Интегрированная система обработки структурированных физических знаний

В настоящее время бурное развитие вычислительной техники оказывает сильное влияние на процесс трансформации все большей доли труда из области переработки вещества и энергии в область поиска, хранения, переработки и передачи информации. В связи с чем чрезвычайно актуальна проблема удовлетворения потребностей в информации ученых-исследователей из фундаментальных и прикладных наук, специалистов-практиков (инженеров) из различных отраслей экономики.

В данной работе рассматриваются только физические знания. Физические знания активно используются при проведении научных исследований в различных областях науки и техники (методики исследований, свойства различных классов объектов, реакция объектов на разнообразные физические воздействия и т. п.), в проектировании технических изделий и технологий. Накопленный к настоящему времени объем знаний в области физических наук настолько рассредоточен в различных монографиях, научных статьях, справочниках и энциклопедиях, что является практически необозримым для специалистов конкретных предметных областей. Кроме того, во многих случаях форма представления физической информации затрудняет их непосредственное использование в инженерной деятельности для решения проектно-конструкторских и технологических задач.

Для решения возникших проблем появились разработки по созданию специальных БД физических знаний, в которых физические знания представляются особым структурированным образом (в виде ФЭ), обеспечивающим их удобное использование.

В литературе представлены различные подходы к формализации моделей описания ФЭ, созданию на их основе автоматизированных систем обработки физической информации. Весомый вклад в развитие научного направления, в рамках которого осуществляется структурирование физической информации, внесли Г. С. Альтшуллер, Г. Я. Буш, В. Н. Глазунов, A.M. Дворян-кин, М. Ф. Зарипов, В. А. Камаев, К. В. Кумунжиев, А. И. Половинкин, С. А. Фоменков, И. Ю. Петрова, 3. М. Шмаков, Г. Голл, Р. Коллер и другие отечественные и зарубежные ученые.

В работе взято за основу направление исследований, проводимых на кафедре САПР и ПК Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ). В рамках данной школы была разработана обобщенная модель описании ФЭ, включающая модель входной информации (входная карта) и модель выходной информации (выходная карта), создан фонд ФЭ, в котором содержится свыше 1200 описаний ФЭ, а также разработаны автоматизированные системы обработки БДФЭ (ACO БДФЭ): автоматизированная система синтеза ФПД (АСС ФПД), автоматизированная информационно-поисковая система по ФЭ (АИПС ФЭ), автоматизированная система поддержки процесса формирования информационного обеспечения БДФЭ (АС ППФИО).

Однако, задача организации удобного и эффективного взаимодействия различного типа пользователей с БДФЭ по-прежнему далека от своего полного решения. Среди наиболее актуальных проблем можно выделить следующие: отсутствие единой БДФЭотсутствие специальных инструментов администрирования БДФЭиспользование ACO БДФЭ по отдельностидублирование функциональности системналичие только текстового описания в выходной карте ФЭ, отсутствие в ней графических и символьных изображений, формул, табличных данных- «жесткая» структура представления описания ФЭ.

Целью данной работы является повышение эффективности процесса взаимодействия пользователей с БДФЭ за счет интеграции автоматизированных систем обработки БДФЭ в единый программный комплекс и улучшения восприятия отображаемой пользователю информации о ФЭ. Взаимодействие пользователей с БДФЭ включает в себя совокупность процессов управления БДФЭ администратором системы, реализации новых и модифицированных 9 методов обработки БДФЭ разработчиками системы, выполнения поисковых и других запросов к БДФЭ конечными пользователями системы. В качестве критериев эффективности будем понимать как количественные критерии (время, затрачиваемое на информационное наполнение БДФЭ, внедрение новых видов обработки БДФЭ и т. п.), так и качественные (удобство работы пользователей).

Задачи исследования. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• анализ существующих моделей описания ФЭ, используемых систем обработки БДФЭ, подходов к интеграции систем;

• модификация модели описания ФЭ с целью интеграции систем в единый комплекс и улучшения восприятия отображаемой пользователю информации о ФЭ;

• разработка «гибкой» структуры представления описания ФЭ;

• разработка моделей и алгоритмов интеграции систем;

• создание интегрированной системы обработки БДФЭ;

• проверка работоспособности и эффективности реализованной системы.

Объектом исследования настоящей диссертации является структурированные физические знания и автоматизированные системы на их основе.

Предмет исследования — процесс взаимодействия пользователей с БДФЭ.

В качестве методов исследования в работе используются методы математического анализа, системного анализа, искусственного интеллекта, теории БД, теории многоагентных систем, объектно-ориентированного проектирования программных систем.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• модифицирована модель описания ФЭ за счет включения в нее формализации функциональной зависимости физических величин ФЭ, которая представляется в виде суперпозиции графических участков.

Разработана методика и алгоритм создания набора графических участков функциональной зависимости физических величин ФЭ. Модель позволяет усовершенствовать дескрипторный метод поиска ФЭ по компонентам вход, объект, выход путем реализации запросов конечных пользователей по характеру изменения физических величин (что важно для создания эффективного автоматизированного справочника физико-химических свойств веществ), а также более корректно строить варианты ФПД;

• разработана «гибкая» структура представления описания ФЭ, позволяющая вносить изменения в описание ФЭ с сохранением работоспособности каждой из ACO БДФЭ. В результате изменения, вносимые для одной из систем, не влияют на работоспособность остальных;

• разработана модель многоагентной системы обработки БДФЭ, включая модель агентов, модель взаимодействия агентов, роли агентов при взаимодействии. Модель MAC позволяет интегрировать ACO БДФЭ за счет разработки открытой распределенной системы, образованной несколькими взаимодействующими агентами, расширять функциональность системы за счет внедрения новых агентов, реализовать единую БДФЭ.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов, приведенных в диссертационной работе, обеспечивается использованием апробированных на практике методов теории многоагентных систем, системного анализа, теории баз данных, математического анализа, а также подтверждается результатами проверки работоспособности и эффективности созданной системы на контрольных тестовых примерах.

Практическая значимость и внедрение. Разработана интегрированная автоматизированная система СОФИ II, выполняющая поиск ФЭ, информационное наполнение БДФЭ, синтез ФПД. Софи II реализована на базе многоагентной технологии. Это позволяет объединить ACO БДФЭ в единый ком.

11 плекс, упростить процесс разработки новых и модифицированных видов обработки БДФЭ. Софи II предоставляет инструментарий для администрирования БДФЭ, благодаря чему стало возможным вводить графическую информацию, формулы, табличные данные, форматированное текстовое описание.

Использование Софи II позволяет повысить эффективность работы администраторов БДФЭ, разработчиков систем обработки БДФЭ, а также улучшить восприятие отображаемой пользователю информации о ФЭ.

Софи II зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ ФГБУ «Федеральный институт промышленной собственности» Федеральной службы по интеллектуальной собственности РФ, прошла апробацию и внедрение в ООО «Сингулярис Лаб» в рамках исследовательского проекта по компьютерному моделированию геофизических зондов, что отражено в соответствующем акте. Результаты работы использовались при выполнении Государственного контракта Министерства образования и науки РФ № 16.647.11.1025 от 2011 года «Создание базы физико-технических знаний и прогнозирование на ее основе появления новых нанотехнических систем». По материалам работы получено несколько дипломов на Всероссийских и региональных смотрах-конкурсах работ молодых ученых.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

• формализация компьютерного представления функциональной зависимости физических величин ФЭ;

• усовершенствованный дескрипторный метод поиска ФЭ по компонентам вход, объект, выход с учетом функциональной зависимости физических величин ФЭ;

• «гибкая» структура представления описания ФЭ;

• модель многоагентной системы обработки БДФЭ;

• автоматизированная система СОФИ II и результаты ее тестирования.

Апробация результатов работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «САПР и ПК» Вол.

12 гГТУ, а также на Международных и Всероссийских научных и научно-практических конференциях: «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (Москва, 2007, 2008, 2009) — «Информационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2007, 2008) — «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Ялта-Гурзуф, 2009) — «Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте» (Коломна, 2011) — «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-25» (Волгоград, 2012) — «Международный конгресс по интеллектуальным системам и информационным технологиям» (Геленджик-Дивноморское, 2012) — «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2012).

Публикации. Основные положения диссертации отражены в 15 опубликованных работах. В том числе 6 статей напечатаны в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационных работполучено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

В первой главе диссертации производится обзор работ, связанных с использованием структурированных физических знаний в виде ФЭ, подходов к формализации моделей описания ФЭ, созданных на их основе информационных систем, методы интеграции автоматизированных систем.

Во второй главе представлены разработанные модель многоагентной системы обработки БДФЭ, включая модель агентов, модель взаимодействия агентов, роли агентов при взаимодействии, модель «гибкой» структуры представления описания ФЭ, усовершенствованного дескрипторного метода поиска ФЭ по компонентам вход, объект, выход с учетом функциональной зависимости физических величин.

В третьей главе описана созданная интегрированная система обработки БДФЭ Софи II, реализующая предложенные модели и алгоритмы. Также освещаются практические аспекты реализации программной системы.

В четвертой главе проведена проверка работоспособности и оценка эффективности системы Софи II на тестовых примерах и при выполнении ряда научно-исследовательских работ.

Выводы по третьей главе.

1) На основе анализа систем обработки БДФЭ сформированы требования, предъявляемые к разрабатываемой системе Софи II, выбраны средства реализации.

2) В качестве платформы для разработки многоагентной системы обработки БДФЭ выбрана AgentService, позволяющая реализовывать MAC в области программных агентов. При тестировании AgentService были выявлены ошибки в ее функционировании. Для устранения ошибок платформа AgentService была доработана. В нее также были добавлены новые компоненты, позволяющие упростить процесс разработки агентов и отслеживать ошибки во время работы платформы.

3) Разработана общая архитектура и функциональная структура системы Софи II.

4) Реализована система Софи II. В работе дано описание модулей системы, архитектуры модулей, особенности реализации.

5) Разработана новая структура БДФЭ. Созданы конверторы, преобразующие описания ФЭ в новый формат из старых форматов, использующихся в системах [11, 16, 25].

ГЛАВА 4. ТЕСТОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ СОФИ II.

Разработанная интегрированная система обработки БДФЭ Софи II позволяет выполнять поиск ФЭ (полнотекстовый, усовершенствованный деск-рипторный по компонентам вход, объект, выход с учетом функциональной зависимости физических величин, комбинированный), синтез ФПД, пополнение БДФЭ из первоисточников.

Система Софи II позволяет уменьшить время внедрения новых и модифицированных методов обработки ФЭ, сократить время информационного наполнения БДФЭ, улучшить восприятие отображаемой пользователю информации о ФЭ.

Для проверки работоспособности и эффективности Софи II проведены тестовые испытания, а также апробация системы при решении практических задач.

4.1. Оценка эффективности информационного наполнения базы данных физических эффектов.

Во время тестовой эксплуатации системы Софи II агент пополнения БДФЭ из первоисточников нашел 30 новых ФЭ. Данная информация была занесена в БДФЭ администратором.

Для оценки эффективности функционирования модуля администрирования БДФЭ был проведен сравнительный анализ времени, затраченного на заполнение описания ФЭ в системах Софи II и [11, 16, 25].

Следует отметить, что средства администрирования для конечного пользователя в каждой из систем [11, 16, 25] отсутствуют. Вносить описания ФЭ могут только разработчики систем. Как правило, для этого используется программа Microsoft Access.

Система Софи II предоставляет инструментарий для информационного наполнения БДФЭ. Софи II позволяет создавать и редактировать тезаурусы, создавать обобщенную структуру описания ФЭ, создавать и редактировать описания ФЭ [68]. Помимо текстовой информации появилась возможность вводить формулы, изображения, форматированный текст, таблицы, что было недоступно в системах [11, 16, 25] даже для разработчиков. Софи II поддерживает двухуровневое отображение выходной карты ФЭ (см. рис. 4.1, рис. 4.2 и рис 4.3).

Администратор ФЭ | CD II ВЩЛ.

Файл Вид Сервис Окно Справка.

J J S х i и ci * Ал Л $ ±-л Ъ *.

ФЭ #396. Эффект Иоффе на металлах. Просмотр выходной карты. 1 Уровень.

Сущность ФЭ.

Совокупность экспериментальных данных. теоретические расчеты и Физическое моделирование доказывают существование эффекта ИоФФе на металлах, который заключается в следующем: металлы и сплавы, разрушающиеся при температурах вязкохрупкого перехода хрупко, скопом, при напряжениях меньших, чем истинный предел прочности, при воздействии в процессе деформации какой-либо полирующей среды, обеспечивающей удаление поверхностного слоя, изменяют характер разрушения с ¡-фупкого на вязкое, т. е. становятся более пластичными Это проявляется в значительном снижении напряжения.

Описание входа.

Вход 1. Скорость удаления металла с поверхности образца ^и/с). Увеличение от 0.025 до 0.75 мкм/с. Вход 2 Силовое (механическое) воздействие Напряжение (Пэ).

Описание объекта.

Монокристаллический образец металла или сплава в полирующей среде, например, вольфрам в 2 V.-ном водном растворе NaOH. Описание выхода.

Относительная деформация при разрушении (безразмерная величина).Увеличение в несколько раз. Описание применения ФЭ.

Для разработки прогрессивных технологических процессов обработки хрупких металлов и сплавов давлением при комнатных температурах (изготовление вольфрамовой проволоки волочением через Фильеру в полирующей среде, обработка давлением тугоплавких хрупких металлов и др .).

Перечень литературных источников.

1. Баранов Ю. В. Костюкова Е.П., Лютцау В. Г. Закономерность разрушения металлов и сплавов (эффект Иоффе А. Ф на металлах). Материалы заявки на открытие.

2. Баранов Ю. В. Костюкова Е.П. Вячеславов A.A. и др Способ обработки тугоплавких хрупких металлов и сплавов давлением A.c. N613847.1975.

3 Баранов Ю. В. Костюкова Е П Влияние поверхностного состояния монокристаллов на характер деформации В св «Пластическая деформация и актуальные проблемы прочности сплавов и поршковых материалов «. Томск, 1982, с 171−172.

4 Баранов Ю. В. Березин A.B. Влияние поверхностных слоев на деформационные характеристики материалов В сб. «Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур.» Москва. 1986. с 41−42.

5 Баранов Ю. В. Березин A.B. Влияние поверхностных слоев на деформационные характеристики материалов Машиноведение.

1988. N2. с.28−33.

Рис. 4.1. Двухуровневое отображение выходной карты ФЭ «Эффект Иоффе на металлах». Первый уровень.

Администратор ФЭ.

Файл Вид Сервис Окно Справка.

1- J J Ш X, а У е§- * ¡-Ъ, а ф ±% 3 * ® |.

ФЭ #896. Эффект Иоффе на металлах.

Просмотр выходной карты. 2 Уровень.

Расширенно" описание сущности ФЭ.

В проблеме создания новых технологических процессов обработки материалов существенное значение имеют вопросы, связанные с повы-шением технологических характеристик металлов и сплавов. таких. на-пример, как пластичность Обработка хрупких металлов давлением при комнатных температурах чрезвычайна сложна и часто невозможна, вследствие преждевременного разрушения металлов при изготовлении изделий Устранение хрупкости в основном осуществляется повышением температуры обработки до значений, больших температуры вязко-хрупкого перехода данного материала Это создает определенные тех-нологические трудности связанные с необходимостью использования высокотемпературных печей, часто — вакуумных.

Авторами [1] экспериментально установлена закономерность раз-рушения металлов и сплавов, заключающаяся в том, что металлы и сплавы, разрушающиеся при деформировании хрупко, скопом, при на-пряжениях меньших, чем истинный предел прочности 5 В. и имеющие однородную, не содержащую микропор и микротрещин структуру, при воздействии в процессе деформации какой-либо полирующей среды, не искажающей структуру поверхности, приобретают вязкие характери-стики. проявляющиеся в существенном увеличении пластичности и прочности и разрушении материала с образованием «шейки» при на-пряжениях. больших истинного предела прочности 8 В (эффект ИоФФе на металлах).

Для выявления существования эффекта ИоФФе на металлах был осуществлен следующий эксперимент. Из монокристаллов вольфрама, выращенных бестигельной электронно-лучевой зонной плавкой с кристалографическими осями [001], [011]. [111J вдоль оси роста, были при-готовлены гантельные образцы для механических испытаний |рис.1).

Рис. 1. Схематическое изображение приспособления для деформирования моно-кристаллов растяжением при полировке: 1 — образец- 2 — катод из нержавеющей стали- 3 — полировоч-ная ванна- 4 — захваты для образец.

Искаженный механической обработкой слой удалялся электрополировкой в 2'/.-ном водном растворе NaOH. Его наличие или отсутствие контролировалось рентгенографически и металлографически Деформирование монокристалических образцов вдоль указанных кристаллографических ориентаций осуществлялось на испытательной машине «Инстрон-ТТД-10Т» в специальной полировочной ванне, изображенной на рисунке 1. при скорости движения подвижной траверсы машины 0.5 мм/мин. Полировка монокристалов в процессе растяжения осуществлялась электролитически непрерывно и кратковременно, в зависимости от задачи эксперимента, е 2'Л-ном водном растворе NaOH Скорости удаления металла с поверхности регулировались изменением величины плотности тока полировки.

На рисунке 2 иллюстрируется изменение истинного предела пропорциональности (предела упругости) Элл. монокристаллов вольфрама при статическом деформировании в процессе непрерывной полировки при различных скоростях удаления металла с поверхности образца.

К.

Рис. 2 Изменение предела пропорциональности Эпл. монокристэллаллов вольфрама при статическом деформировании в процессе непрерывной полировки при различных скоростях удаления металла с поверхности образца.

Видно, что резко снижается Элл. на начальном этапе возрастания скорости полировки до 0,08 мкм/с и далее, достигнув величины, примерно соответствующей половине исходного Блл. существенно не изменяется. Этот факт, справедливый для монокристаллов вольфрама всех ориентаций. может быть объяснен тем. что наиболее искаженный поверхностный слой.

Рис. 4.2. Двухуровневое отображение выходной карты ФЭ «Эффект Иоффе на металлах». Второй уровень. о^ Администратор ФЭ Файл Вид Сервис Окно Справка.

ЩЙх ^У^.

ФЭ #896. Эффект Иоффе на металлах. Просмотр выходной карты. 2 Уровень. величины, примерно соответствующей половине исходного Ьлл. существенно не изменяется Этот Факт, справедливый для монокристаллов вольфрама всех ориентаций. может быть объяснен тем. что наиболее искаженный поверхностный слой, имеющий конечную толщину, полностью удаляется при определенной скорости полировки, и следовательно, при достижении некоторого равновесия между скоростью образования этого слоя и скоростью удаления Дальнейшее увеличение скорости полировки не должно приводить к существенным изменениям механических характеристик.

Экспериментально установлено, что характер кривой напряжение-деформация для кристаллов, деформированных с полировкой, определяется коэффициентом Кили соотношением скоростей движения дислокаций в кристалле и скорости удаления металла с поверхности деформируемого образца, поскольку механические свойства монокристаллов, деформируемых с различными скоростями, но имеющих одинаковое значение коэффициента К. совпадают Приведенные результаты были проверены при различных видак нагружения — при статике и четырехточечном чистом изгибе Кроме того, различными рентгеновскими и металлографическими методами проводилось исследование структуры и свойств поверхностных слоев монокристаллов вольфрама после деформирования обычным образом и в полирующей среде. Было показано существенное различие в поведении кристаллов и их поверхностных слоев при данных видах деформирования [2]. Совокупность экспериментальных данных, теоретические расчеты и Физическое моделирование [2. 3] дают основание считать доказанным существование эффекта ИоФФе на металлах: изменение характера разрушения материала (с хрупкого на вязкое) при его деформировании в полирующей среде в процессе удаления поверхностного слоя, проявляющееся в значительном снижении напряжения деформирования и увеличении предельной деформации и прочности при разрушении.

Расширенное описание применения ФЭ.

На основе данного эффекта возможна разработка новых технологических процессов обработки металлов давлением при температурах, меньших температур вязко-хрупкого перехода В частности, эффективное применение эффект может найти при изготовлении вольфрамовой проволоки Здесь наиболее просто может быть реализована схема деформирования волочением через Фильеру в полирующей среде.

На основании проведенных исследований получено авторское свидетельство СССР № 613 847 «Способ обработки тугоплавких хрупких металлов и сплавов давлением» .

Способ заключается в установке заготовки в матрицу и приложении к ней деформирующего усилия одновременно с электрополировкой заготовки Электрополировку производят, поместив заготовку в ванну с электролитом и создав между ванной и заготовкой разность потенциалов При этом в процессе деформирования происходит удаление поверхностного дефектного слоя заготовки В качестве электролита может быть использован 2−10'/. раствор едкого натрия при плотности тока от 0.1 до 0,5 А/см2 (для вольфрама и его сплавов) В процессе деформирования поддерживают оптимальную плотность тока, величину которой выбирают в зависимости от состава электролита и скорости деформирования Необходимо, чтобы скорость деформирования была соизмерима со скоростью удаления поверхностного дефектного слоя.

Деформирование в процессе электрополировки значительно повышает пластические свойства вольфрама. Так, например, при растяжении в полирующей среде относительное сужение достигает 85*'. что почти в 7 раз больше аналогичной величины при обычном растяжении.

Пример осуществления способа. Температура электролита вследствие охлаждения полировочной ванны проточной водой составляет 18−20″ С. Деформирование осуществляется с постоянной скоростью перемещения подвижной траверсы, равной при растяжении 0.5 мм/мин, при изгибе 1,0и 0.1 мм/мин. при сжатии 1.0мм/мин. На рисунке 3представлены графики зависимости стрелы прогиба от истинных напряжений деформированная монокристаллов вольфрама, изгибаемых со скоростью 1 мм/мин в процессе электрополировки (2−5) и без нее <1): 1 — Упол"0 мкм/с: 2 — Упол"0.02 мкм/с: 3 — Упол"0,05 мкм/с- 4 — Упол=0.09 мкм/с: 5 — /пол"0,15 мкм/с. • а >

1 ! /Л}ияш'.>

4 |-<]">''1 Я^"1.

Рис. 3. Кривые деформации, иллюстрирующие пример использования способа обработки тугоплавких металлов.

Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять обработку давлением заготовок из тугоплавких металлов и сплавов, например, на основе вольфрама при комнатной температуре и атмосферном давлении: повышает однородность структуры изготавливаемых изделий, вследствие чего повышается их прочность и качество: исключает дорогостоящее оборудование с высокотемпературной камерой и инертной атмосферой. :

II.

Рис. 4.3. Двухуровневое отображение выходной карты ФЭ «Эффект Иоффе на металлах». Второй уровень. Продолжение.

Рассмотрим заполнение информации в БДФЭ на примере одного из найденных ФЭ «Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотрубок». Для этого необходимо заполнить входную и выходную карты ФЭ. Заполнение входной карты включает в себя индексирование входа, объекта, выхода. В выходной карте заполняется текстовая информация по рубрикам: наименование ФЭ, краткое описание сущности, описание входа, описание выхода, описание объекта, применение, литература.

Для ввода описания входной карты ФЭ с помощью Microsoft Access необходимо составить ПОД в соответствии со справочником входов и выходов S, справочником объектов Т.

Вход ФЭ «Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотрубок» задается следующими характеристиками:

Воздействие/ Внешнее/ Электрическое поле/ Временные характеристики/ Постоянное.

Воздействие/ Внешнее/ Электрическое поле/ Временные характеристики/ Переменное/ Импульсное.

Воздействие/ Внешнее/ Электрическое поле/ Физическая величина/ Разность потенциалов (В)/ Изменение/ Увеличение.

Воздействие/ Внутреннее/ Электрический ток/ Пространственные характеристики/ Однородный.

Воздействие/ Внутреннее/ Электрический ток/ Временные характеристики/ Постоянный.

Воздействие/ Внутреннее/ Электрический ток/ Специальные характеристики/ Электронный.

Кодирование осуществляется согласно таблице Thes. Индексирование входа:

ACTIONS/EXTACTIONS/V OZ1 /VOZ1 VREM/VOZ 1 VREM1 ACTIONS/EXTACTIONS/V OZ1 /V OZ1VREM/VOZ1VREM2/ VOZ1 VREM3.

ACTIONS/EXTACTIONS/V OZ1 /V OZ1 FIZ VEL/V OZ1 FIZ VEL2/ CHANGE/MONO/INC.

ACTIONS/INTACTIONS/V OZ 1 O/VOZ 1 ()PROS/VOZ 10PROS 1 ACTIONS/INTACTIONS/V OZ 1 O/VOZ 1 ()VREM/VOZ 10VREM 1 ACTIONS/INTACTIONS/V OZ 1 O/VOZ 1 ()SPEC/VOZ 10SPEC 1 В таблицу FEIndexA вводим индексированное описание входа. Выход ФЭ «Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотру-бок» задается следующими характеристиками:

Воздействие/ Внешнее/ Поток микрочастиц/ Специальные характеристики/ Элементарные частицы/ Электроны.

Воздействие/ Внешнее/ Поток микрочастиц/ Физическая величина/ Плотность потока частиц (1/(с*м))/ Изменение/ Увеличение Индексирование выхода:

ACTIONS/EXTACTIONS/V OZ7/V OZ7SPEC/V OZ7SPEC3/ VOZ7SPEC4.

ACTIONS/EXTACTIONS/V OZ7/V OZ7FIZVEL/V OZ7FIZVEL2/ CHANGE/MONO/INC.

В таблицу FEIndexC вводим индексированное описание выхода. Объект ФЭ «Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотру-бок» задается следующими характеристиками:

Объект/ Описание (фазы) объекта / Фазовое состояние/ Твердое тело/ Кристаллическое твердое тело/ Поликристаллическое твердое тело.

Объект/ Описание (фазы) объекта/ Химический состав/ Однокомпонентный.

Объект/ Описание (фазы) объекта/ Специальные характеристики/ Пространственные/ Форма/ Определенная форма.

Объект/ Описание (фазы) объекта / Химический состав/ Многокомпонентный.

Объект/ Описание (фазы) объекта / Электрическая проводимость/ Проводник/ Металлический проводник.

Объект/ Описание (фазы) объекта / Электрическая проводимость/ Проводник/ Полупроводник.

Объект/ Описание (фазы) объекта / Специальные характеристики/ Пространственные/ Форма/ Поверхность Индексирование объекта: ОВШСТЮЕ8СОВШСТ/Р/Т4/Р5/Р8 ОВ ШСТ/БЕ8СОВ ШСТ/Х/Х1 ОВШСТ/БЕ8СОВШСТ/С/СР/СРР/С18 ОВГССТ/БЕ8СОВШСТ/Х/Х2 ОВ 1ЕСТЮЕ8СОВ ШСТ/Е/Е1 /Е2 ОВШСТЯ) Е8СОВ1ЕСТ/Е/Е1/Е6 ОВ ШСТ/Е)Е8СОВ ДЕСТ/С/СР/СРР/С16.

В таблицу РЕ1пёехВ вводим индексированное описание объекта. Для заполнения информации выходной карты ФЭ необходимо ввести данные в таблицу БЕТех!:. Выходная карта ФЭ «Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотрубок» содержит следующую информацию:

Наименование: Автоэлектронная (полевая) эмиссия углеродных нанотрубок.

Краткое описание сущности: Автоэлектронная эмиссия (холодная полевая) — испускание электронов проводящими телами под действием внешнего электрического поля. Явление холодной полевой эмиссии основано на эффекте квантового туннелирования электронов, находящихся внутри проводника, через барьер, формируемый ионной решеткой проводника и внешним электрическим полем. Результаты многочисленных экспериментов показывают, что эмиссионные свойства индивидуальных УНТ достаточно хорошо описываются формулой Фаулера-Нордтейма (ФН): 1=С 1 *Е2*ехр (-С2/Е), где ] - плотность тока эмиссииЕ — напряженность электрического поляС] и Сгпараметры, выражающиеся через работу выхода электронов рассматриваемого проводника и мировые постоянные (заряд и масса электрона, постоянная Планка).

На эмиссионные характеристики влияют дефекты, нарушающие структуру УНТ, а также адсорбаты (сорбированные на поверхности нанотрубки молекулы и радикалы). Максимально достижимый ток эмиссии индивидуальной УНТ ограничен тепловыми эффектами и составляет порядка 1 мкА. Превышение этого порога вызывает неограниченный нагрев эмиттера, сопровождаемый его термическим разрушением. Наиболее важной особенностью УНТ. с точки зрения их эмиссионных свойств является их высокое ас-пектное отношение (отношение длины (высоты) к диаметру). Благодаря этой особенности величина напряженности электрического поля вблизи наконечника индивидуальной УНТ во много раз превышает среднее значение напряженности, определяемого как отношение приложенного напряжения к расстоянию между наконечником нанотрубки и анодом. Способность эмиттера к усилению электрического поля характеризуется коэффициентом полевого усиления. Поскольку аспектное отношение для УНТ может достигать значений порядка 103 и выше, полевая эмиссия нанотрубок наблюдается при гораздо более низких приложенных напряжениях, чем в случае традиционных холодных полевых эмиттеров.

Эмиссионные характеристики массива УНТ сочетают в себе вольтам-перные характеристики индивидуальных УНТ, однако могут существенно отличаться от зависимости ФН. Помимо этого, электрическое поле в окрестности индивидуальной УНТ, входящей в состав массива, может существенно искажаться из-за экранируещего воздействия окружающих соседей. В результате такого воздействия коэффициент усиления нанотрубки должен зависеть не только от её аспектного отношения и межэлектродного расстояния, но также от геометрии и плотности УНТ в массиве. Максимальная плотность тока эмиссии (порядка нескольких А/см) достигается при среднем расстоянии между нанотрубками порядка высота индивидуальных УНТ, составляющих массив.

Описание входа: Электрическое поле. Переменное (импульсное). Напряжение (В). Порядка 1 кВ. Увеличение.

Описание выхода: Поток микрочастиц. Электроны. Плотность потока 1 2 частиц (с" *м"). Увеличение.

Описание объекта: Индивидуальные углеродные нанотрубки (УНТ) или массив вертикально ориентированных УНТ на подложке (кремний, медь, нержавеющая сталь и др.). Углеродные нанотрубки представляют собой протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрометров, которые состоят из одного или нескольких гексогональных графитовых слоев, свернутых в трубку. Обычно нанотрубка заканчивается полусферическим наконечником, который может рассматриваться как половина молекулы фуллерена.

Применение: Углеродные нанотрубки являются перспективным материалом для создания автоэлектронных эмиттеров в холодных катодах. Катоды на основе УНТ позволяют существенно улучшить рабочие характеристики таких приборов как плоские мониторы, катодолюминесцентные источники света, рентгеновские трубки и т. п. Электронные приборы с катодами на основе УНТ отличаются высокой степенью временной стабильности, пониженными габаритом и весом, а также пониженным уровнем потребления энергии.