Прототипичные модели взаимодействия терминоединиц в терминологической сети

DOI:

Структурированное представление знаний конкретных предметных областей – это актуальная задача современной науки, решение которой возможно с применением различных подходов и методов (подробнее о некоторых методах изучения и моделирования организации научного знания см.: [Гукосьянц, Лату, 2017]). Основными целями создаваемых исследователями моделей организации научного знания являются интеллектуализация информационного поиска, ускорение процесса извлечения данных, облегчение доступности знаний в целом как для предметного эксперта (эксперта в определенной предметной области, сфере научного знания), так и для рядового пользователя.

Один из видов специализированного программного обеспечения, служащего для представления знаний, – экспертная система. Это «программа для компьютера, которая оперирует со знаниями в определенной предметной области с целью выработки рекомендаций или решения проблем» [Джексон, 2001, c. 12]. «Центральной проблемой создания любой экспертной системы является процесс передачи знаний и опыта решения задач экспертом в компьютерную систему, называемый “приобретением знаний”» [Вассерман, Червинская, 2010, с. 28]. От объема приобретенного знания и истинности закладываемых в систему данных, связей и правил зависит уровень работы системы, выполнение запросов пользователей, предоставление качественных результатов.

Основой создания экспертных систем могут служить терминологические семантические сети, которые представляют собой модели терминосистем, репрезентирующих области научного знания [Faber, León , Prieto, 2009]. Базовыми элементами такой модели являются вершины, выраженные терминами, и дуги, репрезентирующие системные семантические отношения между ними [Мальковс-кий, Соловьев, 2012]. Как было показано в наших предыдущих работах, совокупность терминов определенной области знаний (тер-миносистема) может быть смоделирована в виде сети с узлами-терминами и дугами-отношениями, демонстрирующими особенности взаимодействия конкретных элементов научного знания и позволяющими установить место термина в терминосистеме относительно других терминологических единиц. При этом вершины классифицируются по категориям, отражающим естественную стратификацию терминов в соответствии с категориями понятий, а системные отношения дифференцируются по типам.

Данные категории обладают высокой степенью абстракции в соответствии со спецификой природы их референтов. Так, к категории Естественный объект относятся термины, референтами которых являются все тела естественного происхождения (наночастицы, мицеллы, РНК, ДНК); к категории Инструмент – термины, референтами которых являются все тела искусственного происхождения (инструменты, орудия, детали, продукты производства и т. д., создаваемые с определенной целью и используемые как средство ее достижения: нанопленка, наноигла, нановолокно); к категории Вещество – термины, референтами которых являются субстанции естественного происхождения (муравьиная кислота, полимерный гель); к категории Материал – термины, референтами которых являются субстанции искусственного происхождения (графен, наножидкость, наноэмульсия); к категории Характеристика – термины, референтами которых являются свойства (прочность, упругость, проводимость), а к категории Процесс – термины, референтами которых являются действия (гидрирование, азотирование, электрохимическое осаждение). Типы системных отношений терминов отражают характер взаимодействия понятий, например, AKO – системное отношение между гиперонимом и гипонимами; PO – между меронимом и холонимом; At – системное отношение атрибутивности, где один референт выступает признаком другого; ObjR – системное отношение между референтами, которые составляют объект воздействия и полученный результат в рамках одного процесса; Loc – между референтами, один из которых – место расположения другого; IOp – между видовыми понятиями, представляющими собой со-гипонимы, внутренняя форма которых не содержит противопоставления; ISA – системное отношение совпадения или включения во множество (где один из референтов не имеет статуса прямого гиперонима по отношению к другому) и др. (более подробно о категориях и типах системных отношений в терминологической сети см.: [Лату, 2016; Лату, Левит, 2016; Левит, 2017]).

Такой подход в силу системного характера терминологической лексики делает прозрачными процессы накопления и организации знаний [Chernyshenko, Alimuradov, 2013], что особенно значимо для молодых развивающихся областей науки [Razduev, 2018].

Одной из важных задач построения терминологической сети является установление категории для каждого термина, представляющего собой отдельную вершину, и типов связей между терминами системы.

Термин встраивается в систему существующего знания посредством установления системных отношений с другими входящими в нее терминами. Связанные термины и от- ношения между ними, репрезентируясь в научных текстах [Gillam, Tariq, Ahmad, 2006; Malaise, Zweigenbaum, Bachimont, 2004], могут быть выявлены с использованием методов дефиниционного, контекстуального и дистрибутивного анализа. Каждый отдельный термин имеет собственный набор смежных терминов [Steyvers, Tenenbaum, 2005], с которыми он связан системными отношениями определенных типов, что детерминирует специфику его системности. При этом каждый смежный термин также относится к той или иной категории. Термины одной категории часто связаны с терминами только некоторых категорий посредством определенных типов системных отношений. Данный факт позволяет говорить о существовании прототипичных схем (моделей) взаимодействия понятий, которые представляют собой более сложные элементы терминологической сети, комплекс из двух взаимосвязанных категорий [Latu, 2018]. Структура прототипичной модели включает четыре базовых элемента: категорию 1, категорию 2, тип системного отношения и его вектор, показывающий направление данной связи. Так, категория может быть связана с другими одним и тем же типом системных отношений, а две идентичные категории в разных терминологических сетях – разными типами системных отношений [Latu, 2018].

В рамках статьи рассмотрена корреляция термина наножидкость с другими терминологическими единицами сферы нанотехнологии и в ходе анализа системных отношений между терминоединицами выявлены некоторые прототипичные модели их взаимодействий. Материалом исследования послужили дефиниции из терминологических словарей, а также научные публикации из электронных и печатных источников (2009–2017), в которых встречается термин наножидкость . Общий объем выборки составил 215 фрагментов специализированных текстов.

Термин наножидкость как вершина модели отношений в терминосистеме

Системность термина наножидкость представлена в виде схемы фрагмента терминологической сети на рисунке.

Фрагмент терминологической сети (единицы, системно связанные с термином наножидкость )

Термин наножидкость входит в категорию Материал, обозначая субстанцию искусственного происхождения:

• (1)    Когда наножидкости были получены в начале 1990-х, эксперименты показали, что их теплопроводность намного выше ожидаемой (Наножидкости не выдерживают проверки).

• (2)    Одним из современных направлений развития технологий является создание наножидкостей (НЖ) на основе углеродных наночастиц, в том числе углеродных нанотрубок (УНТ) с регулируемыми параметрами тепло- и массопереноса (Иванов, Ивахнюк).

В некоторых словарных статьях и анализируемых контекстах встречается употребление равнозначного термина-синонима нанофлюид :

• (3)    Этот нанофлюид (наножидкость) и может использоваться для охлаждения компьютерных серверов (Нанотехнологии могут охлаждать серверные фермы).

• (4)    Результаты исследований свойств нанофлюидов (жидкостей с добавкой частиц размером от 10 до 100 нм), опубликованные в последние годы, показывают возможность существенного целенаправленного изменения их теплофизических и теплообменных характеристик по сравнению с традиционными рабочими веществами холодильных систем и систем кондиционирования воздуха (Шимчук, Геллер, с. 35).

• (5)    В качестве перспективного теплоносителя в последнее время обсуждаются нанофлюиды – устойчивые суспензии наноразмерных (~ 100 нм) частиц металлов и оксидов в базовой жидкости (Рютин, с. 13).

Термину наножидкость синонимично терминологическое сочетание текучая нано-дисперсная система. Оно зафиксировано в Межгосударственном стандарте «Нанотехнологии. Часть 4. Материалы наноструктуриро-ванные. Термины и определения» (ГОСТ ISO/ TS 80004-4-2016). Согласно стандарту одним из видов наноструктурированных материалов является текучая нанодисперсная система (fluid nanodispertion) – «гетерогенный материал, содержащий нанообъекты или нанофазы, диспергированные в непрерывной жидкой фазе» (с. 4). Данное определение и представленные в ГОСТе подвиды текучей нанодис-персной системы, а именно – наносуспензия, наноэмульсия, наноаэрозоль, жидкая нанопена, которые, как отмечается ниже, являются подвидами наножидкости, свидетельствуют о синонимичности терминов наножидкость и текучая нанодисперсная система.

Прототипичные модели с родовидовыми отношениями между терминами

Одним из значимых типов связей является системное отношение АКО, посредством которого термин встраивается в иерархическую классификацию, соединяя родовые и видовые понятия, расположенные на разных ее уровнях. Данное отношение частотно. Оно входит в структуру прототипичных моделей, которые раскрывают взаимодействие понятий одной категории. АКО реализуется как отношение гипонима с прямым гиперонимом. Межгосударственный стандарт «Нанотехнологии. Часть 4. Материалы наноструктурированные. Термины и определения» устанавливает «пять видов наноструктурированных материалов: наноструктурированный порошок, нано-композиционный материал, твердая нанопена, нанопористый материал, текучая нанодиспер-сная система» (с. 4). Следовательно, ближайшим родовым термином для термина текучая нанодисперсная система ( наножидкость ) является термин наноструктурированный материал . Таким образом, термин наножидкость входит в прототипичную модель Мате-риал—AKO → Материал .

В некоторых источниках для обозначения родового понятия используются лексемы с очень широкой семантикой (например, система ), а термин наножидкость определяется посредством указания на специфику некоторых видовых терминологических единиц. Так, «Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии» В.В. Арсланова не дает полной дефиниции самого термина, предлагая следующую информацию:

• (6)    Наножидкости: Системы с равномерно распределенными нанокапельками одной несмеши-вающейся жидкости в другой. Такие системы известны как наноэмульсии. Равномерно распределенные твердые наночастицы в жидкости называют нанозолем или коллоидным раствором (Арсланов, с. 167).

Словарная статья под названием «Наножидкости» на сайте RusNanoNet Российской национальной нанотехнологической сети предлагает идентичное толкование:

• (7)    Наножидкости (Nanofluids): Наноэмульсии (равномерно распределенные нанокапельки одной несмешивающейся жидкости в другой) – наиболее известные примеры наножидкостей . Равномерно распределенные твердые наночастицы в жидкости называют нанозолем или коллоидным раствором (RusNanoNet).

Цитируемые словарные статьи содержат дефиниции терминов наноэмульсия , нанозоль , связанных с термином наножидкость отношениями AKO и являющихся его гипонимами. Родовидовые отношения между этими терминами актуализируются и в научных статьях, например:

• (8)    Классифицировать наножидкости , как и дисперсные жидкости вообще, следует по нескольким признакам. Первым является агрегатное состояние, здесь можно выделить наногазовзвеси (газ + твердые наночастицы), нанозоли (газ + жидкие наночастицы), наносуспензии (жидкость + твердые наночастицы), наноэмульсии (жидкость + жидкие наночастицы) и жидкости с нанопузырьками (Рудяк, Белкин, с. 156).

Таким образом, смежные термины наножидкость и наногазовзвесь , наножидкость и нанозоль , наножидкость и наносуспензия , наножидкость и наноэмульсия , наножидкость и жидкость с нанопузырьками также являются репрезентантами модели Материал—AKO → Материал .

Еще один смежный термин в рамках данной модели, который также включен в словарную статью «Наножидкости» и в «Толковом англо-русском словаре по нанотехнологии» В.В. Арсланова, и в RusNanoNet, – магнитная наножидкость :

• (9)    Дисперсная фаза магнитных наножидкостей представляет собой однодоменные магниты, равномерно распределенные в объеме дисперсной фазы (Арсланов, с. 167).

• (10)    Дисперсная фаза магнитных наножидкостей представляет собой однодоменные магниты, равномерно распределенные в объеме дисперсной фазы, подобные системы могут управляться магнитным полем для обеспечения герметизации механических вводов вакуумных систем при производстве полупроводников, в вакуумных печах,

электронных микроскопах и других вакуумных установках (RusNanoNet).

При этом отношение АКО отражено и в структуре данного термина посредством использования в качестве основообразующего терминоэлемента его гиперонима наножидкость .

Анализ дефиниции термина наножидкость в научных статьях позволил определить, что с ним соотносятся термин ультрадиспер-сная система и его синоним нанодисперс-ная коллоидная система , но эти термины не являются прямыми гиперонимами:

• (11)    В соответствии с агрегатным состоянием дисперсионной среды используют различные названия нанодисперсной коллоидной системы, в т. ч. наноматериалы и наножидкости. Наножидкости представляют собой коллоидные системы (золи, устойчивые к коагуляции и седиментации), содержащие наночастицы размером около 10 нм в воде, масле, органическом растворителе с концентрацией частиц менее 1 % (Большая российская энциклопедия).

Согласно Словарю Роснано, разновидность «дисперсных систем» составляют «коллоидные системы», «в которых размер частиц дисперсной фазы не превышает 1 мкм» (Словарь Роснано). В статье «Дисперсные системы» в этом словаре обнаруживаем градацию размеров, которыми должны обладать частицы в системе, чтобы она могла называться «коллоидной»: «в коллоидных системах частицы имеют размеры от 1 нм до 1 мкм (Словарь Роснано). В статье, дающей дефиницию термину «ультрадисперсный», отмечено, что «многие коллоидные системы могут быть примерами ультрадисперсных систем» (Словарь Роснано). В других источниках термин «ультрадис-персный» уточняется:

• (12)    К нано-(ультрадисперсным) относятся системы, в которых размер составляющих элементов (частиц, зерен, кристаллитов) менее 100 нм (Данилова и др., с. 376).

Такое уточнение свидетельствует о том, что термин коллоидная система является семантически более широким в сравнении с термином ультрадисперсная система. Поскольку размер частиц в наножидкостях составляет в пределах от 1 до 100 нм, то они первоначально включены в множество «ульт- радисперсная система» и далее в множество «коллоидная система», в некоторых источниках понятие «наножидкость» определяется посредством термина коллоидная система:

• (13)    Наножидкости представляют собой коллоидные системы (золи, устойчивые к коагуляции и седиментации), содержащие наночастицы размером около 10 нм в воде, масле, органическом растворителе с концентрацией частиц менее 1 % (Большая российская энциклопедия).

Поскольку наножидкость входит в множество «коллоидная система», которое не является для нее ближайшим родовым понятием, то между терминами, обозначающими эти понятия, существует отношение ISA. Взаимосвязь данных смежных терминов репрезентирует модель Материал—ISA → Вещество в связи с тем, что референты терминов дисперсная система и коллоидная система могут иметь естественное происхождение.

Терминологические единицы, в соответствии с Межгосударственным стандартом определяющие пять видов наноструктурных материалов: текучая нанодисперсная система ( наножидкость ), наноструктурированный порошок , нанокомпозиционный материал , твердая нанопена , нанопористый материал , находятся друг с другом в отношении имплицитной оппозиции, представляя собой соги-понимы (лексические единицы, имеющие общее родовое понятие), внутренняя форма которых не содержит противопоставления. Взаимосвязь обозначенных терминов репрезентирует модель Материал—Iop—Материал.

Прототипичные модели с партитивными отношениями между терминами

Из дефиниций термина наножидкость следует, что значимой для понимания специфики обозначенного им понятия является информация о составе. Это отражается в наличии у данного термина смежных терминологических единиц, связанных с ним системным отношением РO. Поскольку смежные терминологические единицы относятся к разным категориям, то они представлены в разных прототипичных моделях взаимодействия тер- минов. Так, термин наножидкость связан с термином несущая (базовая) среда, который относится к категории Вещество:

• (14)    Наножидкостью обычно называют двухфазную систему, состоящую из несущей среды (жидкости или газа) и наночастиц с характерными размерами от 1 до 100 нм (Белкин, с. 3).

Данная пара терминов репрезентирует прототипичную модель Материал ← PO— Вещество , которая отражает тот факт, что в состав искусственных материалов могут входить вещества естественного происхождения.

Несмотря на то, что наночастицы потенциально могут быть получены и искусственным путем, как твердые объекты они существуют в природе, потому термин наночастица относится к категории Естественный объект. Соотнесенность терминов наножидкость и наночастица репрезентирует модель Материал ← PO—Естественный объект , иллюстрирующая возможность образования материала элементами естественного происхождения. Обозначенная связь между данными терминами подтверждается следующими контекстами:

• (15)    Суспензии на основе наночастиц твердой фазы называются наножидкостями (Ривчук и др.).

• (16)    Основу наножидкости составляют базовая жидкость и наночастицы какого-либо высокотеплопроводного материала (Терехов и др., 1, с. 2).

Наножидкости в качестве составляющих элементов могут содержать и углеродные нанотрубки:

• (17)    Вопрос о возможности баллистического механизма переноса тепла в наножидкостях, в том числе в наножидкостях на основе углеродных нанотрубок , где частицы составляют лишь малую долю, еще более сложен и в настоящее время остается открытым (Терехов и др., 1, с. 11).

• (18)    С другой стороны, широко исследуются и наножидкости, построенные на основе углеродных нанотрубок (Рудяк, Белкин, с. 156).

• (19)    В работе ... экспериментально исследовалась эффективная теплопроводность наножидкостей золото+толуол, окись алюминия+вода, окись титана+вода, окись меди+вода и углеродные нанот-рубки+вода (Терехов и др., 1, с. 5).

Углеродная нанотрубка представляет собой нанообъект, полученный искусственным путем, в связи с чем термин углеродная нанотрубка относится к категории Инструмент. Его соотнесенность с термином наножидкость представлена моделью Материал←PO— Инструмент, иллюстрирующей возможность образования материала элементами искусственного происхождения.

Прототипичные модели с отношением результативности и атрибутивным отношением терминов

Прототипичной моделью взаимодействия терминов категории Материал является модель Материал—ObjR → Материал . Она отражает отношения между терминами, обозначающими искусственные вещества, одно из которых может использоваться в качестве сырья для получения другого. В описываемой терминосети такое отношение иллюстрируют термины нанопорошок и наножидкость , обозначающие исходный наноматериал (нанопорошок), манипуляции с которым приводят к получению другого вещества (наножидкости), например:

• (20)    Для приготовления наножидкости нанопорошок добавляется в определенной пропорции в несущую жидкость, затем дисперсная система механически перемешивается и подвергается ультразвуковой обработке, чтобы разрушить конгломераты наночастиц (Рудяк и др., с. 76).

Поскольку нанопорошок также продукт искусственного происхождения, он относится к категории Материал.

Анализ контекстов, посвященных свойствам наножидкости, позволил установить наличие смежных терминов категории Характеристика. Термины категорий Материал и Характеристика связаны посредством системного отношения At и являются составляющими элементами прототипичной модели Материал ← At—Характеристика , иллюстрирующей наличие определенных свойств у конкретного материала. Ее репрезентируют такие пары терминов, как наножидкость и вязкость , наножидкость и теплопроводность :

• (21)    Эффективный коэффициент вязкости разреженных суспензий впервые был вычислен Эйнштейном, который учитывал влияние частиц на

гидродинамическое поле скорости несущей жидкости и, как следствие, на тензор напряжений и коэффициент вязкости (Рудяк, Белкин, с. 167).

• (22)    В наножидкостях зависимость вязкости от концентрации является более сложной (Черепанов, Попов, с. 27).

• (23)    Интерес к изучению теплопроводности наножидкостей проявился около двух десятков лет назад и был вызван необходимостью существенно повысить теплопроводность жидкостей в микроканалах, использовавшихся для охлаждения рабочих элементов плат компьютеров, различных тепловых микроэлементов, других МЭМС (микроэлектроме-ханических систем) (Рудяк, Белкин, с. 170).

• (24)    Такие отклонения экспериментальных данных от предсказанных классическим Максвелловским уравнением, по нашему мнению, могут быть связаны с физическими механизмами увеличения теплопроводности наножидкости (Жаров и др.).

Помимо терминов вязкость и теплопроводность системным отношением атрибутивности (свойственности характеристик) с термином наножидкость связан термин реология :

• (25)    Любые применения наножидкостей на практике требуют систематического изучения их вязкости и реологии (Минаков и др., с. 260).

• (26)    Рассматриваемые в данной работе наножидкости при объемных концентрациях наночастиц выше 0.25 % оказываются вязкопластическими, причем их реология описывается реологией степенных жидкостей (Минаков и др., с. 260).

• (27)    Степень отклонения реологии наножидкостей от ньютоновской растет с увеличением объемной концентрации наночастиц (Минаков и др., с. 260).

• (28)    Экспериментальные данные по реологии наножидкостей . Указано, что наножидкости в общем случае могут иметь как ньютоновскую, так и неньютоновскую реологию . При ньютоновской реологии базовой жидкости наножидкость может менять свою реологию с ростом концентрации наночастиц. Чаще всего реология наножидкостей может быть описана определяющими соотношениями для степенных жидкостей, хотя возможна реализация и более сложных законов, например, с предельным напряжением (Рудяк).

Заметим, что наряду с термином реология используется термин реологические свойства :

• (29)    Были обнаружены реологические свойства тестируемых наножидкостей (Серебрякова).

• (30)    Наножидкости с высокой теплопроводностью и реологическими свойствами , по мнению ... , также могут приводить к изменению гидродинамического трения (Терехов и др., 2, с. 175).

Представленные контексты демонстрируют атрибутивную связь между терминами наножидкость и реологические свойства (изображен на схеме (см. рисунок) как синоним термина реология ).

Прототипичные модели с отношением локации

Термин наножидкость связан системным отношением Loc с термином процессы переноса , который относится к категории Процесс. Соотнесенность данных терминов репрезентирует модель Материал ← Loc— Процесс , поскольку процессы переноса протекают в наножидкостях:

• (31)    Во всех случаях ключевую роль играют процессы переноса в наножидкостях и характер их течений. Наряду с прикладным аспектом изучение процессов переноса в наножидкостях имеет и важную фундаментальную составляющую (Рудяк, Белкин, с. 157–158).

• (32)    Процессы переноса в наножидкостях описываются набором флуктуационно-диссипа-ционных теорем (Рудяк, Белкин, с. 157–158).

Модель Материал ← Loc—Процесс выражает также связь терминов наножидкость и броуновское движением наночастиц :

• (33)    Следует отметить ряд преимуществ применения нанофлюидов … – при хорошей агрегативной стабильности наночастиц они... находятся в жидкости в состоянии броуновского движения (Хлиева и др.).

• (34)    Интенсификация процесса теплоотдачи с участием нанофлюидов может объясняться рядом причин: наличием броуновского движения наночастиц (Хлиева и др.).

В рассматриваемой терминосети может быть реализовано семантическое отношение результативности R, отражающее отношение между процессом и его результатом. Термин наножидкость категории Материал связан такими отношениями с терминами, относящимися к категории Процесс (одноступенчатый метод, двухступенчатый метод):

• (35)    Существующие методы изготовления наножидкостей подразделяют на одноступенчатые и двухступенчатые ; Одноступенчатый метод, получивший название VEROS (Vacuum Evaporation onto a Running Oil Substrate) состоит в следующем: металл испаряется электронным пучком в вакуумной камере и здесь же оседает на покрытый маслом (базовая жидкость) вращающийся диск (Антонов и др., с. 208).

• (36)    При двухступенчатых методах наночастицы сначала производятся, а затем вносятся в жидкость (Антонов и др., с. 208).

• (37)    При одноступенчатых методах наножидкость получают в течение одного технологического цикла (Терехов и др., 1, с. 3–4).

• (38)    Одноступенчатый метод , получивший название VEROS (Vacuum Evaporation onto a Running Oil Substrate техника), был предложен (Akoh, 1978) (Терехов и др., 1, с. 3–4).

• (39)    По сравнению с одноступенчатыми методами, хорошо работающими для частиц из металлов, двухступенчатая техника предпочтительна для частиц из окислов из-за их меньшей склонности к агломерации (Терехов и др., 1, с. 3–4).

Таким образом, реализуется прототипичная модель Материал ← R—Процесс .

Заключение

В рамках настоящего исследования выявлены системные отношения термина наножидкость со смежными терминологическими единицами в рамках терминологии нанотехнологий. На основании полученных данных построены прототипичные модели взаимодействия терминов, раскрывающие специфику системной соотнесенности понятий изучаемой области.

Будучи сложными структурными элементами терминологической сети, данные модели демонстрируют, как именно термин наножидкость встроен в иерархическую классификацию наноструктурированных материалов, что, несомненно, найдет отражение в процессе создания экспертной системы рассматриваемой области знаний с целью ускорения процесса извлечения данных из системы, достижения интеллектуализации информационного поиска.