面研究，而从文献计量学角度研究较少。

中国科学技术信息研究所的王丽[8]从文献入手利用TDA软件做了石墨烯研究前沿分析但主要聚焦于中国发展态势分析，李阳[9]等人对国际石墨烯进行了分析，但基于研究时间较早，当时文献数量相对较少。

为了解目前全球石墨烯的研究现状及研究趋势，本文通过利用文献计量学方法，以Web of Science数据库收录的与石墨烯相关的近六万篇文献为研究对象，借助信息可视化软件CiteSpace对其进行可视化图谱分析，以期能够揭示石墨烯研究的热点国家、机构、学科分布情况以及研究发展的现状、热点及趋势前沿，为相关研究提供一定的参考依据。

1分析方法及数据收集11软件介绍文献计量学是以文献为研究对象，借住文献的各种特征，采用数学与统计学的方法来描述、评价和预测某专业学科的现状与发展趋势[10]。

CiteSpace 是由美国德雷塞尔大学（Drexel）信息科学与技术学院陈超美教授与大连理工大学WISE实验室联合开发的信息可视化软件，是用来分析和可视共引网络的Java应用程序[11]，近年来被广泛用于文献引文网络分析。

CiteSpace是一款知识图谱可视化分析的软件。

基于从题目（Title）、摘要（Abstract）、检索词（Descriptors）和突现词（burst terms）确定研究前沿（research fronts），分析学科研究前沿随时间的变化趋势及研究前沿与其知识基础（Intellecture base）间的关系，发现不同研究前沿间的内部联系。

CiteSpace在对某一学科或领域进行分析时，通过文献共被引分析（Cited Reference），关键词共现分析等可绘制出学科领域的可视化科学知识图谱，并可生成强调研究前沿和其知识基础间的顺时模式时区视图（Timezone View）探讨其前沿热点及其演化过程。

通过对文献的可视化呈现，能直观地辨识出学科前沿的演化路径及经典基础文献[11-12]。

利用CiteSpace寻找学科领域的研究现状、进展、前沿及其对应的知识基础，研究人员可从科学文献中识别并发现该领域的发展新趋势和新动态。

12数据收集本文分析数据来源于Web of Science中的Web of ScienceTM核心合集数据库。

登陆Web of Science主页，基本检索中输入主题词“graphene”进行检索。

收集数据时为了得到最新的文献发表数据量，对所有的文献量进行了统计，并且又分年份做了相关统计。

至收集数据时，Web of Science中共收录石墨烯相关研究文献达8万多篇。

为得到石墨烯最新的研究热点，且由于收集数据时2014年的文献还不能得到完整的数据量，因此设定时间跨度为200911-20131231。

进而再进行精炼检索，选择“Web of Science TM Core Collection”数据库，检索结果为52 478条文献记录，对检索数据进行标记后进入Web of ScienceTM核心合集整理检索结果，选择带参考文献的全著录格式，以“download.txt”为文件名下载并存储为纯文本格式。

检索时间为2014年10月11日。

13分析方法本文利用Excel软件对2009-2013年的文献数量进行统计分析，以呈现石墨烯研究相关文献发表数量随时间的变化趋势。

然后通过文献计量法中的信息可视化软件Citespace对研究文献的热点国家、研究机构、学科分布以及共引文献和前沿等进行分析。

将下载的以“download.txt”为文件名的数据导入Citespace，时间划分（Time Slicing）设置为从2009-2013年，时间切片（Years Per Slice）设置为1年，术语来源（Term Source）勾选为标题（Title）、摘要（Abstract）、著者（DE）、关键字（Keywords）。

词类型（Term Type）、节点类型（Node Types）、连线（Links）、阈值调谐（Thresholding）、算法分析（Pruning）、可视化视图（Visualization）等按照所要分析的时间、国家、机构、学科、关键热词、被引文献等角度进行相应的勾选，就可生成石墨烯研究文献的可视化知识图谱，进而通过图谱对石墨烯领域的研究现状及前沿进行分析。

2结果分析21石墨烯研究文献发表情况在Web of Science中检索文献最早的是从1950年开始的，但关于石墨烯研究文献是直到1990年之后才开始出现的，并且在2004年之前有关石墨烯研究的文献非常少，尤其是2000年之前每年的研究文献发表量都在百篇以下，2001年才首次突破百篇，但数量依然不多，因此对2002-2014年的石墨烯研究文献发表量做了统计（如图1）。

在2004年之前，总体文献量都比较少，文献发表情况变化不大。

直到2004年，Andre Geim（安德烈·海姆）和Konstantin Novoselov（康斯坦丁·诺沃肖洛夫），在实验中用一种简单易行的方式成功分离出石墨烯之后，在学术界掀起了一股研究热潮，石墨烯的研究文献开始逐年增多，呈现上升趋势。

2009年之后，尤其是2010年“诺贝尔物理学奖”以“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由[7]，颁给了在石墨烯材料方面有卓越贡献的两位科学家后，石墨烯发表文献量开始呈现一种爆炸性的激增态势，说明近年来石墨烯的的研究已经成为爆炸性的热点研究。

图1Web of Science核心集收录的石墨烯研究文献发表情况22石墨烯研究文献的国家分布分析CiteSpace的节点类型（Node Types）选择国家（Country），设置阈值，绘制出相关的可视化知识图谱。

根据结果分析形成的图谱（图2），国家之间的连线代表合作关系；连线粗细代表合作密度，合作越多，线越粗；连线的颜色代表合作年代。

该知识网络图谱共由92个节点（Nodes）和38条连线（Links）组成，图中每个节点都表示1个国家，由图谱可以清晰地看到文献在全球分布很广，52 478篇石墨烯研究文献主要分布于全球92个国家。

此外可看出，节点间的连线不是很密集，说明国家相互之间合作还不是很多，目前石墨烯研究中各个国家的研究相对比较独立。

图2石墨烯文献研究国家分布图谱1从石墨烯相关研究文献的热点国家发表的文献数量统计结果进行分析（如表1），其中发文量最多的是中国和美国，分别是10 865篇和7 197篇，占到总数的2070%和13%，其次是韩国、日本、德国，研究文献数量排名前四的国家研究文献数量22 418，占到发表文献总数的4272%。

而发表文献数量排名前十的国家文献数量约占总数的5551%。

54在分析Citespace可视化软件生成的图谱中，定义中介中心性大于或等于01的节点为关键节点。

一个节点的中介中心性是指网络中所有的最短路径中经过该节点的数量，是网络中节点在整体网络中所起连接作用大小的度量。

一个节点的中介中心性越高，说明它在网络中最短路径上出现的越多，其影响力和重要程度越大[13-14]。

分析文献发表热点国家知识图谱，按中介中心性进行统计，排名前三的分别是比利时、英国、加拿大（图3）。

说明欧盟成员国之间的研究相互影响比较大。

图3石墨烯文献研究国家分布图谱2通过分析CiteSpace软件绘制的Timeline视图可以清晰地显示石墨烯研究随时间的研究进展，欧洲是石墨烯的诞生地，欧盟对石墨烯的研究范围和影响非常广泛。

美国、韩国、日本紧随其后开展了多项石墨烯研究项目，而中国近年来在石墨烯研究领域的文献贡献量及专利申请量已超越美国，位居世界首位，成为石墨烯研究领域中重要力量。

2012年之后，许多国家随着热潮迅速加入到石墨烯研究中，石墨烯领域的研究力量还在不断壮大。

综上可知，目前从事石墨烯研究的国家遍布全球，研究分布非常广泛，但国家间合作很分散，还没形成全球的合作网络，有若干研究团体形式存在，主要以欧盟为主。

从文献发表频次上看，中国、美国文献发表数量明显大于其他国家，说明中国、美国已经处于石墨烯研究的前沿阵地，韩国、日本、德国也是石墨烯研究领域的主要国家。