Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля

Моделювання багатоконтурної системи автоматизованого керування процесом буріння свердловин на основі під контролерів

2025-08-03T14:03:53+00:00

Децентралізовані системи автоматизованого керування (САК) на основі пропорційно-інтегрально-диференціальних (ПІД) контролерів залишаються найпоширенішим рішенням для керування промисловими процесами з кількома входами та виходами (MIMO). Це пов'язано з їхньою гнучкістю, простотою та властивою стійкістю до відмов порівняно з централізованими структурами керування. Навіть коли застосовуються більш досконалі стратегії, наприклад, модельно-прогнозуючого керування (MPC), ПІД контролери зазвичай використовуються на нижчих рінях керування відповідних систем. Розглянуто автоматизовану систему керування процесом буріння свердловин, реалізовану на основі електроприводу. У досліджуваній ієрархічній САК на її нижньому рівні використана структура, що включає три контури на основі пропорційно-інтегрально-диференціальних (ПІД) контролерів, які забезпечують регулювання швидкості обертання долота RPM, навантаження на долото WOB та параметрів системи очистки свердловини (перш за все, її продуктивності). Моделювання процесу буріння засвідчує тісний зв'язок між зазначеними параметрами, що потребує відповідного налаштування кожного контуру керування. Оптимальне налаштування децентралізованих ПІД-контролерів у багатоконтурних САК залишається складним і комплексним завданням. Більшість відомих методів налаштування багатоконтурних ПІД-контролерів схожі тим, що вони використовують правила налаштування одного контуру для отримання початкових значень для окремих контролерів, а потім розлаштовують окремі контури для збереження стабільності всієї системи. В умовах реального виробничого процесу такий підхід на завжди дозволяє досягнути бажаних показників продуктивності та надійності керування. Досліджено алгоритм налаштування багатоконтурних САК на основі ПІД контролерів, що реалізує узагальнений метод із внутрішньою моделлю (IMC). Застосовується критерій, що базується на визначенні параметрів частотної характеристики замкнутого контуру для досягнення бажаних показників продуктивності та надійності керування. Частотна характеристика замкнутого контуру САК отримується в результаті розрахунку вихідного сигналу системи у відповідь на синусоїдальний вхід. Отримані результати свідчать про те, що налаштування триконтурної САК на основі ПІД контролерів із застосуванням дослідженого методу дозволяє досягнути максимально точної відповідності бажаним показникам продуктивності та надійності керування. Досліджений метод може бути застосований до динамічних моделей будь-якого порядку. При цьому характеристики зворотної реакції замкнутого контуру керування задаються заздалегідь. Крім того, в результаті виконання відповідного алгоритму надається інформація про запаси стійкості та характеристики чутливості САК.

Вплив параметра spread радіально-базісних мереж на апроксимацію основних каналів керування реактору синтезу оцтової кислоти

2025-08-03T14:20:18+00:00

Основу хімічної промисловості становлять хімічні реактори. У нинішньому конкурентному сценарії першочергове значення має підтримка різних робочих змінних та відповідність специфікаціям продукту. Безперервний реактор з мішалкою (CSTR) широко використовується в багатьох хімічних, фармацевтичних та нафтових галузях промисловості, а також в галузі охорони навколишнього середовища та керування відходами. Моделі нейронних мереж пропонують найбільш уніфікований підхід до побудови справді інтелектуальних систем, які можуть забезпечити оптимальне керування для багатьох систем. За останнє десятиріччя штучні нейронні мережі (ІНС) набули значення як універсальні структури, керовані даними, для моделювання нелінійних стаціонарних станів, а також динамічних процесів.

Для побудови та дослідження властивостей нейронної мережі використовувалися статистичні дані реактора синтезу оцтової кислоти, який працює у стаціонарному режимі. Для моделювання використовувалося середовище програмного симулятора MATLAB 2021b.

Метою даної роботи було побудова і дослідження властивостей радіально – базісних нейронних мереж RBF і GRNN, за основними каналами керування реактором синтезу оцтової кислоти, який є газорідинним реактором з безперервним перемішуванням. Досліджену мережу можна запропонувати використовувати для керування реактором.

У роботі було досліджено вплив параметра SPREAD на структуру радіальної базисної мережі та якість апроксимації. Для моделювання радіально – базисних мереж RBF і GRNN для керування реактором синтезу оцтової кислоти по кожному каналу керування використовувалася ітераційна процедура формування мереж. Для кількісної оцінки якості апроксимації вихідних параметрів було використано відносну похибку. Параметр впливу SPREAD для радіально – базисної мережі RBF було визначено рівним 0,01, 0,1, 0,7, 2,0, 5,0, 10,0, 20,0, 50,0, 100,0. Для радіально – базисної мережі GRNN було прийнято значення параметра впливу SPREAD 0,7, 2,5,10,20,50,100. Моделювання радіально – базисних мереж RBF і GRNN для керування реактором синтезу оцтової кислоти по кожному каналу керування за допомогою ітераційної процедури формування мереж в MATLAB 2021b показало задовільну якість апроксимації вихідних даних.

Також можна казати, що радіально – базисні мережі RBF і GRNN можна використовувати для поліпшення керування реактором синтезу оцтової кислоти за всіма основними каналами керування.

Iнтегрований підхід до діагностики складних технічних систем: експериментальна валідація та багатовимірна оцінка ефективності

2025-07-10T14:17:01+00:00

У цій статті представлено всебічну експериментальну верифікацію інтегрованого підходу до діагностики технічного стану (ТС) складних технічних систем (СТС) на прикладі суднових енергетичних установок (СЕУ).

Запропонована методологія поєднує логіку прецедентів (Case Based Reasoning – CBR), ймовірнісне прогнозування за допомогою байєсівських мереж і марковських ланцюгів, а також імітаційне моделювання сценаріїв деградації та каскадних відмов. Тестування проводилось за трьома сценаріями: нормальний режим експлуатації, режим підвищеного навантаження та сценарій з обмеженою доступністю даних, що дозволило всебічно оцінити адаптивність алгоритмів і їх стійкість до змінних експлуатаційних факторів. Для кількісної оцінки якості діагностики використовувались класичні метрики бінарної класифікації (Accuracy, Precision, Recall і F1 score), а також нововведені розширені показники: зважена точність (WAcc), F1-оцінка з урахуванням критичності відмов компонентів (F1W), повнота зі зважуванням на ризик відмови (RecallR), скоригована точність з урахуванням вартості помилкових тривог (PrecisionC) та Індекс стабільності діагностики (DSI). Результати багатосценарного експерименту показали стабільне покращення всіх основних показників: Accuracy зросла з 78.5% до 85.3%, Precision – з 75.2% до 83.1%, Recall – з 80.1% до 87.6%, F1 score – з 77.5% до 85.3%, RecallR досягла 91.0%, а DSI становив 0.983. П’ятикратна крос-валідація показала стандартне відхилення F1 score на рівні 2.2%, що підтверджує відтворюваність і надійність запропонованого методу для експериментального тестування інтегрованого підходу до діагностики СТС. Реалізація циклічної процедури "імітація – ймовірності – адаптація CBR" значно зменшила кількість помилкових тривог та пропущених критичних відмов обладнання СЕУ. Практична значущість підходу полягає у можливості його інтеграції в SCADA/PMS-системи морських СТС та наземних енергетичних станцій, що сприятиме переходу до інтелектуального прогнозного обслуговування, зменшенню незапланованих простоїв, зниженню витрат і підвищенню надійності обладнання. Перспективи майбутніх досліджень включають підвищення адаптивності підходу, розширення бази прецедентів та розробку інструментів для автоматизованої обробки гетерогенних даних. Ключові слова: прогнозна діагностика, байєсівські мережі, адаптація CBR, моделювання відмов, ризик-орієнтовані метрики, стабільність діагностики, інтелектуальне обслуговування.

Концептуальна модель інформаційної безпеки навчальних комп’ютерних лабораторій

2025-08-03T13:04:16+00:00

В умовах військового стану та швидкого розвитку ІКТ ефективна протидія кібератакам як елементу гібридної війни потребує спільних зусиль державних установ, об’єктів критичної інфраструктури, промислових підприємств та навчальних закладів. За таких обставин важливим стає перегляд основ інформаційної безпеки. Стаття присвячено дослідженню та класифікації моделей інформаційної безпеки, що застосовуються для побудови ефективних систем захисту інформації. У роботі розглядаються три основні типи моделей: концептуальна модель, математична модель та функціональна модель

Концептуальна модель – слугує базисом для формулювання загальних процесів створення системи безпеки, визначає ключові напрямки та структуру захисту інформації.

Окрім аналізу моделей, робота висвітлює особливості впровадження систем захисту інформації в навчальних установах. Серед основних проблем встановлено: відсутність спеціалізованих відділів та відповідальних осіб за інформаційну безпеку; недостатній рівень підготовки навчально-допоміжного персоналу; велика різниця у кваліфікації користувачів; складність забезпечення безпеки при відкритості навчального процесу та зростаючих вимогах до впровадження дистанційних освітніх технологій.

Особливості побудови системи безпеки в навчальних закладах є необхідність пошуку компромісного рішення між відкритістю навчального процесу та студентоцентрованим навчанням; забезпеченням комфортних умов доступу до всіх матеріалів навчального процесу та жорсткими положеннями до витоку конфіденційної та службової інформації

В роботі пропонується один із варіантів розробки концептуальної моделі безпеки як основи для подальшого впровадження ефективних заходів захисту, враховуючи специфіку роботи навчальних закладів та їх інформаційного середовища.Створення цієї моделі є важливим першим кроком для побудови системи безпеки. На основі проведеного аналізу пропонується переглянути основні підходи до захищеності інформації в навчальних закладах, особливо з урахуванням специфіки дистанційного навчання та відкритості освітніх процесів.

Інтеграція Web-сервісу з соціальною мережею

2025-08-03T13:37:49+00:00

Стаття присвячена розгляду створення web-сервісу, який організує роботу електронної черги і має функціонал взаємодії із соціальною мережею. Електронна черга є програмно-апаратним комплексом, що дозволяє формалізувати та оптимізувати керування потоком відвідувачів. У статті розглянуто програмну реалізацію системи електронної черги «Е-черга» з функціоналом, інтегрованим із соціальною мережею, може мати такі сфери застосування: операційні зали банків; центри виплат страхових компаній; клієнтські центри операторів стаціонарні оператори; державні установи (наприклад, податкові та реєстраційні служби, посольства та консульські установи); пенсійні фонди; медичні центри; туристичні компанії; візові центри; автосалони, автосервіси; нотаріальні та адвокатські контори; авіа- та залізничні каси; операційні зали відділень зв'язку; багатофункціональні центри надання державних та муніципальних послуг. Для ідентифікації користувачів в системі пропонується створення QR коду в персональних кабінетах, з подальшим адмініструванням даних завдяки сканеру QR коду. Зручним та швидким способом надання користувачам додаткового функціоналу є використання ботів соціальних мереж, які стали невід'ємною частиною будь-якого онлайн-сервісу, інтернет-магазину, інформаційного порталу або блогу. Розроблений програмний функціонал полягає як в отриманні контенту, так і в створенні процесів, які безпосередньо стосуються послуг і ресурсів. Додаткове використання функціоналу соціальних мереж для оповіщення дозволяють користувачам швидко та зручно отримувати актуальну інформацію в режимі реального часу без необхідності завантаження інтерфейсу веб-сервісу системи. Це створює гнучкість та зручність взаємодії з сервісом для користувачів, що забезпечує більш ефективне управління часом та ресурсами клієнтів. У зв'язку з цим інтеграція функціоналу web-систем управління потоками клієнтів із соціальними мережами стає актуальним завданням. Запропоновані методи реалізації системи при створенні сервісу використовують сучасний та перевірений стек технологій web програмування, що дозволяє створювати web-сервіси, які мають високий рівень безпеки при роботі в електронній системі.

Оптимізація роботи багатопотокового електрогідравлічного приводу методами штучного інтелекту

2025-08-03T13:47:47+00:00

У статті розглядається проблема підвищення ефективності багатопотокових електрогідравлічних приводів, які широко використовуються в промислових, мобільних та авіаційних системах. Ці приводи характеризуються нелінійною динамікою, невизначеністю параметрів і складністю математичного моделювання, що створює значні труднощі для класичних методів керування. Запропоновано комплексний підхід, що поєднує сучасні методи штучного інтелекту, зокрема нейронні мережі, нечітку логіку та генетичні алгоритми, для оптимізації функціонування системи.

Розроблена нейромережева модель дозволяє точно ідентифікувати параметри приводу та прогнозувати його поведінку, що суттєво перевищує точність традиційних моделей. Гібридна нейро-нечітка система керування поєднує експертні знання з адаптивністю нейронних мереж, що забезпечує підвищену точність позиціонування, енергоефективність та стійкість до зовнішніх збурень. Використання генетичних алгоритмів для мультикритеріальної оптимізації дозволяє ефективно балансувати між точністю руху, енергоспоживанням та плавністю роботи механізму.

Система діагностики та прогнозування технічного стану, основана на машинному навчанні, демонструє високу достовірність виявлення аномалій, що сприяє зменшенню витрат на обслуговування та збільшенню міжремонтного періоду. Експериментальні дослідження підтвердили ефективність запропонованих методів: при суттєвих змінах навантаження точність позиціонування погіршується втричі менше порівняно з традиційними системами керування. Запропоновані алгоритми забезпечують зниження експлуатаційних витрат, підвищення продуктивності обладнання та збільшення надійності автоматизованих систем керування.

Отримані результати можуть бути впроваджені в системах автоматизації промислового обладнання, роботизованих комплексах, авіаційній і військовій техніці, а також у мехатронних системах, де важливими є точність керування, енергоефективність і надійність функціонування. Подальші дослідження можуть бути спрямовані на вдосконалення алгоритмів машинного навчання для роботи в режимі реального часу та інтеграцію розроблених підходів у концепцію промислового інтернету речей (IIoT).

Дослідження впливу адсорберів лазерного випромінювання на абляцію фемтосекундними лазерними імпульсами армованого вуглецевим волокном пластику

2025-08-03T14:36:58+00:00

Армовані вуглепластики (CFRP) набули популярності завдяки своїм переважним властивостям, зокрема високому співвідношенню міцності до ваги, стійкості до хімічних речовин та гнучкості конструкції. Однак обробка цих композитних матеріалів залишається складним завданням через неоднорідність вуглецевих волокон і полімерної матриці. Лазерна обробка, особливо за допомогою надшвидких фемтосекундних лазерів, стала багатообіцяючою технологією для точної обробки вуглепластиків. Перевагами цього методу є мінімальне термічне пошкодження та підвищена точність абляції. Однак різниця у швидкості абляції між епоксидною матрицею та вуглецевими волокнами часто перешкоджає ефективності процесу. У цьому дослідженні вивчається використання добавок на основі гідроксиапатиту для покращення взаємодії лазера з матеріалом та оптимізації поведінки при абляції систем з вуглепластику. Зокрема, мікрочастинки коп-пер-заміщеного гідроксиапатиту (Cu-HAp), які відомі своїм сильним поглинанням в ближній інфрачервоній області (NIR) близько 1030 нм, були синтезовані і введені в епоксидну матрицю. Гі-дроксиапатит кальцію (Ca-HAp), термічно стабільна і біосумісна кераміка з низьким поглинанням в ближній інфрачервоній області, був використаний як еталон для оцінки питомого внеску іонів міді. Епоксидні композити з 5 мас. % різних композицій наповнювачів (100% Cu-HAp, 75% Cu-HAp/25% Ca-HAp та 50% Cu-HAp/50% Ca-HAp) були підготовлені та інкорпоровані в ламінати CFRP. Фемтосекундну лазерну абляцію при 1030 нм проводили в оптимізованих умовах для кожного типу зразків, після чого оцінювали морфологію поверхні за допомогою оптичної профілометрії та СЕМ. Результати показали, що включення наповнювачів Cu-HAp сприяло підвищеному поглинанню енергії, тим самим сприяючи більш ефективній абляції зі зменшеним термічним пошкодженням порівняно з немодифікованою епоксидною смолою і системами, наповненими Ca-HAp. Заміна Cu-HAp на Ca-HAp збільшила необхідну інтенсивність лазерного випромінювання та енергоспоживання. Це вказує на те, що іони міді посилюють локалізоване нагрівання та зв'язок енергії. SEM-зображення показали, що частинки Cu-HAp мають пористу, агреговану морфологію, яка перерозподіляє теплову енергію, в той час як Ca-HAp має щільнішу, одноріднішу структуру наповнювача зі зменшеною пористістю. Ця робота показує потенціал Cu-HAp як функціональної добавки для регулювання взаємодії фемтосекундного лазерного випромінювання з композитними матеріалами та покращення результатів мікрообробки. Отримані результати підтверджують доцільність використання керамічних наповнювачів, що поглинають інфрачервоне випромінювання, для вирішення загальних проблем, пов'язаних з лазерною обробкою вуглепластиків, включаючи зони термічного впливу та абляційну неоднорідність.

Рідинно-відштовхувальні інфузовані поверхні: огляд сучасних тенденцій та перспектив

2025-08-05T11:57:23+00:00

У статті представлено узагальнений огляд сучасного стану досліджень у галузі рідинно-інфузованих поверхонь, що становлять перспективний напрям у створенні функціональних покриттів із керованими змочувальними властивостями. На основі аналізу актуальних літературних джерел розглянуто ключові фізико-хімічні принципи, що лежать в основі формування інфузованих поверхонь, включаючи наявність стабільного мастильного шару, утримуваного в капілярно-активній пористій або текстурованій матриці, поверхневу енергію твердого субстрату та механізми взаємодії між фазами. Порівняно властивості рідинно-інфузованих поверхонь (РІП) із традиційними супергідрофобними покриттями, зокрема щодо довговічності, стабільності при експлуатації в агресивному середовищі, а також самоочисної, антикорозійної та антиобмерзальної дії.

У статті систематизовано сучасні підходи до виготовлення РІП на основі як гідрофобних, так і гідрофільних текстур із подальшою інфузією мастил, що мають хімічну спорідненість із матрицею. Особливу увагу приділено використанню новітніх матеріалів, зокрема полімерів, наноструктурованих оксидів металів і біосумісних мастильних рідин, які забезпечують як функціональність, так і екологічну безпечність покриттів. Розглянуто створення адаптивних поверхонь, здатних до динамічної зміни своїх властивостей у відповідь на зовнішні стимули, зокрема вплив світла, температури або магнітного поля. Висвітлено ключові проблеми, пов’язані із забезпеченням механічної, хімічної та термічної стабільності РІП у реальних умовах експлуатації, включаючи цикли замерзання/танення, динамічні навантаження та контакт із агресивними рідинами.

Проаналізовано актуальні напрями застосування інфузованих поверхонь у сучасних технічних і промислових системах, зокрема в технологіях запобігання обмерзанню, антикорозійному захисті, біомедичних пристроях, мембранному розділенні рідин, мікрофлюїдних компонентах та покриттях із низьким коефіцієнтом зчеплення. Показано, що РІП мають значний міждисциплінарний потенціал для впровадження в енергетиці, охороні довкілля, транспорті, медицині та інших галузях, за умови подолання наявних технічних, технологічних і екологічних бар’єрів. Узагальнено перспективи подальшого розвитку цієї інноваційної технології в контексті матеріалознавства, прикладної інженерії та сталого виробництва.

Визначення можливості використання холодної плазми для окислення атмосферного азоту в оксиди нітрогену та впливу сили струму через установку на процес

2025-08-05T12:11:42+00:00

Об’єктом дослідження є процес окислення атмосферного азоту в оксиди нітрогену. Окиснення атмосферного азоту з метою отримання нітратної кислоти, є важливими для розробки нових методів зв’язування атмосферного азоту та активації метану, які є фундаментальними проблемами в галузі хімічної науки і технології. Проведено дослідження процесу окиснення молекулярного азоту та залежність вмісту оксидів нітрогену від сили току через установку з електродуговим генератором низькотемпературної плазми.

Для підтвердження гіпотези було здійснено квантово-хімічні дослідження реакційної активності нітратної кислоти та продуктів її розпаду. На початковому етапі проведено квантово-хімічні розрахунки методом DFT для визначення електронної структури та термодинамічних параметрів основного стану нітратної кислоти та трьох її відомих ізомерів.

Для впровадження процесу отримання нітратної кислоти з атмосферного повітря за допомогою репродуктивної технології, запропоновано конструкція реактора для отримання оксидів нітрогену шляхом прямого окиснення азоту в потоці холодної плазми. При цьому було запропоновано використання ефекту отримання оксидів азоту в повітряній суміші з парами азотної кислоти та при термічному розкладанні перекису нітрогену з азотом атмосферного повітря. Встановлено ефективність використання холодної плазми для окиснення атмосферного азоту, що підтверджується отриманими залежностями. Виявлено вплив сили струму через установку в присутності перекису водню та спиртів як активаторів процесу окислення атмосферного азоту у високоенергетичному середовищі. Дослідження показали, що при збільшенні сили току через установку кількість оксидів азоту збільшується для усіх речовин активаторів в 2 - 8 разів.

Виявлено вплив вмісту оксидів нітрогену від сили току через установку з електродуговим генератором низькотемпературної плазми. Визначено, що при порівнянні речовин-активаторів, які при своєму розкладанні здатні утворювати ОН- радикали, саме перекис водню є найбільш перспективною речовиною-активатором для здійснення процесу окислення атмосферного азоту в потоці плазми.

Метод градуювання пробних рідин для вимірювання поверхневої енергії методом Оуенса-Вендта

2025-08-05T12:37:55+00:00

У представленій науковій роботі здійснено комплексне дослідження поверхневих характеристик сумішевих рідин з використанням методики графічного аналізу, розробленої Оуенсом і Вендтом, що дозволяє кількісно розділити загальний поверхневий натяг на два основні компоненти — дисперсну та полярну складові. З метою підвищення точності та надійності результатів розрахунків у роботі запропоновано використання ряду полімерних матеріалів із заздалегідь відомими поверхневими властивостями як калібрувальних субстратів для визначення контактних кутів змочування. Це дозволило розширити застосування графічного підходу Оуенса–Вендта до аналізу складних багатокомпонентних рідинних систем, зокрема таких, що містять як неполярні органічні розчинники, так і речовини з вираженим полярним або водневим зв’язком.

У ході дослідження було досліджено змочування різними сумішами полімерних поверхонь на основі поліетилену, поліпропілену, тефлону, полістиролу та інших полімерів, що мають різні співвідношення дисперсної та полярної складових поверхневого натягу. Отримані експериментальні значення контактних кутів дали змогу побудувати апроксимуючі прямі в координатах методу Оуенса–Вендта для кожної суміші та кожної поверхні. Завдяки цьому стало можливим обчислення окремих компонентів поверхневого натягу для досліджуваних рідинних систем із високим ступенем точності. Проаналізовано вплив складу сумішей на зміну величин полярної та дисперсної взаємодій на межі поділу фаз.

Крім того, продемонстровано, що збільшення кількості полімерних калібрувальних поверхонь призводить до зменшення похибок при лінійній апроксимації та дозволяє уникнути систематичних відхилень у визначенні параметрів поверхневої енергії. Отримані результати узгоджуються з літературними даними, що підтверджує достовірність розробленого підходу. Представлена методика може бути ефективно застосована для оцінювання поверхневих властивостей нових композиційних матеріалів, рідких препаратів і функціональних рідин у різноманітних галузях хімії, біотехнології та матеріалознавства. Таким чином, дослідження не лише розширює можливості застосування класичного підходу Оуенса–Вендта, але й пропонує новий інструмент для точнішої та зручнішої оцінки міжмолекулярної взаємодії в системах із рідинною фазою.

Сучасні підходи до утилізації шламових відходів гальванічних виробництв як каталізаторів очищення газових потоків: огляд технологій і перспектив

2025-08-05T12:57:07+00:00

Проведено аналіз сучасних технологій утилізації шламових відходів гальванічних виробництв та їх використання, як каталізаторів для очищення газових потоків. Актуальність дослідження обумовлена зростанням обсягів промислових відходів і необхідністю розробки екологічно безпечних та економічно доцільних методів їх переробки. У цьому контексті особлива увага приділяється технологіям, що дозволяють перетворювати шламові відходи гальванічних виробництв не лише на побічні продукти, а й на корисні каталізатори для процесів очищення газових потоків. Мета статті – здійснити огляд сучасних підходів до утилізації шламових відходів гальванічних виробництв, зокрема, через використання їх як каталізаторів для очищення газових потоків. У дослідженні застосовано системний аналіз наукових джерел, експериментальні дослідження каталітичних властивостей матеріалів, отриманих із шламових відходів, а також порівняльний аналіз економічних та екологічних параметрів різних методів утилізації. Основні результати роботи включають оцінку ефективності різних підходів, зокрема термічної, хімічної та біотехнологічної обробки шламів, а також використання нанотехнологій для підвищення активності каталізаторів. Виявлено, що оптимальними є методи, що забезпечують високу каталітичну активність при мінімальних енергетичних витратах. Здійснено екологічну оцінку сучасних технологій переробки шламів. Визначено, що більш безпечними для навколишнього середовища та перспективними для малих підприємств є біотехнологічні методи переробки. Інтеграція відновлюваних джерел енергії та застосування новітніх матеріалів сприятимуть екологічній модернізації промисловості та розвитку циркулярної економіки. Подальші дослідження мають бути спрямовані на оптимізацію технологічних процесів, підвищення ефективності каталізаторів та зниження витрат на їх виробництво. Інтеграція відновлюваних джерел енергії та застосування новітніх матеріалів сприятимуть екологічній модернізації промисловості та розвитку циркулярної економіки. Отримані результати можуть бути корисними для промислових підприємств у виборі технологій переробки відходів та вдосконалення систем очищення повітря, сприяючи розвитку екологічної безпеки.

Огляд технологій виготовлення супергідрофобних покриттів

2025-08-05T13:15:25+00:00

Супергідрофобні поверхні стали ключовим напрямком сучасного матеріалознавства. Ці поверхні вирізняються унікальною поведінкою при змочуванні та широким спектром потенційних застосувань у таких сферах, як самоочисні покриття, антикорозійний захист, зменшення лобового опору, технології боротьби з обмерзанням та розділення нафти і води. Натхненні природними моделями, такими як листя лотоса, водорізи та Salvinia molesta, ці поверхні поєднують матеріали з низькою поверхневою енергією з ієрархічною мікро/наноструктурою для досягнення кутів контакту з водою, що перевищують 150°. Ця двошарова шорсткість утримує повітряні кишені під краплями води, забезпечуючи «ефект лотоса», коли краплі скочуються з поверхні, видаляючи забруднення. Розробка супергідрофобних покриттів особливо важлива в контексті корозії металів, оскільки економічні та екологічні фактори створили попит на безпечніші та стійкіші альтернативи. Було розроблено широкий спектр технологій виготовлення, включаючи низхідні методи, такі як лазерна абляція і травлення, і висхідні стратегії, такі як золь-гель осадження і хімічне осадження з газової фази. Однак багато підходів обмежені складністю, вартістю, масштабованістю або впливом на навколишнє середовище. Крім того, практичне застосування цих покриттів пов'язане з проблемами довговічності, сумісності матеріалів, продуктивності під впливом екологічних стресів та використання фторованих сполук, які становлять екологічні ризики. У цьому огляді критично проаналізовано сучасні методології виготовлення супергідрофобних поверхонь. Оцінюються основні принципи, переваги та обмеження цих методів з точки зору механічної міцності, масштабованості та вимог до конкретних застосувань. Особливий акцент зроблено на важливості багатомасштабного структурування поверхні та вибору гідрофобних, низькоенергетичних матеріалів для створення функціонально стійких покриттів. Крім того, в роботі досліджуються обмеження поточних стандартів тестування і припускається, що уніфікована система оцінки механічного зносу, стійкості до навколишнього середовища і гідрофобного утримання має важливе значення для прискорення передачі технології від лабораторії до промислового масштабу. Огляд висвітлює нові стратегії, такі як біоміметичний дизайн, використання матеріалів, що самовідновлюються, та інтеграція супергідрофобних покриттів з багатофункціональними технологіями як перспективні майбутні напрямки. Зрештою, успіх технологій супергідрофобних поверхонь залежить від міждисциплінарних зусиль, що збалансовують показники продуктивності з екологічною відповідальністю та економічною доцільністю для розкриття їхнього трансформаційного потенціалу в різних секторах.