sfme2009_8

Удод В.С.

потрапляє на випромінювач, який, працюючи тепер як приймач на принципі зворотнього пєзоефекту, перетворює механічний імпульс в електричний. Далі сигнал потрапляє на попередній підсилювач, на індикаторний блок та обчислювальний блок. На екрані індикаторного блоку спостерігається посланий та серія відбитих ехо-імпульсів, що показано на малюнку.

Якщо t – час пробігу відстані 2h, де h висота досліджуваного зразка, то швидкість звуку визначається співвідношенням:

C=2H t

Характер затухання ехо-імпульсів несе інформацію про коефіцієнт поглинання.

Розглянемо закономірності поширення УЗ на межі розділу середовищ. Під дією звукової хвилі частинки середовища коливаються з періодично-змінним прискоренням, що призводить до виникнення в середовищі змінного надлишкового тиску. Для визначення звукового тиску розглянемо деякий елементарний об’єм Sdr з масою частинок в ньому m = ρSdr, де ρ – густина середовища. Сила, що діє на площу S з боку частинок даного об’єму, згідно із законом Ньютона:

dV dV dF=m dt =ρS dt dr ,

звідки тиск

dF dV

dP = S = dt dr .

Підставляючи значення прискорення частинки в коливному русі, маємо

ФІЗИКА ТА ТЕХНІКА НОВОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДУ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ТА ІНДЕТИФІКАЦІЇ ПАЛЬНОГО

r

dF= -ρω2Asin(t - c )dr.

Після інтегрування останнього рівняння в межах від статичного тиску P до Po маємо:

r

P = Po- ρcωAcosω(t - c ),

де Po – статичний тиск в середовищі до накладання звукового поля. Тоді змінний акустичний тиск

k – хвильове число, або pα = ρcν, де v – швидкість руху частинок середовища в коливному русі (коливальна швидкість).

Добуток густини середовища на швидкість поширення звуку ρc (або відношення тиску до коливальної швидкості) називають питомим хвильовим (акустичним) опором.

Хвильовий опір є однією з найважливіших акустичних характеристик середовища. За аналогією із законом Ома за своїм фізичним змістом він є активним опором, на якому розсіюється акустична потужність, тобто енергія, що переноситься хвилею за 1 секунду через 1 м2.

Таким чином, хвильовий опір може бути визначений, якщо окремо визначити густину та швидкість УЗК хвилі в даній речовині. Однак, це можна зробити іншим, більш простим шляхом, використовуючи закономірності поширення УЗ хвиль на межі розділу середовищ.

У випадку нормального падіння УЗ хвилі на межу розділу фаз з різним хвильовим опором акустичний тиск визначається різницею потоків імпульсу хвиль в цих фазах. Так, зв’язок між параметрами падаючої та заломленої хвиль визначається з рівності на поверхні розділу тисків та нормальних до поверхні проекцій швидкостей. За таких умов можна записати систему рівнянь:

ρ1c1(ν1+ν2)=ρ2c2ν2 ν1+ν /=ν2/

ν1

N=ln ν1 /

де ν1, ν1 / і ν2/ - проекції швидкостей падаючої, відбитої та заломленої хвиль відповідно;

N – співвідношення амплітуд падаючої та відбитої хвиль в децибелах (дБ);

Удод В.С.

ρ1c1 та ρ2c2 - хвильові опори першого та другого середовища відповідно (мал.4). Розв’язуючи систему рівнянь , маємо :

ρ2c2=k ρ1c1,

1− e N

10

де к – коефіцієнт пропорційності: k= 1 +e N

10

Проведемо аналіз одержаного співвідношення. Якщо ρ1c1 - хвильовий опір середовища 1 з відомими характеристиками, а ρ2c2 – хвильовий опір середовища 2, параметри якого нам необхідно визначити, то, аналізуючи останнє співвідношення, можна зробити висновок, що хвильовий опір середовища (ρ2c2), яке ми досліджуємо, пов’язаний з хвильовим опором середовища з відомими параметрами (звуководу) та відношенням амплітуд падаючої та відбитої хвиль. Таким чином, ми прийшли до висновку, що ультразвуковим методом можна досліджувати середовище 2, не здійснюючи його прямого прозвучування, оскільки відбитий сигнал несе інформацію про її параметри. При цьому роль середовища з відомими параметрами може виконувати звуковід(4) акустичного зонду (зображений нижче), на якому закріплений випромінювач (УЗК).

1.Випромінювач УЗ коливань.

2.Корпус.

3.Платформа.

4.Звуковід.

ФІЗИКА ТА ТЕХНІКА НОВОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО МЕТОДУ ОЦІНКИ ЯКОСТІ ТА ІНДЕТИФІКАЦІЇ ПАЛЬНОГО

5.Посудина з досліджуваною рідиною.

6.Досліджувана рідина(паливо).

Отже для визначення властивостей палива вистачить ультразвукової установки та ультразвукового зонду. Занурюючи останній в еталонні зразки палива ми отримаємо коофіцієнти, а саме - співвідношення амплітуд прийнятих ультразвукових сигналів, які занесемо до таблиці. І потім, маючи невідоме паливо та зануривши в нього зонд за отриманим коефіцієнтом, порівнявши з табличними значеннями, ми можемо оцінювати вид і якість палива.

Література

1.Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский Н.Н., Эскин Г.И. Основы физики и техники ультразвука.-М., 1987.

2.Берклеевский курс физики , Ф. Крауфорд. Волны.- М., 1976.

3.Физическая акустика. / Под ред. У.Мазона, т. 2, ч.А и Б.-М. ,1968-1969, т.3, ч. Б.

4.Берман Н. Ультразвук и его применение в науке и технике.М.,1975.

5.Ультразвук. Маленькая энциклопедия, под ред. И.П. Галяминой.-М., 1969.

6.Інструкція до вимірювача швидкості і поглинання ультразвуку “ УС-12-ИМ”.

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ НАНОЕЛЕКТРОНІКИ

йонних акумуляторів. Такі акумулятори мають час на підзарядку від 10-ти до 15ти хвилин. Згодом на основі цих акумуляторів був винайдений двигун для електромобілів.

Наномедицина - це напрямок сучасної медицини з використанням унікальних характеристик наноматеріалів та нанооб’ єктів для досліджування та змінення біологічних систем людини на наномолекулярному рівні.

ДНК-нанотехнології – використовують специфічні основи ДНК та нуклеїнових кислот для створення на їх основі чітко заданних структур.

Перспективи розвитку наномедицини сьогодні розглядаються в слідуючих напрямках:

∙біологічні наночіпи для діагностики соматичних і інфекційних захворювань, в тому числі і для видової ідентифікації збудників, особливо небезпечних інфекцій і токсинів;

∙наночастинки як ліки нового покоління, а також як контейнери для адресної доставки ліків в клітини-мішені;

∙медичні нанороботи, які здібні ліквідовувати дефекти в організмі хворої людини шляхом керованих нанохірургічних втручань;

∙молекулярні детектори для секвенірування генома на основі неорганічних нанопор;

∙саморозмножуючі геноми, які примінимі в області біотехнології і медицини з метою виробництва ліків, проведення фармакологічного скринінга і моделювання патологічних процесів;

∙біосумісні наноматеріали широкого спектру застосування ( в тому числі і для створення штучних органів, принципово нових типів

перев’язувальних матеріалів з антимікробною, противірусною і протизапальною активністю).

Медична діагностика на основі нанопристроїв. Проведення медичної діагностики захворювань шляхом безпосереднього спостереження за молекулярними системами дозволяє знизити обмеження традиційних методик, пов’язаних з низькою чутливістю і продуктивністю. Впровадження нанотехнологічних підходів в практику медичної діагностики дозволить забезпечити слідуючі практичні результати: підвищення чутливості і експресності аналізів дозволяють здійснювати ранню діагностику захворювань, що уже в найближчий час може бути використано для діагностики онкологічних,

Ткач С.С.

ендокринних і серцево-судинних захворювань, вірусних і бактеріальних інфекцій.

Як реєструючі пристрої , можуть використовуватись різні оптичні пристрої, в тому числі оптико-механічні на базі компакт-дисків до персональних комп’ютерів, електрохімічні біосенсори, магнітні наночастинки, Принцип реєстрації оснований на зміні фізико-хімічних властивостей пристроїв при специфічній сорбції молекулярних маркерів патологічного процесу.

Науково-дослідницькі розробки будуть направлені на виявлення діагностико-значимих маркерів з використанням постгеномних технологій.

По аналогії з прогнозами для Росії, в найближчі 5-10 років будуть інтенсивно розвиватись і впроваджуватись в практику методики медичної нанодіагностики онкологічних захворювань, вірусних гепатитів, ВІЧ інфекцій, методи оцінки лікарської стійкості бактеріальних збудників, в тому числі туберкульозу, системи фармакологічного моніторингу для оцінки індивідуального перенесення ліків.

В мікроелектроніці айбільш яскравим прикладом є центральні процесори. 15 жовтня 2007 року компанія Intel відкрила на огляд новий прототип процесора, містившого найменший наноелемент розмірами приблизно 45 нм. У подальшому компанія прагне зменшити розміри елемента до 5 нм. Найлютіший конкурент компанії Intel, компанія AMD, вже давно використовує наноелементи для виготовлення своїх процесорів, але з характерною відмінністю

– ізоляційний шар, який запобігає витіку струму.

Атомно-силовий мікроскоп – скануючий зондовий мікроскоп високого дозволу, заснований на взаємодії кантилевера за поверхнею досліджуваного о’єкта. За допомогою приладу можна вивчати електричні та магнітні властивості поверхні. Можлива робота навіть з органічними молекулами ДНК.

Молекулярні ротори – синтетичні нанорозмірні двигуни, здатні генерувати обертаючий момент при прикладанні до них достатньої кількості енергії. Нанороботи (на даний момент фантастика) – роботи, створені з наноматеріалів та розміром схожі на молекулу, з функціями руху, обробки та передачі інформації, виконання програм, здатні до самовідтворення.

Nokia Morph – телефон майбутнього, створенний науководослідницьким центром Nokia та Кембриджським університетом, з використанням наноелементів та технологій. Це яскравий приклад можливостей нанотехнологій: самоочисна поверхня, транспарентна електроніка.

ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ НАНОЕЛЕКТРОНІКИ

Вчені прогнозують порівняно швидкий розвиток нанотехнологій у ХХІ сторіччі. У промисловості на заміну традіційним способам виготовлення предметів потреби прийдуть нанороботи, які будуть збирати продукцію на молекулярному рівні. Прогнозується поява персональних приладів, які зможуть копіювати або виготовляти будь-який предмет.

У сільському господарстві виконається заміна звичайних апаратів з виготовлення харчової продукції їх аналогами – молекулярними роботами. Вони будуть проводити ті самі хімічні процеси, але на багато швидше, наприклад: процес земля-вуглекислий газ-фотосинтез-трава-корова-молоко, заміниться на: земля-вуглекислий газ-молоко.

У кібернетиці прогнозується перехід від планарних структур до об’ємних мікросхем, розміри активних елементів яких досягнуть розміру молекул. Отримають розповсюдження схемні рішення на нейроноподібних елементах. З’явиться швідкодіюча пам’ять на білкових молекулах, котра вимірюватиметься террабайтами. Стане моливим перенесеняя людського інтелекту у комп’ютер.

Освоєння космосу людиною буде передуватись освоєнням його наноробртами. Армії мікро-машин, розміром з молекулу, випустять у навколоземний простір і ті у свою чергу підготують космічний простір до заселення людьми, а також спорудять космічні станції.

Таким чином прогнози розвитку нанотехнологій можуть вразити уяву. Це новий крок у історії людства. Нанороботи, наноелектроніка, маніпуляція атомами, виготослення електронних схем з елементами розмірами рівними атомному – все це поступово входить у наш повсякденний світ. На деяких підприємствах наноелектроніка вже стала невід’ ємною частиною виробництва. Людство переходить на вищий ступінь розвитку – нанотехнології.

Література

1.www.patrimony.nas.gov.ua

2.www.rusnano.com

3.www.ntu-kpi.kiev.ua

УКРАЇНСЬКІ ВЧЕНІ В НАНОФІЗИЦІ

цій основі побудувати фізичні моделі атомної та електронної структури широкого класу нових матеріалів: аморфних систем, кластерів на поверхні, металофосфатних матеріалів, металевих кластерів.

А. Шпак активно співпрацює з фізико-технологічними центрами Росії, США, Німеччини, Польщі, Фінляндії. Він обраний іноземним членом Російської академії наук та іноземним членом-кореспондентом Австрійської академії наук. Велику увагу приділяє роботі Міжнародної асоціації академій наук, створеної за ініціативою Б. Патона.

Визнані у світі розроблені Віталієм Дмитровичем Походенком принципово нові гібридні трикомпонентні нанокомпозити типу «гість— хазяїн» на основі шаруватих оксидів перехідних металів, де у міжшаровому просторі наночастинок неорганічної компоненти одночасно містяться макромолекули полімерів з різним типом електропровідності: електронною та іонною. Віталій Дмитрович започаткував багато нових напрямів фундаментальних досліджень, серед яких особливо актуальною є розробка фізико-хімічних основ створення нановолоконних електропровідних полімерів.

В. Д. Походенко поряд з інтенсивною науковою діяльністю веде велику науково-організаційну роботу. Він очолює Інститут фізичної хімії ім. Л. В. Писаржевського НАН України, протягом 1988—1998 рр. був академікомсекретарем Відділення хімії НАН України, від 1998 р. — віце-президент НАН України, працює в складі різних колегій та комісій урядових органів.

Віталій Дмитрович — головний редактор журналу «Теоретическая и экспериментальная химия», який видається у США англійською мовою і розповсюджується за кордоном. Учений працює у складі редколегій низки фахових вітчизняних та зарубіжних видань — таких, як «Вісник Національної академії наук України», «Известия Академии наук. Серия химическая»

(Російська академія наук), «Chemical Physics Reports», «Journal of Chemical and Biochemical Kinetics» та ін.

Перу вченого належать 530 наукових праць, зокрема 7 монографій, на його рахунку 78 авторських свідоцтв і патентів. Серед учнів Віталія Дмитровича понад 30 докторів та кандидатів наук. Заслуги В. Д. Походенка у розвитку науки, підготовці кадрів, упровадженні результатів досліджень у практику відзначені високими урядовими нагородами.

Всебічне вивчення Валерієм Володимировичем Скороходом явища спікання включає дослідження його як структуроутворюючого процесу, відстеження генезису дефектності кристалічної будови та вивчення морфології