Some Prototypical Models of the Relationship Between Instrument Terms (Artificial Objects) and Complementary Terminological Units (As Part of Nanotechnologist Terminology)

Gukosyants Ol'ga PhD in Philology lecturer at Pyatigorsk State University 357532, Russia, Stavropol'skii krai, g. Pyatigorsk, prospekt Kalinina, 9 Gukosjants@mail.ru Other publications by this author

Некоторые прототипичные модели отношений терминов категории Инструмент (искусственный объект) со смежными терминологическими единицами (в рамках терминологии нанотехнологий)

Рассматриваемая область нанотехнологии обладает внушительным объемом терминологических единиц, закрепленных за данной сферой терминологическими словарями (в частности: В.В. Арсланов, 2009 ^[2]; Словарь РОСНАНО ^[25]; B. Bhushan, 2016 ^[33]; ^[4]) и межгосударственными стандартами (в частности: ^{[17],[18],[19]}). Аккумулирование знаний специалистов-экспертов данной области и обеспечение доступности полученных данных широкому кругу пользователей приводят к необходимости их логичного структурирования и систематизации, что служит основой создания базы данных нанотехнологии. Трактовка терминов, системные отношения между ними необходимо отражать в создаваемой базе данных. Отметим, что описательный характер передачи научного знания не всегда приемлем и доступен для восприятия потенциальными пользователями базы данных. Наиболее оптимальной моделью представления научного знания мы признаем терминологические сети. Базовыми элементами такой модели являются вершины, выраженные терминами и понятиями, которые они обозначают, и дуги, репрезентирующие системные семантические отношения между ними ^[14]. При этом вершины классифицируются по категориям, отражающим естественную стратификацию терминов в соответствии с категориями понятий, а системные отношения по типам ^[9]. Терминологические сети отражают, таким образом, как структуру отношений терминов, расположенных в так называемых вершинах – узлах сети, так и семантические связи между терминами в виде соединяющих термины дуг, каждой из которых присвоено определенное семантическое отношение.

Структурирование научных знаний конкретной научной сферы в виде определенной системы, которой выступает база данных соответствующей научной области, в основе которой и лежат терминологические сети, предполагает нормализацию отношений между составляющими элементами базы данных, т.е. элементами терминологических сетей.

Нормализация отношений подразумевает наличие общих семантических отношений, в которые могут вступать термины конкретной области. При этом типы возможных отношений (определенных по принципу «функциональных зависимостей между атрибутами» ^[11]) между терминами ограничены внутри соответствующей категории терминов, что позволяет говорить о наличии прототипичных моделей отношений между терминами. Прототипичные схемы (модели) взаимодействия понятий представляют собой более сложные элементы терминологической сети, комплекс из двух взаимосвязанных категорий ^[34]. Структура прототипичной модели включает четыре базовых элемента: категорию 1, категорию 2, тип системного отношения и его вектор, показывающий направление данной связи. Так, одна категория может быть связана одним и тем же типом системных отношений с разными категориями, аналогично определенные две категории могут быть связаны разными типами системных отношений ^[34]. Настоящая работа ставит целью отследить системные отношения (и на их основе созданные прототипичные модели) терминов категории Инструмент со смежными терминологическими единицами в рамках терминологии нанотехнологий на примере терминов «нановолокно», «нановискер», «нанопленка», «квантовая точка», «нанопроволока». Напомним, что Инструментом признается искусственно созданный предмет, далее не разложимая единица оборудования или производства, не производящая действие самостоятельно, но управляемая человеком для реализации конкретной задачи ^[8]. Материалом исследования послужили дефиниции из терминологических словарей, а также научные публикации из электронных и текстовых источников, где встречаются вышеперечисленные термины. Общий объем выборки составил 195 фрагментов специализированных текстов.

Рассмотрим фрагменты терминологических сетей указанных терминов, в которых наблюдается идентичность системных отношений со смежными терминами, что позволяет говорить о наличии прототипичных моделей отношений.

Для начала, проанализируем фрагменты текстов, которые позволяют отнести рассматриваемые термины к категории Инструмент.

- Нановолокно.

«Одним из первых данных о получении углеродных нановолокон, вероятно, является патент от 1889 на синтез нитевидного углерода Хьюзом и Чамберсом» ^[24]; «Полимерные нановолокна, имеющие прочность, сравнимую с прочностью стали, были созданы на основе биологического примера — паутины» ^[22].

- Нановискер.

«Дислокационный рост одномерных кристаллов был открыт еще в 1950-х годах, а первая работа Вагнера и Эллиса по выращиванию Si вискеров из паров SiCl4 и H2 на поверхности Si, активированной Au датируется 1964 г. Уже к середине 1970-х годов было достигнуто удовлетворительное понимание некоторых ростовых процессов, и появилась исторически первая модель роста по механизму «пар-жидкость-кристалл»» ^[26].

- Нанопленка.

«Нанопленка может быть получена из твердых и жидких веществ, например жидкая нанопленка» ^{[18, с. 4]}.

- Квантовая точка.

«Технологи разработали несколько способов получения квантовых точек и нитей» ^{[7, с. 84]}.

В Словаре РОСНАНО статья «Квантовая точка» помещена в раздел «Искусственные (синтетические) низкоразмерные объекты», что подтверждает ее искусственное происхождение.

- Нанопроволока.

«В природе нанопроволок не существует. В лабораториях их чаще всего получают методом эпитаксии (послойного наращивания)» ^[3].

Употребление в представленных контекстах подчеркнутых фраз подтверждает синтез объектов в искусственной среде, что позволяет нам относить анализируемые термины к категории Инструмент.

Далее проанализируем дефиниции терминов, наблюдаемые в словарях и ГОСТ, а также контексты, подтверждающие системные связи рассматриваемых терминов с прочими терминами сферы нанотехнологии с целью выявления прототипичных моделей отношений между ними.

ГОСТ ISO/TS 27687-2014 определяет нановолоконо как «нанообъект, линейные размеры которого по двум измерениям находятся в нанодиапазоне, а по третьему измерению значительно больше» ^{[17, с. 2]}. Определение нановолокна как объекта с линейными размерами в нанодиапазоне, следовательно, – нанообъекта, наблюдаем в Словаре РОСНАНО: «нановолокно (англ. nanofiber) — объект, два характеристических размера которого находятся в нанодиапазоне (~1–100 нм) и существенно меньше третьего» ^{[25, с. 249]}. Однако анализ дополнительной литературы показал, что иерархическая классификация наноматериалов предполагает наличие промежуточного понятия между «нановолокном» и «нанообъектом». «Нанообъекты», являясь общим понятием для ряда наноструктур, не выступают в качестве ближайшего родового понятия для «нановолокон». Согласно техническому отчету ISO/TR 11360:2010 «Нанотехнологии – Методология классификации и категоризации наноматериалов» и изображенной в нем классификации «нанодрева», в иерархии наноматериалов после указания родового понятия следует классификация по размеру и далее внутренняя / внешняя структура и тип наноматериала (подробнее см. ^[30]). По размеру наноматериалы классифицируются как одноразмерные, двухразмерные и трехразмерные. Следовательно, непосредственным гиперонимом для «нановолокна» является понятие «двухразмерные нанообъекты», между которыми прослеживается связь АКО. Тогда как с «нанообъектом» «нановолокно» соединено связью ISA, подтверждающую попадание во множество, но не предполагающее наличие ближайшего рода.

Тот же ГОСТ ISO/TS 27687-2014 обозначает квантовую точку как «нанообъект, линейные размеры которого по трем измерениям близки длине волны электрона в материале данного нанообъекта и внутри которого потенциальная энергия электрона ниже, чем за его пределами, при этом движение электрона ограничено во всех трех измерениях» ^{[17, с. 2]}. Принимая во внимание необходимость классификации по размеру и наличие термина «трехразмерный нанообъект», ближайшим гиперонимом к «квантовой точке» считаем «трехразмерный нанообъект» с включением во множество «нанообъектов».

В ГОСТ ISO/TS 80004-11:2017 отмечено следующее: «…в настоящем стандарте термины «наносной», «нанопокрытие» и «нанопленка» отнесены к общему понятию «нанообъекты» ^{[18, с. IV]}. ГОСТ Р 58039—2017/ISO/TS 80004-11:2017 определяет нанопленку как «пленку, толщина которой находится в нанодиапазоне» ^{[18, с. IV]}. Из этого следует, что «нанопленка» входит в иерархию «одноразмерных нанообъектов», что подтверждается в техническом отчете ISO/TR 11360:2010 «Нанотехнологии – Методология классификации и категоризации наноматериалов» (подробнее см. ^[30]). Между терминами «нанопленка» и «одномерный нанообъект» прослеживается родовидовое отношение АКО, а между «нанопленкой» и «нанообъектом» - отношение включения во множество ISA.

Одноразмерные, двухразмерные и трехразмерные нанообъекты, как и их общий гипероним – нанообъект, относим к категории Естественный объект, поскольку в их числе присутствуют, объекты не только искусственного, но и естественного происхождения (например, наночастицы). В результате имеем две необычные, но, как показало исследование, прототипичные модели, характерные для категории Инструмент: Инструмент =AKO=> Естественный объект; Инструмент =ISA=> Естественный объект.

Более понятной моделью (частотной и, следовательно, прототипичной), наблюдаемой у нанопроволоки и нановискера, которые определяются через термин «нановолокно», является Инструмент =AKO=> Инструмент: «К классу нановолокон относят такие нанообъекты, как нанотрубки, нанопроволоки, нановискеры и наностержни» ^[25].

Кроме того, объекты категории Инструмент, рассматриваемые в данной работе, являлись родовыми понятиями для некоторых видовых, т.е. выступали сами в роли гиперонимов, подтверждая прототипичность отмеченной выше модели. «В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые нанопленки и нанопроволоки, находящие разнообразные применения в электронной технике, а также магнитные нанопленки и нанопроволоки, используемые для создания устройств магнитной записи. Весьма перспективными являются алмазоподобные и керамические нанопленки, служащие в качестве защитных покрытий рабочих поверхностей изделий, работающих в сложных условиях нагружения. Особое место в силу специфики свойств и технологии получения занимают пленки Ленгмюра—Блоджетт» ^{[1, с. 295]}. «Кроме состава и размера серьезное влияние на свойства квантовых точек будет оказывать их форма: сферические (непосредственно quantum dots) - большая часть квантовых точек; …элипсоидальные (nanorods) - нанокристаллы, вытянутые вдоль одного направления, …данный тип нанокристаллов часто называют нитями (nanowires); нанокристаллы со сложной геометрией (например, tetrapods); …многокомпонентные квантовые точки» ^{[5, с. 6]}.

Многие искусственные объекты имеют смежные видовые понятия, согипонимы, внутренняя форма которых содержит (связь EOp) либо не содержит противопоставление (связь IOp).

Так, основываясь на данных ГОСТ ISO/TS 27687-2014, помимо нановолокна через нанообъект определяются термины «наночастица» и «нанопластина»: «Наночастица – нанообъект, линейные размеры которого по всем трем измерениям находятся в нанодиапазоне; Нанопластина – нанообъект, линейные размеры которого по одному измерению находятся в нанодиапазоне, а размеры по двум другим измерениям значительно больше» ^{[17, с. 2]}. Поскольку данные термины в своих дефинициях содержат отличительный характерный признак, можем сказать, что они связаны системным отношением EOp. Формируется модель отношений Инструмент =EOp= Инструмент, которая признается прототипичной. Данная модель характерна и для термина «квантовая точка» в его отношении со смежными видовыми понятиями «квантовая яма» и «квантовая проволока (нить)».

Характерным отношением, в которое вступают термины категории Инструмент, является связь ISA. Прототипичной моделью в рамках настоящей выборки признается следующая: Инструмент =ISA=> Естественный объект. Так, нанопроволока, являясь гипонимом нановолокна, попадает во множество нанообъектов, что наблюдается и в терминологической сети нановискера.

Все рассматриваемые инструменты обладают характеристиками. Рассмотрим некоторые контексты. «Наиболее характерные свойства нанопленок: оптические – способности к пропуску излучения, светонепроницаемости, флюоресцированию, просветлению и.т.д.; механические - износостойкость, твёрдость, способность служить сухой смазкой; электрические – энергия связи, удельная проводимость, изоляция; химические – гидрофобность, химические барьеры и химическая инертность, антимикробные покрытия; магнитные – хранение накопленных данных» ^[32]. «При использовании пленок в машиностроении важное значение имеют их износостойкость и коэффициент трения, которые определяются, структурой и составом пленочного покрытия. Упругость пленок и объемного материала примерно одинаковы и характеризуется нагрузкой до возникновения пластических деформаций. Для измерений упругости пленку необходимо отделить от подложки» ^[13].

«Вискеры — кристаллические материалы, обладающие ярко выраженной кристаллографической анизотропией свойств и почти бездислокационным строением, что исключает обычные механизмы пластической деформации и приближает их прочность к теоретическому пределу для данного вещества. Благодаря этому они в десятки раз прочнее обычных кристаллов, обладают большой гибкостью и коррозионной стойкостью» ^[25]. Следовательно, еще одной прототипичной моделью отношений категории Инструмент является Характеристика =At=> Инструмент.

Проведенный анализ дефиниций и фрагментов научных текстов показал еще одну связь, характерную для категории Инструмент. Все рассмотренные объекты являлись составными частями более сложных конструкций – Механизмов. «Композитные цилиндрические нанопроволоки обладают уникальными электронными и оптоэлектронными свойствами и могут служить основой для новых элементов электронных приборов, в том числе полевых транзисторов, светоизлучающих диодов, сенсоров и фотогальванических элементов» ^{[21, с. 83]}. «Возможность создания лазерных сред на основе квантовых точек CdSe была продемонстрирована научной группой под руководством Виктора Климова в Лос-Аламоской национальной лаборатории, США. Возможность варьирования длины волны люминесценции и легкость создания тонких слоев на основе квантовых точек представляют большие возможности для создания светоизлучающих устройств с электрическим возбуждением – светодиодов. Создание солнечных батарей является одной из перспективных областей применения коллоидных квантовых точек» ^{[5, с. 29]}. Отсюда следует прототипичная модель отношений Инструмент =РО=> Механизм.

Поскольку рассматриваемые объекты являются объектами искусственного происхождения, логичной становится наличие следующей прототипичной модели отношений Процесс =R=> Инструмент. «В настоящее время разработано несколько способов формования длинных полимерных (сюда же относятся и смолы как олигомеры) нановолокон: вытягивание, темплатный синтез и электроформование» ^{[16, с. 10]}. «Способы выращивания нановискеров можно разделить на две группы. К первой группе относятся технологии, в которых полупроводниковый материал осаждается из газовой фазы, например химическое газотранспортное осаждение. Вторая группа включает методы, в которых материал осаждается из пучка частиц в высоковакуумных и сверхвысоковакуумных условиях, например, магнетронное напыление и молекулярно-пучковая эпитаксия ^[23]. «Нанопроволоки, металлические нанопроволоки для электронных микросхем, а также нанопроволоки из точечных наночастиц выращивают методом конденсации из паровой фазы на ступенчатых подложках. …Другой вариант основан на методах селективной эпитаксии. …Еще одним вариантом технологии является метод лазерного облучения мишеней из смесей по схеме «пар-жидкость-твердое тело» ^{[15, с. 261]}.

При построении терминологических сетей обнаружена еще одна закономерность в отношениях категорий Инструмент и Идеальный феномен. Напомним, что к категории Идеальный феномен относятся нематериальные мыслимые образы, не имеющие прямого физического воплощения, условно выделенные феномены высокой степени абстракции, результаты умозаключений, выводимые на основе логического описания, сопоставления, разложения или синтеза, необходимые для дальнейшего научного анализа ^[8].Проанализируем некоторые контексты.

«Если твердотельный материал пространственно ограничен в одном, двух или трех измерениях до масштабов от десятков до единиц нанометров, то получающиеся объекты представляют собой квантовые ямы, квантовые нити или квантовые точки (нанокристаллы). Благодаря пространственному ограничению движения носителей заряда в этих структурах возникает эффект размерного квантования, заключающийся в том, что непрерывный энергетический зонный спектр носителей расщепляется на подзоны размерного квантования (ямы и нити) или дискретные уровни размерного квантования (нанокристаллы)» ^{[28, с. 44]}.«Определение «квантовая» в терминах квантовая яма, нить и точка показывает, что в этих объектах имеет место эффект размерного квантования» ^{[28, с. 7]}. Очевидно, это понятие «эффект размерного квантования» является образом и выводится на основе логического описания. Данный эффект, судя по контексту, происходит в квантовой точке, а, следовательно, связан с ней отношением локации (Loc).

«Рассчитаны критические условия формирования в нанопроволоках дислокаций, дисклинаций и дисклинационных петель. Рассмотрим сначала полную клиновую дисклинацию мощности −ω в двухслойной цилиндрической нанопроволоке» ^{[21, с. 93]}. «Схема построения исходной структуры нанопроволоки, содержащей дисклинацию» ^{[20, с. 288]}.

Анализируя представленные контексты, делаем вывод, что дисклинация присутствует в нанопроволоке, т.е. связана с ней отношением Loc. Обращаясь к определению термина, предложенному в «Энциклопедическом словаре по металлургии», видим, что «диклинация» определяет как «линейный эффект в кристалле» ^[12]. Это значит, что «дисклинация», представляя собой условно выделенный абстрактный феномен, определяется нами как элемент категории Идеальный феномен. Прослеживается следующая прототипичная модель для категории Инструмент: Идеальный феномен =Loc=> Инструмент.

Последняя из рассматриваемых связей в рамках данной работы является инструментальное отношение, т.е. «системное отношение между референтами, один из которых является процессом, а другой выступает в роли инструмента в данном процессе» ^[10]. Обратимся к анализу фрагментов текстов.

«Нановолокна применяются в целом ряде областей: медицине, биоинженерии, электронике, в фильтрации газов и жидкостей, в создании композиционных материалов и др.» ^[27]. «Основным преимуществом фильтрующих материалов из нановолокон является повышение эффективности (КПД) фильтрации при низком давлении по сравнению с обычными фильтрами. Кроме того, с помощью нановолокон увеличена активная площадь поверхности и малая девиация (отклонение размеров) пор, что гарантирует беспрецедентные эксплуатационные показатели фильтра. Почему при фильтрации с низким давлением используют нановолокна?» ^[29]. Представленные контексты позволяют сделать следующий вывод: фильтрация представляет собой процесс, в котором могут быть применены нановолокна.

Аналогичную ситуацию наблюдаем, анализируя контексты инструмента «нановискер». «На данный момент нановискеры уже используют в качестве зондов в атомно-силовой микроскопии, в сенсорах и чипах для обнаружения биологических веществ» ^[23]. Рассмотрим, что представляет собой атомно-силовая микроскопия. «Атомно-силовая микроскопия — один из видов сканирующей зондовой микроскопии, основанный на ван-дер-ваальсовских взаимодействиях зонда с поверхностью образца» ^[31]. «Микроскопия, атомно-силовая сокр., АСМ (англ. atomic force microscopy или scanning force microscopy сокр., AFM; SFM) — один из методов зондовой сканирующей микроскопии, применяемый для исследования локальных свойств поверхности, в котором анализируют силу взаимодействия иглы кантилевера (зонда) с поверхностью исследуемого образца в процессе сканирования. АСМ также используется для направленного модифицирования поверхности вещества (материала) на уровне отдельных атомов» ^[25]. «Данную технологию роста одиночных вискеров можно применять в атомно-силовой микроскопии – создание суперзондов для исследования структур с развитым рельефом (глубокие каналы и впадины), для формирования острия при создании катодов и нанопинцетов» ^{[6, с. 82]}. Следовательно, атомно-силовая микроскопия – это метод, а, значит, процесс, в котором применяются нанокристаллы. Инструментальное соотношение между терминами позволяет построить следующую прототипичную модель: Инструмент =Inst=> Процесс.

Итак, в рамках настоящей работы были рассмотрены идентичные особенности системности терминов «нановолокно», «нановискер», «нанопленка», «квантовая точка», «нанопроволока», относящиеся к категории Инструмент и построена базовый фрагмент терминологической сети данной категории (рис. 1).

Рис. 1. Фрагмент терминологической сети (категории, системно смежные категории Инструмент)

Анализ дефиниций терминов и фрагментов научных текстов определил корпус смежных терминов и типы системных отношений с ними, на основе которых были построены прототипичные модели организации знания. К числу универсальных (прототипичных) отношений терминов категории Инструмент в процессе анализа относим родовидовые отношения с иными объектами естественной среды и объектами искусственного происхождения, наличие разновидностей и смежных объектов, обладание характеристиками и наличие компонентов, множество процессов, применяемых для создания искусственных объектов и применение их как составных частей сложных механизмов. Предложенные фрагменты терминологических сетей могут быть расширены и дополнены. Но уже на данном этапе четко формируется ограниченность допустимых семантических связей у терминов внутри одной категории, что объясняет возможность построения прототипичных моделей отношений между терминами.