ivdon3@bk.ru
На сегодняшний день в России, к сожалению, наука является одной из профессий, далеко не столь популярной, как юрист, финансист или программист. В то же время конкурентоспособность современной экономики зависит как от отдельных научно-технологических достижений, так и от технологий управления инновацией в различных странах. В данной статье представлен обзор опытов инновационного развития за рубежом в таких странах, как США, Китай, Финляндия и Южная Корея. Инновационное развитие этих ведущих в экономическом отношении стран будет небезынтересно странам СНГ, где необходимость такого развития является насущной задачей.
Ключевые слова: наука, инновационная система, инновационное развитие, высокотехнологичная продукция
В статье проанализированы структуры систем автоматизированного экологического мониторинга в городах России и предложена концепция создания подобной системы в городе с развитой промышленной и транспортной инфраструктурой.
Ключевые слова: Автоматизированные системы экологического мониторинга
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Даны общие представления о мультисенсорных мониторинговых системах. Описана структура блока обработки данных мультисенсорной системы для мониторинга концентраций ионов тяжёлых металлов в водных средах. Представлены основные этапы обработки информации – кластеризация и количественная идентификация. Разработан подход, предполагающий использование искусственных нейронных сетей – сетей Кохонена и радиальных базисных сетей. Реализована такая архитектура алгоритмов, которая позволяет избежать существенных затрат вычислительных ресурсов. Составлена программа для ЭВМ IBM PC на языке программирования высокого уровня пакета прикладных программ MATLAB.
Ключевые слова: Мультисенсорные системы, искусственные нейронные сети, сети Кохонена, радиальные базисные сети, обработка информации, распознание образов, экологический мониторинг, тяжелые металлы, ионоселективные электроды
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Вопрос системного анализа и управления рисками для здоровья населения важен и требует досконального изучения. В рамках его изучения по выбранной методике был реализован алгоритм оценки риска изолированного воздействия загрязнителей атмосферного воздуха на здоровье населения, далее проведен системный анализ полученных результатов, и выдвинуто управленческое решение для повышения безопасности и здоровья населения г. Таганрога. На основании данных автоматизированной системы мониторинга было установлено, что вероятность развития у человека вредных эффектов при ежедневном поступлении вещества в течение жизни несущественна, и такое воздействие характеризуется как допустимое.
Ключевые слова: Оценка, анализ и управление рисками, здоровье и безопасность населения, загрязнение атмосферы, опасные химические вещества
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Создание автоматизированных систем мониторинга является перспективным направлением развития приборов для контроля качества атмосферного воздуха. Сравнительный анализ литературных данных показал, что широко используемыми и перспективными материалами для создания систем мониторинга атмосферного воздуха можно считать тонкие пленки на основе полупроводниковых оксидов металлов. Для создания эффективных сенсоров, а также для повышения их чувствительности к целевым газам необходимо исследовать процессы, которые протекают на поверхности газочувствительного материала при его контакте с тем или иным веществом. В работе исследованы процессы, протекающие на поверхности газочувствительного материала состава SiO2SnOxCuOy при воздействии молекул диоксида азота. Квантово-химическими расчетами показано существование трех возможных механизмов взаимодействия молекулы диоксида азота с поверхностью ГЧМ.
Ключевые слова: мультисенсорная система мониторинга, газочувствительный материал, молекулы диоксида азота
Проблема контроля качества атмосферного воздуха в настоящее время очень актуальна. Существуют различные методы и приборы для проведения мониторинга воздушной среды. Наиболее перспективным методом является контроля параметров атмосферы в режиме реального времени с помощью автоматизированных систем мониторинга. Основной частью мониторинга являются сенсоры газов. Для повышения эффективности работы сенсоров газов можно объединять их в массивы сенсоров или так называемые мультисенсорные системы. В работе представлены результаты исследования массивов полупроводниковых сенсоров газов составов SiO2CuOx, SnOxZrOy, серебросодержащего ПАН, разработанных на кафедре химии и экологии ЮФУ. В результате обработки откликов исследованных массивов сенсоров с помощью различных математических методов разработана методика распознавания аммиака, диоксида азота и хлора и проведено распознавание этих газов.
Ключевые слова: мониторинг, массивы сенсоров, полупроводниковые сенсоры газов
Освещена актуальность проблемы создания газочувствительного элемента для анализа состава атмосферного воздуха. Показано, что наиболее перспективными материал для создания высокочувствительных сенсоров являются оксиды меди. Для формирования данного материала состава CuOx в виде пленки была разработана технология на основе цитратного золь-гель метода. Полученные материалы проявили газовую чувствительность к аммиаку в диапазоне концентрация 25-150 ppm при температуре 180°С. Сенсорные элементы, созданные на их основе тонких пленок, могут быть использованы в датчиках контроля воздуха рабочей зоны промышленных предприятий.
Ключевые слова: азочувствительный элемент, атмосферный воздух, сенсоры, оксиды меди.
Стабильность работы сенсоров на основе неорганических оксидных материалов является одной из основных задач при разработке приборов контроля состава атмосферного воздуха. В данной работе изучена долговременная стабильность сенсора на базе композитного материала состава SiO2SnOxCuOy при воздействии оксидом углерода (II) в диапазоне концентраций 1-100 ppm. Показано, что отклик отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью, а непрерывный нагрев до рабочей температуры равной 350°С в течение 21 дня практически не влияет на его величину.
Ключевые слова: стабильность отклика, сенсор, оксид углерода, материал состава SiO2SnOxCuOy.
Проведены исследования и газочувствительных характеристик сенсорных элементов на основе углеродных нанотрубок и углеродных нанотрубок модифицированных оксидами металлов. Обнаружено, что при модификации УНТ оксидами металлов улучшается адгезия с подложкой, снижается сопротивление сенсорного элемента, также наблюдается снижение времени восстановления и рабочей температуры элемента, что делает такие сенсоры энергетически более выгодными, повышается чувствительность к газам по сравнению с сенсорным элементом на чистых УНТ и по сравнению с оксидами металлов. На основании проведенных экспериментов сделан вывод, что соотношение концентраций УНТ и металлооксида в пленке играет важную роль для газочувствительных характеристик сенсора. Выбирая оптимальное соотношение компонентов можно добиться увеличения чувтсвительности сенсорного элемента в несколько раз по отношению к исходным растворам. Сенсорные элементы основанные на модифицированных УНТ обладают улучшенными характеристиками по отношению к сенсорам но УНТ или металлооксидах.
Ключевые слова: Углеродные нанотрубки, модификация, оксид олова, оксид кремния, сенсор газа
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения
В городской системе экологического мониторинга выполнены работы по сбору сведений об отходах производства и потребления предприятий г. Таганрога. Система включает три раздела: количество и виды отходов; сведения о местах длительного хранения отходов; сведения о предприятиях и технологиях переработки отходов. Приведена схема управления, ведения и обработки базы экологических данных. Рассмотрены виды анализа собранных данных.
Ключевые слова: Отходы производства и потребления, мониторинг отходов, муниципальная система управления отходами, схема управления базой данных
05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Разработана нейросетевая модель распространения загрязняющих веществ в атмосфере г. Таганрога на основе данных мониторинга, метеорологической информации и расчетов программного продукта «Эколог-город». Результаты работы модели визуализированы в программе ArcGis. Построены карты распределения диоксида азота при восьми направлениях ветра, двух скоростях ветра и двух диапазонах температур.
Ключевые слова: Нейронные сети, модель прогнозирования, загрязнение городского воздуха
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В данной работе проводилось моделирование процесса самосборки электропроводящих полимерных материалов для гибридных сенсорных систем на примере полиакрилонитрила с металлическими включениями серебра. Реализация моделирования осуществлялась методами Ванга–Ландау и энтропического моделирования Монте-Карло на основе модели с фиксированным валентным углом. Для моделирования процесса полимеризации использовали алгоритм, основывающийся на принципах необратимой агрегации Идена. Методами квантовой химии была исследована возможность получения и свойство серебросодержащего ПАН, как редокс-полимера.
Ключевые слова: Гибридные сенсорные системы функциональные электропроводящие полисопряженные полимеры, металл-полимерные органические композиты, энергия Хартри-Фока полупроводник, газочувствительные материалы, математическое моделирование, метод Монте-Карло, квантово-хи
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
Представлены результаты исследований характеристик газочувствительности пленок оксида цинка, полученных методом высокочастотного реактивного магнетронного распыления. Выявлен ряд технологических параметров, влияющих на коэффициент газочувствительности, время реакции, время восстановления и тип электропроводности полученных пленок. Установленны оптимальные режимы магнетронного распыления оксида цинка для реализации газовых сенсоров (высокочастотное распыление мишени Zn в газовой смеси кислорода и аргона при концентрации кислорода 80%, давлении в камере 0,8 Па и мощности магнетронного разряда 100 Вт). Среднее время отклика таких сенсоров на NO2 составило 5-15 с. Полученные значения коэффициента газочувствительности находились в диапазоне 30-67% для концентраций NO2 от 20 до 100 ppm, СО и СО2 от 50 до 100 ppm и 81-97% для более высоких концентраций газов от 500 до 1000 ppm.
Ключевые слова: Нанотехнологии, магнетронное распыление, оксид цинка, тонкии пленки, газочувствительность
Разработана технология получения неподогревных сенсоров газов на основе полиакрилонитрила (ПАН) с использованием разных температурно-временных режимов ИК-отжига в два этапа для дистанционного контроля состояния человека. Изготовлены образцы газочувствительных элементов на основе пленок ПАН, кобальт- и медьсодержащего ПАН. Определены газочувствительные характеристики полученных образцов по отношению к СО, Сl2 и CHCl3 в атмосферных условиях. Установлено, что газочувствительность полученных образцов зависит от состава исходного пленкообразующего раствора и технологических параметров формирования материала пленок. Показана селективность полученных образцов пленок при рабочей комнатной температуре. Показано, что плёнки металлсодержащего ПАН являются наиболее перспективными материалами элементов электронной техники, в частности для создания сенсоров газов для дистанционного контроля состояния человека.
Ключевые слова: Нанокомпозитные материалы, газочувствительный слой, металлсодержащие органические полимеры, ИК-отжиг
В данной работе проведены исследования структурных и электрофизических свойств сегнетоэлектрических пленок цирконат-титаната свинца (ЦТС), которые впоследствии планируется применять в гибридных сенсорных системах. Значения емкостей полученных образцов лежит в диапазоне от 200 – 1100 пФ, диапазон толщин полученных пленок составил 300 – 1000 нм. РФА исследование показало прямую зависимость количественного содержания кристаллического ЦТС в структуре пленки от парциального давления кислорода в камере. По результатам исследования диапазон поляризаций образцов лежит в пределах 0,06 – 2,2 мкКл/см2, а значения рассчитанных пьезомодулей лежали в диапазоне 0,04*10-12 – 13,3*10-12 Кл/Н.
Ключевые слова: сенсоры, сегнетоэлектрические пленки, сенсорные системы, пьезомодули
Описан интегральный сенсор угловых скоростей и линейных ускорений LR-типа на основе углеродных нанотрубок. Предложены метод обработки его сигналов. Приведены результаты моделирования.
Ключевые слова: Элементная база, микроэлектромеханическая система, конструкция, сенсор; гироскоп; акселерометр
В работе проведены экспериментальные исследования технологических режимов формирования элементов микрофлюидики для гибридных сенсорных систем методом фокусированных ионных пучков на многофункциональном сверхвысоковакуумном нанотехнологическом комплексе НАНОФАБ НТК-9. Определены параметры фокусированного ионного пучка, позволяющие формировать элементы микрофлюидики с заданными размерами. Отработана методика формирования макетов элементов микрофлюидики на подложке кремния. Параметры сформированных элементов исследованы методами растровой электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии. Сформированы и исследованы фильтрующие мембраны, содержащие отверстия диаметром от 105 до 150 нм. Полученные результаты могут быть использованы при формировании наноразмерных структур и разработке технологических процессов изготовления элементов микрофлюидики для гибридных систем и лабораторий-на-кристалле.
Ключевые слова: Нанотехнологии, фокусированные ионные пучки, микрофлюидика, гибридные системы, сенсор, лаборатории-на-кристалле.
Рассмотрен принцип функционирования спектрометрических газочувствительных сенсорных систем. Предложены модель и методика численного моделирования спектрометрического газочувствительного сенсора с совмещенным излучателем-приемником инфракрасного излучения на основе перфорированного полупроводникового терморезистора.
Ключевые слова: спектрометрический газочувствительный сенсор, модель, методика моделирования
05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
В работе проведены экспериментальные исследования технологических режимов формирования гибридных углеродных наноструктур (ГУНС) на основе нанотрубок на базе многофункционального сверхвысоковакуумного нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9. Определены параметры влияющие на образование ГУНС, а также сформированы и исследованы экспериментальные образцы модифицированных и Y-образных гибридных углеродных наноструктур. Полученные результаты могут быть использованы в качестве элементов наноэлектроники и наносистемной техники, наполнителей композитных соединений, а также аккумуляторов водорода.
Ключевые слова: Нанотехнологии, углеродные нанотрубки, гибридные углеродные наноструктуры
В данной работе разработана технология получения высокочувствительных газовых сенсоров на основе оксида циркония для гибридных сенсорных систем. Изготовлены опытные образцы сенсоров газа на основе оксида циркония с использованием золь-гель метода. В результате проведенных исследований определены газочувствительные характеристики образцов сенсоров по отношению к диоксиду азота: предел обнаружения и коэффициент газовой чувствительности. Полученные газовые сенсоры помогут определить приближение приступа бронхиальной астмы за несколько часов до его начала по уровню окиси азота в выдыхаемом воздухе человека.
Ключевые слова: гибридные сенсорные системы, оксид циркония, бронхиальная астма, диоксид азота
Разработан алгоритм проведения исследований, включающий технологию получения пленок экстрактов мицелия на резонаторе на объемных акустических волнах и технологию создания газовой среды с заданной концентрацией. В результате проведенных исследований была изучена сорбционная чувствительность экстрактов мицелия высшего гриба шиитаке к парам различных летучих жидкостей и газов (ацетон, этилацетат, формалин, хлороформ, уксусная и соляная кислоты, гексан, 10% водный раствор аммиака). Результаты проведенных исследований показали, что существуют такие технологические приемы создания пленки мицелия, для которых после удаления паров по истечению некоторого времени резонансная частота и добротность резонатора возвращаются к исходному положению. Проведенная работа позволяет сделать вывод, что мицелиальные пленки являются весьма перспективным восстанавливающимся после воздействия новым материалом для селективных покрытий газовых электроакустических датчиков.
Ключевые слова: пленки мицелия, летучие жидкости, газы, газовые электроакустические датчики
Полипиррол является перспективным материалом для сенсоров газа. В зависимости от упаковки полимерных цепей их свойства могут варьироваться в широких пределах. Исследованы особенности строения тетрамеров пиррола с различным взаимным расположением этильным, пропильным заместителями в положении 3 пиррольного цикла. Изучены энергетические характеристики. Выявлены наиболее перспективные и стабильные с термодинамической точки зрения тетрамеры. Проведена оценка закономерности формирования полимерной цепи. Рассмотрено влияние заместителя на стабильность тетрамеров.
Ключевые слова: Полипиррол, квантово-химическое исследование, влияние алкильных заместителей, тетрамер, цикл, полимерная цепь, энергетика тетрамеров.
Работа связана с решением задачи синтеза информационных моделей поведения групп биомедицинских автономных интеллектуальных агентов и исследования методов машинного обучения обеспечивающих повышение достоверности прогноза их поведения с помощью многоагентных систем на основе применения бионических принципов, методов и моделей роевого интеллекта. Разработанная многоагентная система моделирует поведение групп автономных интеллектуальных агентов по разработанной методике, удовлетворяя предложенным критериям достоверности, отличаясь сформированной структурой системы и набором разработанных специализированных агентов, что обеспечивает возможности для моделирования системы биомедицинской групповой робототехники с помощью автономных интеллектуальных агентов. Разработан классификатор стабилографических сигналов по методу Парзена. Приведённые данные свидетельствуют о том, что вспомогательные признаки, полученные в результате многомерного шкалирования значительно информативнее исходных признаков.
Ключевые слова: Интеллектуальный агент, мультидиагностика, классификатор Парзена
05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения