基于可视化分析的国内外等离子体技术研究进展_翟卓凡.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 4 期 110 第 50 卷 总第 486 期 基于可视化分析的国内外等离子体技术研究进展基于可视化分析的国内外等离子体技术研究进展 翟卓凡1*，吴金龙1，万思本2，张翔2，周俊虎1(1浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027；2四川天法科技有限公司，四川 自贡 643000)摘 要为了探索国内外等离子体技术研究领域的现状和发展，借助科学知识图谱工具对等离子体技术研究领域的知识结构和研究趋势进行可视化分析。Cite Space 和 VOS viewer 软件将研究领域细分为核心聚类；关键词共现评述了近二十年来等离子体技术研究的发展状况。未来，等离子体技术在生物医学、材料制备和化工等领域将具有广阔的应用前景。该研究可为等离子体技术领域相关产业发展与研究热点提供一定的参考和建议。关键词等离子体技术；材料改性；废物处理；灭菌；可视化 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)04-0110-05 Research Progress of Plasma Technology Based on Visualization Analysis Zhai Zhuofan1*,Wu Jinlong1,Wan Siben2,Zhang Xiang2,Zhou Junhu1(1.State Key Laboratory of Clean Energy Utilization,Zhejiang University,Hangzhou 310027；2.Tanfo Co.,Ltd.,Zigong 643000,China)Abstract:To understand the current situation and development of plasma technology research,the scientific knowledge map tool is used to investigate the knowledge structure and research trends of plasma technology.Cite Space and VOS viewer software are used to divide the research areas into core clusters.Keyword co-occurrence analysis presents a review of the development of plasma technology research in the last two decades.In the future,plasma technology will have broad application prospects in the fields of biomedicine,material preparation and chemical industry.The study can provide certain suggestions for industrial development and research hotspots related to the field of plasma technology.Keywords:plasma technology；material modification；waste treatment；sterilization；visualization 等离子体是自然界中物质除固态、液态和气态之外的第四种状态。在一定温度和压力下，当外界向物质持续提供能量时，物质状态将依次经历固体、液体、气体、等离子体的转变。通常来说，等离子体包含电子、离子和中性原子等粒子，具有高温、高能量密度的特点，并在宏观上保持电中性。近年来，许多学者针对等离子体技术的广泛应用现状做了大量研究，包括核电站放射性废物处理1、光学加工技术2、纤维素表面改性3-4、废水处理5-6、危险垃圾处理7和重油加工8等，但在国际尺度上的发展进程、知识网络及热点动态方面还不十分清晰。文献计量学是一种采用科学定量分析和数学统计方法的交叉科学，用于评价和分析已发表科学文献的研究质量与生产力9。为了更加清晰全面地把握等离子体技术领域的知识体系和发展脉络，基于 Web of Science(WOS)核心数据库，综合使用科学知识图谱软件 Cite Space 和 VOS viewer，深入考察近四十五年来等离子体技术研究的文献分布特征、知识基础、研究领域、研究热点及前沿动态，以期为等离子体技术研究及其应用提供有益参考。1 数据和方法数据和方法 1.1 数据来源 分析数据来源于 Web of Science 综合文献数据库中的核心合集数据库，包含 SCIE、SSCI、CPCI-S 等 8 个引文索引数据库。在 Web of Science 的检索栏中输入主题“plasma technology”，初步检索发现，文献记录的出版时间在 1976年开始有相关记录，因此设置时间跨度为 1976 年至 2021 年。筛选得到 1498 条有效文献记录，每条记录包括作者、机构、摘要、关键词、发表年份、期(卷)及参考文献等。1.2 研究方法及工具 首先，对等离子体技术研究领域的文献进行文献计量分析，分析对象包括文献发文量、研究国家、研究机构，从整体上掌握世界范围内等离子体技术领域的总体发展概况、发展趋势和合作概况。其次，采用文献计量学的方法进行引文分析和共现分析。利用 Cite Space 5.8.R1 和 VOS viewer 软件，通过绘制科学知识图谱，对文献数据的研究进行细致的可视化分析。引文分析包括高被引分析和共被引分析，用以探索等离子体技术研究领域的知识基础。共现分析是通过利用主题共现分析、关键词共现分析以归纳总结等离子体技术研究的聚类、明晰研究热点和演变过程10。Cite Space是美国德雷塞尔大学陈超美教授使用java语言开发的信息可视化软件，其主要功能在于能够探测一个研究领域随着时间发展的知识结构、规律和分布情况11。VOS viewer是荷兰学者 N.J.van Eck 教授和他的团队共同开发的用于构建和可视化文献计量网络的软件12。VOS viewer 软件最显著的功能在于提供四种知识图谱，包括标签视图、密度视图、聚类密度视图和分散视图。2 等离子体技术文献分布特征等离子体技术文献分布特征 2.1 文献的时间分布 对某一领域的文献发表年代的统计分析可以从时间分布上了解该研究领域研究的发展历程。从图 1 可知，整个发展历程可以分为三个阶段：初始萌芽阶段、初始增长阶段、快速发展阶段。图图 1 等离子体技术领域发表文章的年度趋势图等离子体技术领域发表文章的年度趋势图 Fig.1 The annual trend of articles published 初始萌芽阶段(19761989 年)：在 Web of Science 核心数据库里，关于等离子体技术研究的文献记录最早从 1976 年开始，每年的研究文献发表量大部分都在 2 篇以下。尽管在这一收稿日期 2022-08-24 基金项目 四川省科技计划重点研发项目(2020YFS0018)作者简介 翟卓凡(1994-)，男，河南驻马店人，在读博士研究生，主要研究方向为等离子体技术应用及固废处理。*为通讯作者。2023 年 第 4 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 486 期 111 时期等离子体技术的研究工作仍处于萌芽阶段，但在该领域内也出现了一些引起相关研究人员关注的文献。这些探索性工作为之后的发展奠定了一定的研究基础。初始增长阶段(19902003 年)：在 90 年代后文献量开始明显增加，平均每年 15 篇左右。随着科学技术的进步和发展，这一阶段出现了许多高质量的综述性文献，开展了一些关于材料热解合成、废弃物处理等方面的实验及理论研究13-16。经过这一时期的科学工作，研究人员对等离子体技术有了进一步的探索和认识，为等离子体技术领域的快速发展做了一定的知识储备和积累。快速发展阶段(20042021 年)：在 2004 年之后，文献量迅速增加，特别是在 2009 年之后，文献量连年高速递增，至 2018年突破百篇。此阶段文献数量增长趋势相比初始增长阶段更为明显，研究内容开始丰富立体，主要包括等离子体技术在制备工业材料中的应用、等离子体技术在表面处理或改性中的应用、等离子体技术在废物处理和环境清洁中的应用、等离子体技术在食品工业中的应用、等离子体技术在生命医学中的应用以及温室气体的转化与利用等方面17-22。本阶段研究范围相比上一阶段有了进一步的扩展，某些技术工艺已经发展的十分成熟。2.2 文献的研究国家(地区)和机构分布 在 Web of Science 核心数据库里，根据发文量，涉及等离子体技术领域研究的国家(地区)多达 77 个，其中中国和美国分别贡献发文量的 21.76%和 11.55%。这说明中国、美国已经处于等离子体技术领域研究的前沿阵地。美国是最先发表重要研究工作的国家之一，而进入 21 世纪后，中国逐渐跻身世界第一梯队，发文量达到最多的 326 篇。其余主要的研究国家(地区)分别是德国、俄罗斯、英国、日本、比利时、法国、韩国、加拿大、印度、意大利、巴西、中国台湾、波兰、伊朗、爱尔兰和澳大利亚等，发文量在 2.00%至 9.48%之间(具体见图 2)。图图 2 等离子体技术领域国家及地区发文量图等离子体技术领域国家及地区发文量图 Fig.2 The countries and areas of articles published 我们将检索到的文献数据导入 VOS viewer 软件中，结果参见图 3 所示。节点越大，代表该国家或地区的发文量越高。节点的颜色显示发文量的平均年份。近 15 年来，中国的发文量比较多，处于核心地位。爱尔兰、印度尼西亚、巴基斯坦、泰国等是近年来新兴的研究国家。图中连线越粗，代表着联系更密切。美国和中国在等离子体技术领域研究关系最为紧密，其余国家则围绕中国、美国、德国等国之间多有合作，但力度较小。四十五年来，等离子体技术研究领域的研究机构共有1526 个，文献总被引量排名前 10 的机构如表 1 所示。从表中可知热点研究机构主要集中在比利时、加拿大、法国、中国、意大利和荷兰等国家。其中，比利时在等离子体技术研究领域内的研究成果最为突出。该领域内文献总被引量排名最高的机构是安特卫普大学和根特大学，分别达到了 1478 次文献被引和 991 次文献被引。中国的研究规模最大，中国科学院是世界上发文量最多的机构，共发表 29 篇论文，被引量 246 次。图图 3 20052021 年国家及地区合作网络图年国家及地区合作网络图 Fig.3 The countries and regional cooperation network,20052021 表表 1 19762021 年前年前 10 位高被引机构位高被引机构 Tab.1 The top 10 research institutions,19762021 序号 机构 国家 文献量 被引频次 1 Univ antwerp Belgium 28 1478 2 Ghent univ Belgium 23 991 3 Univ Sherbrooke Canada 21 539 4 CNRS France 10 454 5 Sichuan univ China 11 303 6 CNR Italy 11 287 7 Eindhoven univ technol Netherlands 13 280 8 South china univ technol China 11 267 9 Chinese acad sci China 29 246 10 Zhejiang univ China 17 227 利用 VOS viewer 软件得到等离子体技术研